1.概況
伊通河橋是長(zhǎng)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(dá)。
根據(jù)長(zhǎng)春市的整體規(guī)劃，快速軌道交通環(huán)線將作為長(zhǎng)春市未來(lái)城市交通的大動(dòng)脈，因此在本橋設(shè)計(jì)中，為配合長(zhǎng)春市的整體發(fā)展態(tài)勢(shì)，體現(xiàn)長(zhǎng)春市建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，將該橋建成一座功能與景觀相融合的標(biāo)志性建筑。
伊通河橋?yàn)橐蛔p線輕軌橋梁，主橋采用獨(dú)塔雙索面無(wú)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(chǎng)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(qiáng)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(zhǎng)春市的氣候類型屬溫帶大陸性半濕潤(rùn)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(dá)22厘米，最大冰凍層厚度達(dá)1.65～1.8米。春季多西北風(fēng)，風(fēng)速最大可達(dá)30m/s。
2.主橋結(jié)構(gòu)
伊通河橋主橋結(jié)構(gòu)形式為獨(dú)塔無(wú)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?yàn)?跨30米簡(jiǎn)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(tái)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(tái)，基礎(chǔ)可布置的范圍有限，且在施工過(guò)程中必須保證主墩基坑的開(kāi)挖不能影響到相鄰老橋的正常使用，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件及工程地質(zhì)條件，并考慮到了采用大型機(jī)械進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(chǎng)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(wú)背索斜拉橋，本橋主塔尤具特色。無(wú)背索斜拉橋的橋塔需要平衡牽索力產(chǎn)生的強(qiáng)大傾覆力矩，常規(guī)的無(wú)背索斜拉橋橋塔是依靠橋塔牽索段的自重來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為此橋塔的各段截面必須與斜索力相對(duì)應(yīng)，橋塔越傾斜，塔身自重的工作效率越高。同時(shí)，為盡量降低橋塔承受的水平力，常規(guī)無(wú)背索斜拉橋會(huì)盡量加大斜索的仰角，這樣對(duì)主梁同等支撐效果時(shí)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(wú)背索斜拉橋會(huì)選擇一個(gè)體態(tài)比較臃腫的橋塔，高度上也無(wú)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(wú)背索斜拉橋中浪費(fèi)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(shí)兼具了行車系，最重要的是，解除了牽索塔臂對(duì)自重的依賴，為設(shè)計(jì)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(guò)四道翼形橫撐連接，在軌頂以上8米開(kāi)始，牽索塔臂過(guò)渡到配重塔臂，兩片塔壁通過(guò)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(guò)兩個(gè)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(qiáng)大整體（圖6）。橋塔采用的44孔大噸位鋼絞線群錨更是開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)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(lái)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(mén)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(dāng)張拉鋼束完畢時(shí)，鋼束對(duì)結(jié)構(gòu)的壓力由撐桿及貫穿箱室的隔板承擔(dān)，此時(shí)對(duì)鋼束孔道灌漿。當(dāng)施加斜索力時(shí)，儲(chǔ)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(duì)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?yàn)榫嚯x橋梁中心±5.4米處，豎向?yàn)榫嚯x主梁頂面0.975米處，主梁在索錨點(diǎn)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(diǎn)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(fù)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(jì)算最終索力的不同共采用八種規(guī)格型號(hào)，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(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
3.1長(zhǎng)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(dú)斜塔無(wú)背索斜拉橋，造型新穎獨(dú)特，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性、功能性和景觀性的高度統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)體系先進(jìn)，在國(guó)內(nèi)屬首創(chuàng)。
3.2由于長(zhǎng)春市處于嚴(yán)寒地區(qū)，且根據(jù)長(zhǎng)春市輕軌工程的工期安排，無(wú)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般公路橋梁，且雙線輕軌橋?qū)捳?，跨徑大，主梁剛度小，?duì)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(wú)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(duì)自重的依賴，避免了傳統(tǒng)無(wú)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(jià)更經(jīng)濟(jì)的無(wú)背索斜拉橋得以實(shí)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(jì)中需要對(duì)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(huì)影響成橋線型。而軌道交通對(duì)于線型的要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般公路橋梁，如成型狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)存在差異，需要通過(guò)增加或減少碎石道床的厚度來(lái)達(dá)到軌道平順的目的，這樣一來(lái)改變了二期恒載的集度，又會(huì)反過(guò)來(lái)影響橋梁的成橋線型。為此設(shè)計(jì)對(duì)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(xì)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(jìn)的技術(shù)手段來(lái)分析處理。
3.8橋塔為高標(biāo)號(hào)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(xiàng)目組創(chuàng)造性的提出“主動(dòng)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(guò)程中由于支架變形引起的內(nèi)應(yīng)力被后澆段固化的問(wèn)題，同時(shí)還可以主動(dòng)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(guò)單束張拉力達(dá)到830.4噸、水平豎直各配置19930噸的強(qiáng)大預(yù)應(yīng)力聯(lián)系為有機(jī)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(jì)單位：天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院
施工單位：中鐵十三局集團(tuán)第六工程有限公司
建設(shè)單位：長(zhǎng)春市軌道交通有限公司
混凝土用量：9200
鋼材用量：690t
造 價(jià)：3000萬(wàn)
建成日期：2006年10月
