0 引言
随着我国桥梁设计施工的不断发展，在满足桥梁本身功能性的前提下，其结构也越来越注重新颖与美观。在此背景下，上海国际旅游度假区景观步行桥设计采用圆弧形单边悬吊索桥，其结构新颖，造型美观，给人一种漂浮的感觉，该类型桥梁在国内乃至全亚洲尚属首例，无类似桥梁施工的经验可借鉴。本文通过对张拉锚固端进行优化，并设计合理的张拉工装，最终实现了水平环索的顺利张拉。
1 工程概况
上海国际旅游度假区景观桥分为东、西2座桥梁，结构形式相同，均为圆弧形单边悬吊索桥。以东桥为例，桥梁上部结构由内、外侧钢梁，钢主塔及空间缆索系统组成。其中空间缆索系统分为主缆、背索、吊杆索、法向拉索及水平环索，水平环索采用φ115 mm的大直径进口涂层全密闭索，全长111.09 m，沿桥梁弧形分布于副桥底部索夹内，两端与混凝土桥台进行锚固。其作用是平衡整个空间缆索系统，是整个桥梁结构中最关键的构造之一（图1～图3）。
图1 景观步行桥总体布置示意
图2 桥梁结构断面示意
图3 桥梁效果图
2 张拉锚固端的构造及优化
由于本工程桥梁结构形式的特殊性，水平环索在混凝土桥台处的锚固端无常规索体张拉的张拉空间及构造，设计采用在混凝土桥台预埋张拉锚固节点板，水平环索的锚头与张拉锚固节点板之间用销轴进行锚固（图4）[1-3]。
图4 桥台张拉锚固端示意
原设计水平环索的索体及索头均采用定尺寸进行加工，鉴于桥梁结构的特殊性，如采用上述节点设计，则将对张拉施工带来以下几个方面的难题。
1）施工工期难以保证。由于采用定尺寸加工，因此索体制作必须在两端混凝土桥台施工完成并进行实测实量后方能确定最终的索体长度，而本工程水平环索采用国外全进口的密闭索，加工周期在0.5 a以上，所以索体的加工制作及施工的工期难以保证。
2）加工误差难以控制。按原设计进行索体加工时，索体长度应减去张拉的延伸量，而实际加工索体时的测量误差、理论延伸量的计算误差、实测索体弹性模量的偏差以及加工制作的误差等因素，均会对最终成品的索体长度产生影响。
3）施工过程中无法进行调整。定尺寸加工的索体与索头与采用销轴连接的锚固方式，导致索体的长度直接影响水平环索的索力，并最终影响整个桥梁的受力平衡及桥梁的最终线形，因此，一旦定尺寸加工制作的索体长度出现问题，将给整个工程带来无法挽回的损失。
为解决上述难题，在实际施工时建议设计单位在索体与索头之间设置刚性可调节端，调节范围为-200～200 mm，如此索体加工则能与混凝土加工同步进行，可大大缩短工期，且一切与索体长度有关的误差均能在调节端内进行消化。该设计在确保索体的索力满足设计要求的前提下，能调节索体的长度并最终与混凝土桥台上的预埋锚固节点板进行销轴锚固，可操作性强（图5）。
图5 索体张拉锚固端的优化示意
3 张拉方式的对比及选择
根据桥台锚固端及索体张拉端的构造，张拉方式可分为销轴锚固后张拉索体及索体张拉后进行销轴锚固。2种张拉方式都需设计制作专用的张拉工装，区别在于销轴锚固后张拉索体是通过索体受力后，索体与索头之间的调节杆产生足以转动的间隙，随后调整调节杆的长度，直至索体的张拉力达到设计要求。索体张拉后进行销轴锚固是通过索体张拉至设计值后，调整调节杆的长度，使索头销轴孔与桥台锚固板的锚固孔在同一直线上，最后进行销轴锚固。2种张拉方式的优缺点对比如表1所示。
表1 2种张拉方式的对比
张拉方式 操作性 安全性 张拉时间 分级张拉力的控制锚固后张拉 较差 较高 较长 较难张拉后锚固 较强 一般 较短 精确
根据上述2种张拉方式的对比情况并结合各方面的因素，本工程最终选择索体张拉后锚固的张拉方式，并按此方式进行张拉工装的设计[4-6]。
4 张拉工装的详细构造
鉴于桥梁的特殊性和复杂性，在确保施工质量、安全的前提下，项目部拟采用落梁法进行施工，以完成桥梁受力体系转换，即在桥面梁体施工时，桥面及水平环索的索体预先抬高一定的高度（桥台锚固端不变），通过千斤顶同步落低梁体，使吊杆索受力，在落梁的过程中，同时张拉水平环索，落梁与张拉交替进行，直至完成桥梁受力体系转换。为满足上述工况，水平环索的张拉工装（图6）的详细构造如下。
