空間曲梁單邊懸索橋的水平環索張拉施工技術

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

0 引言

隨著我國橋梁設計施工的不斷發展，在滿足橋梁本身功能性的前提下，其結構也越來越注重新穎與美觀。在此背景下，上海國際旅游度假區景觀步行橋設計采用圓弧形單邊懸吊索橋，其結構新穎，造型美觀，給人一種漂浮的感覺，該類型橋梁在國內乃至全亞洲尚屬首例，無類似橋梁施工的經驗可借鑒。本文通過對張拉錨固端進行優化，并設計合理的張拉工裝，最終實現了水平環索的順利張拉。

1 工程概況

上海國際旅游度假區景觀橋分為東、西2座橋梁，結構形式相同，均為圓弧形單邊懸吊索橋。以東橋為例，橋梁上部結構由內、外側鋼梁，鋼主塔及空間纜索系統組成。其中空間纜索系統分為主纜、背索、吊桿索、法向拉索及水平環索，水平環索采用φ115 mm的大直徑進口涂層全密閉索，全長111.09 m，沿橋梁弧形分布于副橋底部索夾內，兩端與混凝土橋臺進行錨固。其作用是平衡整個空間纜索系統，是整個橋梁結構中最關鍵的構造之一（圖1～圖3）。

圖1 景觀步行橋總體布置示意

圖2 橋梁結構斷面示意

圖3 橋梁效果圖

2 張拉錨固端的構造及優化

由于本工程橋梁結構形式的特殊性，水平環索在混凝土橋臺處的錨固端無常規索體張拉的張拉空間及構造，設計采用在混凝土橋臺預埋張拉錨固節點板，水平環索的錨頭與張拉錨固節點板之間用銷軸進行錨固（圖4）[1-3]。

圖4 橋臺張拉錨固端示意

原設計水平環索的索體及索頭均采用定尺寸進行加工，鑒于橋梁結構的特殊性，如采用上述節點設計，則將對張拉施工帶來以下幾個方面的難題。

1）施工工期難以保證。由于采用定尺寸加工，因此索體制作必須在兩端混凝土橋臺施工完成并進行實測實量后方能確定最終的索體長度，而本工程水平環索采用國外全進口的密閉索，加工周期在0.5 a以上，所以索體的加工制作及施工的工期難以保證。

2）加工誤差難以控制。按原設計進行索體加工時，索體長度應減去張拉的延伸量，而實際加工索體時的測量誤差、理論延伸量的計算誤差、實測索體彈性模量的偏差以及加工制作的誤差等因素，均會對最終成品的索體長度產生影響。

3）施工過程中無法進行調整。定尺寸加工的索體與索頭與采用銷軸連接的錨固方式，導致索體的長度直接影響水平環索的索力，并最終影響整個橋梁的受力平衡及橋梁的最終線形，因此，一旦定尺寸加工制作的索體長度出現問題，將給整個工程帶來無法挽回的損失。

為解決上述難題，在實際施工時建議設計單位在索體與索頭之間設置剛性可調節端，調節范圍為-200～200 mm，如此索體加工則能與混凝土加工同步進行，可大大縮短工期，且一切與索體長度有關的誤差均能在調節端內進行消化。該設計在確保索體的索力滿足設計要求的前提下，能調節索體的長度并最終與混凝土橋臺上的預埋錨固節點板進行銷軸錨固，可操作性強（圖5）。

圖5 索體張拉錨固端的優化示意

3 張拉方式的對比及選擇

根據橋臺錨固端及索體張拉端的構造，張拉方式可分為銷軸錨固后張拉索體及索體張拉后進行銷軸錨固。2種張拉方式都需設計制作專用的張拉工裝，區別在于銷軸錨固后張拉索體是通過索體受力后，索體與索頭之間的調節桿產生足以轉動的間隙，隨后調整調節桿的長度，直至索體的張拉力達到設計要求。索體張拉后進行銷軸錨固是通過索體張拉至設計值后，調整調節桿的長度，使索頭銷軸孔與橋臺錨固板的錨固孔在同一直線上，最后進行銷軸錨固。2種張拉方式的優缺點對比如表1所示。

表1 2種張拉方式的對比

根據上述2種張拉方式的對比情況并結合各方面的因素，本工程最終選擇索體張拉后錨固的張拉方式，并按此方式進行張拉工裝的設計[4-6]。

4 張拉工裝的詳細構造

鑒于橋梁的特殊性和復雜性，在確保施工質量、安全的前提下，項目部擬采用落梁法進行施工，以完成橋梁受力體系轉換，即在橋面梁體施工時，橋面及水平環索的索體預先抬高一定的高度（橋臺錨固端不變），通過千斤頂同步落低梁體，使吊桿索受力，在落梁的過程中，同時張拉水平環索，落梁與張拉交替進行，直至完成橋梁受力體系轉換。為滿足上述工況，水平環索的張拉工裝（圖6）的詳細構造如下。

