1.概況
伊通河橋是長春市快速軌道交通環(huán)線工程中的一座大型橋梁，位于其南側(cè)環(huán)線，跨越伊通河。伊通河在橋位處的河道上口寬約140米，橋位北側(cè)緊鄰衛(wèi)星路跨越伊通河的衛(wèi)星橋，橋址范圍水系發(fā)達。
根據(jù)長春市的整體規(guī)劃，快速軌道交通環(huán)線將作為長春市未來城市交通的大動脈，因此在本橋設(shè)計中，為配合長春市的整體發(fā)展態(tài)勢，體現(xiàn)長春市建設(shè)的戰(zhàn)略目標，將該橋建成一座功能與景觀相融合的標志性建筑。
伊通河橋為一座雙線輕軌橋梁，主橋采用獨塔雙索面無背索斜拉橋，跨徑布置為31m+44m+130m，引橋采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨徑布置為30m+32m+30m。（圖1）
圖1 伊通河橋全景
橋址處地震基本烈度為Ⅶ度，工程場地的類別為Ⅱ類，地基土自上而下依次分為雜填土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、粗砂層、泥巖（強風(fēng)化）層、泥巖（中等風(fēng)化）層、泥巖（微風(fēng)化）層，不存在不良地質(zhì)構(gòu)造。
長春市的氣候類型屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候。一月平均氣溫-16.3℃，七月平均氣溫23℃。年平均降水522～615毫米，最大積雪厚度達22厘米，最大冰凍層厚度達1.65～1.8米。春季多西北風(fēng)，風(fēng)速最大可達30m/s。
2.主橋結(jié)構(gòu)
伊通河橋主橋結(jié)構(gòu)形式為獨塔無背索斜拉橋，塔梁固結(jié)?？鐝讲贾脼?1米+44米+130米（圖2）。31米+44米為主塔范圍，130米為主跨范圍。輕鐵線位在伊通河橋址處位于現(xiàn)狀衛(wèi)星橋南側(cè)10米左右（衛(wèi)星橋為5跨30米簡支橋梁結(jié)構(gòu)），本橋主墩基礎(chǔ)布置于相鄰衛(wèi)星橋橋臺南側(cè)，主跨130米跨越伊通河主河槽，連接墩墩位及引橋墩位與衛(wèi)星橋墩位保持一致，不影響伊通河的正常使用功能。
圖2 橋型布置圖（單位：cm）
2.1基礎(chǔ)
由于本橋主墩墩位緊鄰現(xiàn)狀衛(wèi)星路衛(wèi)星橋橋臺，基礎(chǔ)可布置的范圍有限，且在施工過程中必須保證主墩基坑的開挖不能影響到相鄰老橋的正常使用，因此根據(jù)現(xiàn)場的實際條件及工程地質(zhì)條件，并考慮到了采用大型機械進行施工的可操作性，主墩基礎(chǔ)采用了大直徑的單圓形沉井基礎(chǔ)（圖3）。
圖3沉井構(gòu)造圖（單位：cm）
沉井直徑為20米，深度為17米，共分為3節(jié)施工，第一節(jié)高6米，第二節(jié)、第三節(jié)高均為5.5米，封底混凝土為5米厚的素混凝土，頂蓋厚為3.5米，沉井底層位于微風(fēng)化泥巖層內(nèi)（極限承載力qpk=7000KPa）。沉井井壁厚度100～120cm，在第一節(jié)沉井井壁內(nèi)側(cè)距離刃腳根部0.8米處設(shè)置高度為1.5米的凹槽，以增加沉井井壁與封底混凝土的抗剪截面，加強封底混凝土與井壁的連接。為了降低沉井頂蓋的彎矩以及封底混凝土的應(yīng)力值，并且有效增強沉井的整體剛度，在沉井內(nèi)設(shè)置了十字型內(nèi)隔墻，內(nèi)隔墻壁厚為100cm，在與沉井頂蓋結(jié)合的部位加厚至220cm，沉井內(nèi)隔墻下端與沉井封底接觸的部分做成楔形，且與沉井井壁相同設(shè)置凹槽。在各節(jié)沉井連接處設(shè)有接縫短鋼筋，并在相聯(lián)處的上下節(jié)井壁分別留有凹、凸槽，以加強各節(jié)沉井之間的連接并承受水平剪力。沉井基礎(chǔ)較好的克服了施工現(xiàn)場空間條件的制約，取得了較好的效果。
2.2主塔