图6 张拉工装示意
1）张拉反力架。张拉反力架由上、下2块定型钢构件拼装而成，钢材材质为Q345b，翼缘板厚25 mm、腹板厚25 mm、加劲板厚16 mm。拼装螺母采用16个M24的高强螺栓。
2）张拉杆件。张拉杆件采用φ95 mm单耳全螺纹钢拉杆，材质采用45#钢，其长度应满足穿心式千斤顶及张拉延伸量的要求，并附有一定的余量。单套张拉工装配2根张拉杆件。
3）张拉转向件。通过在张拉锚固端及张拉杆件之间设置张拉转向件来实现张拉过程中角度的变化。转向件采用铸造件，材质为42CrMo，螺母采用机加工，材质为Q345b，单个转向件配2个螺母。
4）调节传力架。通过在反力架及千斤顶之间设置调节传力架并配置螺母，以满足张拉过程中的临时锁定及放张施工要求。调节传力架采用Q345b钢板焊接而成，翼缘板厚30 mm，腹板厚50 mm。
5）张拉千斤顶。根据水平环索张拉的施工工艺，选择2台2 000 kN穿心式千斤顶作为张拉设备，2台千斤顶之间采用同步控制系统进行同步控制，确保2台千斤顶之间的同步性。
上述工装的主要优点有3个方面：一是张拉工装构造简单、设计合理、结构稳定、安拆简便；二是由于采用落梁法进行成桥施工，索体进行抬升后与锚固端存在一定的角度，且在张拉并恢复至设计位置的过程中，索头与锚固端的角度不断变化，通过转向件的设置，能解决张拉过程中索头与锚固端角度变化的难题；三是通过设置调节传力架并配置螺母，能满足张拉过程中的临时锁定及放张施工要求。
5 张拉的具体步骤
5.1 张拉前的准备工作
张拉前检查张拉工装安装的情况并确保张拉千斤顶等张拉设备的完好无损。
根据设计及施工控制单位提供的张拉理论延伸量，预先进行索体调节端的调整，使张拉完成后的销轴孔接近于桥台张拉锚固板的销轴孔，便于进行最终锚固。在水平环索索夹位置进行索体的标记，以检验试张拉时水平环索是否能顺利地在索夹内滑动及张拉的可操作性。
5.2 试张拉
水平环索的设计张拉力为2 951 kN，理论延伸量为每端伸长116 mm，试张拉时的张拉力为10%的设计张拉力。试张拉的目的是检验张拉工装及张拉设备能否满足张拉的工况及完好性，同时也检验水平环索的滑动性及延伸量是否在设计及规范要求的范围内。试张拉完成并检验满足要求后进行分级张拉。
5.3 分级张拉
根据落梁步骤采用两端同步分级张拉，张拉步骤为：20%环索力→40%环索力→60%环索力→80%环索力→100%环索力。每一级张拉后，采用张拉工装调节传力架内的螺母进行临时锁定，同时进行索力、桥面线形的监测，经过数据分析，调整并确定下一级的环索张拉力，重复上述步骤直至环索张拉力达到设计要求（图7、图8）。在张拉的过程中由专人对水平环索的索体、张拉工装及副桥结构进行监测，如发现异常情况则立即停止张拉，查明原因后方可继续张拉[7-9]。
图7 张拉初始工况
图8 张拉至设计值工况
5.4 销轴锚固
水平环索张拉至设计值后，通过调节索体与索头之间的可调装置，伸长索头使索头销轴孔与桥台销轴锚固孔在同一直线上，最后进行销轴锚固。
6 施工结果
通过项目部充分的技术准备及严格的现场控制，上海国际旅游度假区景观人行桥水平环索张拉施工顺利完成，最终成桥后的环索线形、张拉力及延伸量均满足设计及相关规范的要求，张拉过程中没有影响安全或质量的异常情况发生。
7 结语
通过对索体张拉锚固端的优化设计及设计合理的张拉工装并确定可行的张拉方式，上海国际旅游度假区景观步行桥水平环索张拉施工顺利完成，整个施工过程安全可靠、施工功效高，为今后类似的工程积累了宝贵的施工经验。
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