圖6 張拉工裝示意

1）張拉反力架。張拉反力架由上、下2塊定型鋼構件拼裝而成，鋼材材質為Q345b，翼緣板厚25 mm、腹板厚25 mm、加勁板厚16 mm。拼裝螺母采用16個M24的高強螺栓。

2）張拉桿件。張拉桿件采用φ95 mm單耳全螺紋鋼拉桿，材質采用45#鋼，其長度應滿足穿心式千斤頂及張拉延伸量的要求，并附有一定的余量。單套張拉工裝配2根張拉桿件。

3）張拉轉向件。通過在張拉錨固端及張拉桿件之間設置張拉轉向件來實現張拉過程中角度的變化。轉向件采用鑄造件，材質為42CrMo，螺母采用機加工，材質為Q345b，單個轉向件配2個螺母。

4）調節傳力架。通過在反力架及千斤頂之間設置調節傳力架并配置螺母，以滿足張拉過程中的臨時鎖定及放張施工要求。調節傳力架采用Q345b鋼板焊接而成，翼緣板厚30 mm，腹板厚50 mm。

5）張拉千斤頂。根據水平環索張拉的施工工藝，選擇2臺2 000 kN穿心式千斤頂作為張拉設備，2臺千斤頂之間采用同步控制系統進行同步控制，確保2臺千斤頂之間的同步性。

上述工裝的主要優點有3個方面：一是張拉工裝構造簡單、設計合理、結構穩定、安拆簡便；二是由于采用落梁法進行成橋施工，索體進行抬升后與錨固端存在一定的角度，且在張拉并恢復至設計位置的過程中，索頭與錨固端的角度不斷變化，通過轉向件的設置，能解決張拉過程中索頭與錨固端角度變化的難題；三是通過設置調節傳力架并配置螺母，能滿足張拉過程中的臨時鎖定及放張施工要求。

5 張拉的具體步驟

5.1 張拉前的準備工作

張拉前檢查張拉工裝安裝的情況并確保張拉千斤頂等張拉設備的完好無損。

根據設計及施工控制單位提供的張拉理論延伸量，預先進行索體調節端的調整，使張拉完成后的銷軸孔接近于橋臺張拉錨固板的銷軸孔，便于進行最終錨固。在水平環索索夾位置進行索體的標記，以檢驗試張拉時水平環索是否能順利地在索夾內滑動及張拉的可操作性。

5.2 試張拉

水平環索的設計張拉力為2 951 kN，理論延伸量為每端伸長116 mm，試張拉時的張拉力為10%的設計張拉力。試張拉的目的是檢驗張拉工裝及張拉設備能否滿足張拉的工況及完好性，同時也檢驗水平環索的滑動性及延伸量是否在設計及規范要求的范圍內。試張拉完成并檢驗滿足要求后進行分級張拉。

5.3 分級張拉

根據落梁步驟采用兩端同步分級張拉，張拉步驟為：20%環索力→40%環索力→60%環索力→80%環索力→100%環索力。每一級張拉后，采用張拉工裝調節傳力架內的螺母進行臨時鎖定，同時進行索力、橋面線形的監測，經過數據分析，調整并確定下一級的環索張拉力，重復上述步驟直至環索張拉力達到設計要求（圖7、圖8）。在張拉的過程中由專人對水平環索的索體、張拉工裝及副橋結構進行監測，如發現異常情況則立即停止張拉，查明原因后方可繼續張拉[7-9]。

圖7 張拉初始工況

圖8 張拉至設計值工況

5.4 銷軸錨固

水平環索張拉至設計值后，通過調節索體與索頭之間的可調裝置，伸長索頭使索頭銷軸孔與橋臺銷軸錨固孔在同一直線上，最后進行銷軸錨固。

6 施工結果

通過項目部充分的技術準備及嚴格的現場控制，上海國際旅游度假區景觀人行橋水平環索張拉施工順利完成，最終成橋后的環索線形、張拉力及延伸量均滿足設計及相關規范的要求，張拉過程中沒有影響安全或質量的異常情況發生。

7 結語

通過對索體張拉錨固端的優化設計及設計合理的張拉工裝并確定可行的張拉方式，上海國際旅游度假區景觀步行橋水平環索張拉施工順利完成，整個施工過程安全可靠、施工功效高，為今后類似的工程積累了寶貴的施工經驗。