區(qū)別于常規(guī)無背索斜拉橋，本橋主塔尤具特色。無背索斜拉橋的橋塔需要平衡牽索力產(chǎn)生的強大傾覆力矩，常規(guī)的無背索斜拉橋橋塔是依靠橋塔牽索段的自重來實現(xiàn)的，為此橋塔的各段截面必須與斜索力相對應(yīng)，橋塔越傾斜，塔身自重的工作效率越高。同時，為盡量降低橋塔承受的水平力，常規(guī)無背索斜拉橋會盡量加大斜索的仰角，這樣對主梁同等支撐效果時塔身承受的水平力更小。這就意味著，為加大斜索的仰角，必須提高塔高和限制塔身斜度，而限制塔身斜度意味著配重效率的降低。由于這樣的矛盾，常規(guī)無背索斜拉橋會選擇一個體態(tài)比較臃腫的橋塔，高度上也無法顧及塔高與跨徑的比例是否協(xié)調(diào)，喪失了結(jié)構(gòu)先天的力度美和協(xié)調(diào)感。
而本橋主塔的構(gòu)造方式則完全突破了常規(guī)處理的瓶頸（圖4），在本橋中，主塔由水平方向的配重塔臂和傾斜的牽索塔臂兩部分組成。配重塔臂將常規(guī)無背索斜拉橋中浪費到牽索區(qū)的工程材料轉(zhuǎn)移到配重效率更高的配重塔臂上，不但加大了與主墩的矢矩，同時兼具了行車系，最重要的是，解除了牽索塔臂對自重的依賴，為設(shè)計更協(xié)調(diào)、更美觀的橋梁提供了基本前提。
圖4主塔軸側(cè)圖
最終，按照建筑美學(xué)的完美比例（圖5），確定本橋牽索塔臂全高65米，軌頂以上部分60米（小于跨徑的1/2），迎索面斜度為3.1：5，背索面斜度為2：5，由兩片塔身組成，壁厚為1.5米，位于主梁的兩側(cè)。牽索塔臂通過四道翼形橫撐連接，在軌頂以上8米開始，牽索塔臂過渡到配重塔臂，兩片塔壁通過主塔大橫梁及連續(xù)配重艙（兼具行車系）連接為整體。
圖5主塔構(gòu)造圖（單位：cm）
牽索塔臂與配重塔臂匯集于主墩，通過兩個塔壁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束緊密連接為銳利和充滿力量感的強大整體（圖6）。橋塔采用的44孔大噸位鋼絞線群錨更是開創(chuàng)了我國預(yù)應(yīng)力應(yīng)用水平的先河。
圖6主塔鋼束布置圖（單位：cm）
2.3主梁
主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿（撐梁）大懸臂箱梁結(jié)構(gòu)（圖7），在保證輕軌線界及接線柱與斜索安全距離的前提下，確定主梁全寬為11.6米，橋梁中心兩側(cè)各5米范圍內(nèi)設(shè)雙向1.5％橫坡，以滿足排水的需要。主梁截面為單箱單室，正常段梁高為2.325米，在距離塔根部大橫梁30米范圍內(nèi)梁高按二次拋物線由2.325米漸變到4.325米，以提供足夠的截面來抵抗塔梁固結(jié)范圍較大的彎矩和軸力。主梁上斜索間距為6.5米，每道斜索間設(shè)置兩道拉桿（撐梁），即3.25米一道。拉桿（撐梁）表示了同一構(gòu)件在不同受載工況下的受力狀態(tài)，未施加斜索力前為撐梁，施加斜索力后為拉桿。拉桿（撐梁）為T形截面，全高為50cm，翼緣寬40cm，腹板寬20cm，在設(shè)置拉桿（撐梁）相應(yīng)位置處，主梁箱室內(nèi)設(shè)置橫隔板。橫隔板厚度為20cm，橫隔板不通到頂板，防止主梁局部應(yīng)力的耦合。
撐梁內(nèi)設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力拉桿，拉桿在斜索安裝前張拉完畢，在使用階段將斜索力傳遞到主梁箱室的腹板。鋼筋混凝土撐梁保證翼板在斜索力加載前的安全，當張拉鋼束完畢時，鋼束對結(jié)構(gòu)的壓力由撐桿及貫穿箱室的隔板承擔，此時對鋼束孔道灌漿。當施加斜索力時，儲存在撐桿內(nèi)的壓力釋放，形成預(yù)應(yīng)力拉桿將斜索力傳遞到主箱室腹板的受力模式。
圖7主梁斷面構(gòu)造圖（單位：cm）
2.4斜索
全橋共設(shè)置18對斜索（圖8），為扇形空間索面， 尾索角度為20.06°，塔側(cè)張拉。斜索在主梁上的錨固位置在橫橋向為距離橋梁中心±5.4米處，豎向為距離主梁頂面0.975米處，主梁在索錨點處設(shè)有撐梁及橫隔板。斜索在主塔范圍內(nèi)錨固于塔壁內(nèi)側(cè)距離主塔背索面0.8米處，錨于這里的好處是利用索錨點位于主塔截面形心外側(cè)，其偏心距可以抵消部分斜索拉力產(chǎn)生的負彎矩。斜索采用平行鋼絲索，斜索最終張拉控制應(yīng)力在0.4fpk左右，根據(jù)計算最終索力的不同共采用八種規(guī)格型號，分別為：PES5-199，PES5-187，PES5-163,PES5-151，PES5-139，PES5-91，PES5-73，PES5-55，錨具采用與之配套的冷鑄墩頭錨。
圖8 斜索
3.主橋技術(shù)特點和創(chuàng)新點
3.1長春市輕軌伊通河橋采用全預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋塔、全預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土撐拉桿組合箱梁的雙索面獨斜塔無背索斜拉橋，造型新穎獨特，體現(xiàn)了經(jīng)濟性、功能性和景觀性的高度統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)體系先進，在國內(nèi)屬首創(chuàng)。
3.2由于長春市處于嚴寒地區(qū)，且根據(jù)長春市輕軌工程的工期安排，無法滿足輕軌整體式道床的使用要求，因此本工程不得不采用荷載很重的碎石道床。而碎石道床的雙線輕軌橋梁，二期恒載和活載集度遠遠大于一般公路橋梁，且雙線輕軌橋?qū)捳?，跨徑大，主梁剛度小，對主梁成形狀態(tài)的控制提出了很高的要求。
3.3橋梁二期恒載和活載集度大決定了斜索張拉力隨施工階段的變化大，提高了橋塔和主梁預(yù)應(yīng)力的配置難度。
3.4提出了全新的“牽索塔臂和配重塔臂組合式無背索斜拉橋橋塔”構(gòu)造方式，改變了傳統(tǒng)橋塔牽索區(qū)對自重的依賴，避免了傳統(tǒng)無背索斜拉橋所必須的鋼結(jié)構(gòu)主梁，使得比例更加協(xié)調(diào)優(yōu)美、造價更經(jīng)濟的無背索斜拉橋得以實施。
3.5全橋主體結(jié)構(gòu)采用全預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，受到混凝土容許應(yīng)力幅度很小的限制，在設(shè)計中需要對結(jié)構(gòu)受載歷程精確分析。
3.6全預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在收縮、徐變，它們會影響成橋線型。而軌道交通對于線型的要求要遠遠高于一般公路橋梁，如成型狀態(tài)與目標狀態(tài)存在差異，需要通過增加或減少碎石道床的厚度來達到軌道平順的目的，這樣一來改變了二期恒載的集度，又會反過來影響橋梁的成橋線型。為此設(shè)計對結(jié)構(gòu)收縮、徐變的分析把握需要非常精確。
3.7主梁的細部構(gòu)造和受載歷程復(fù)雜，主梁截面是否能夠協(xié)同工作需要更豐富和更先進的技術(shù)手段來分析處理。
3.8橋塔為高標號大體積混凝土結(jié)構(gòu)，配重塔臂的剛度隨澆筑階段不斷改變，常規(guī)的施工方式難以完成橋塔的建設(shè)。項目組創(chuàng)造性的提出“主動支撐”概念，研究了具體的施工工藝，不僅有效的解決了橋塔隨施工過程中由于支架變形引起的內(nèi)應(yīng)力被后澆段固化的問題，同時還可以主動調(diào)整結(jié)構(gòu)的預(yù)存應(yīng)力。
3.9配重塔臂和牽索塔臂通過單束張拉力達到830.4噸、水平豎直各配置19930噸的強大預(yù)應(yīng)力聯(lián)系為有機的整體，其中需要解決超大預(yù)應(yīng)力鋼束孔道成型技術(shù)、超高預(yù)應(yīng)力管道灌漿技術(shù)、超大群錨密集錨固錨下構(gòu)造技術(shù)等技術(shù)難題。
4.有關(guān)資料
設(shè)計單位：天津市市政工程設(shè)計研究院
施工單位：中鐵十三局集團第六工程有限公司
建設(shè)單位：長春市軌道交通有限公司
混凝土用量：9200
鋼材用量：690t
造 價：3000萬
建成日期：2006年10月
