高速公路支架在桥梁施工中的应用
2011-11-04 来源：中国鸣网
在山区高速公路施工过程中，桥梁一般占总里程的60%以上，且桥梁普遍墩柱较高，由于地形复杂，吊车一般都不能使用。由于桥梁较多，在施工立柱过程中如果采用塔吊将会使成本大幅度增加。从施工经济性角度出发，在保证施工安全、可行的前提下，提出采用全支架法施工，利用支架进行模板提升、支护，完成混凝土浇筑工作。
1、模板吊装过程
由于采取全支架免塔吊法施工，利用卷扬机作为模板提升动力设备，模板按每块重量不超过400kg进行控制设计，便于人工配合卷扬机进行模板的安装。活荷载分项系数取1.4[1]，G=0.4×10×1.4=5.6kN
2、支架受力验算
根据荷载计算结果，采用G=5.6kN荷载作为控制设计根据。
2.1立杆受力计算
2.1.1立杆步距取1.2m
立杆按实际到场的钢管直径与厚度进行计算，外径48mm，厚度2.5mm。故其面积A为:357.2mm2;惯性矩Ⅰ为92709.2mm4;柔度系数λ为149.1[2]。
查λ-系数表[3],0.343。
此时立杆的承载能力为:
式中:为Q235A的抗拉极限强度，=210MPa。
计算得N=25.7kN>G=5.6kN
故此时立杆承载力显然满足要求，且山区墩柱其桩基多为挖孔桩，在此立杆步距条件下，桩基钢筋笼下放阶段兼可作为钢筋笼下放反力架，一般15t重钢筋笼下放由8根立杆承担是能够满足要求的。此时反力架既作为钢筋笼下放工具，也作为墩柱施工支撑反力架，达到了经济实用的目的。
2,1.2立杆步距取1.5m
按同样方法计算得:
N=0.228×357.2×210=17.1kN
按此布置若进行桩基钢筋笼下放没有足够的安全系数，但可以进行模板安装，这就要求根据计算结果，合理布置反力架。在作为钢筋笼下放的持力段（根据钢筋长度，一般为9m）采用1.2m步距搭设反力架，其余段落采用1.5m步距搭设反力架。
2.2横杆受力计算
以直径最大的2.2m墩柱作为计算模型，其受力结构如图1，横杆布置如图2。
图1支架顶受力简图（尺寸单位:cm）
图2支架平面布置图（单位:cm）
支座处的反力为:
R=F/2=2.8kN
查公路桥涵计算手册，3不等跨连续梁的最大弯矩为:
Mmax=0.0308×F×1.84=0.32kN•m
横杆、支撑杆材料与立杆相同，也为Q234A。
（1）横杆强度验算
截面系数
MPa，能够满足要求。
（2）支撑杆强度验算
支撑杆长度为:
（此时支撑系数μ取1）
查系数表，
立杆的承载能力为:
N=0.297×357.2×210=22.2kN<2.8kN,满足要求。
2.3支架整体受力及抗倾覆计算
2.3.1支架整体受力计算
按半幅墩柱单独施工进行最不利考虑计算，墩柱周围布置立杆如图3。
图3整体支架平面布置图（单位:cm）
半幅立杆惯性矩计算如下:
支架高按50m考虑，其柔度系数。
查表，。
支架的竖向承载能力为:
N=0.924×357.2×32×210=2218kN,显然满足要求。
2.3.2抗倾覆稳定验算
（1）水平风荷载
式中:Wk为风荷载标准值，kPa;为风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》[4]规定，支架最高50m，按表7.2.1取;f为脚手架风荷载体形系数，按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规》[3]取值，本计算中取;W0为基本风压，kPa，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定，本计算中按西昌市（工程所在地）50年一遇，取W0=0.3。
Wk=0.7×1.67×0.15×0.3=0.053kPa
最大水平风力为:Fw=Wk×50×15=9.75kN（15为半幅施工时支架的宽度，m）
（2）抗倾覆计算以1.2m墩柱直径进行计算最为安全，其宽度最小，为4m，支架重量为:
G=（32×50+50/1.5×（4×15+8×4））×2.8×=130.67kN（2.8为钢管线质量，kg/m）
支架可能承受的最大水平推力为:
Fmax=Fw+50×1.4=109.75kN
式中:50为卷杨机最大提升力，kN;1.4为提升安全系数。
转动平衡方程为:
Fmax×4≤G×2
439kN•m>261.34kN•m，不满足要求，必须拉缆风绳。
需要风缆绳提供的抵抗力矩为:
439一261.34=177.66kN•m
风缆按最大角度60°考虑，其布置如图4所示。
图4支架风缆安装示意图
要求风缆具有的最小拉力FL为:FL×4×sin60°+FL×50×cos60°=177.7kN•m
FL=6.2kN，显然这是很容易做到的。
3、最大翻模高度计算
在高墩施工中，墩柱混凝土不能一次浇筑完成，需采取翻模法施工。要求混凝土浇筑后最顶上一节模板不予拆除，便于下一步支模，同时作为上部模板的支撑体系。这时就要根据未拆除模板的长度，确定上部模板支立的最大高度，同时需要考虑模板垂直度控制对模板支立高度的影响。
根据《桥梁施工常用数据手册》[5]，查得新浇筑混凝土与模板间的切向连接力为8.8kPa（C30混凝土），翻模后支模最大高度按20m计算，取1m宽模板进行（相当于周长1m的模板）计算。
模板重量为:G=1×1.0×20=20kN式中:1.0为1m2的模板重，kN。
模板与混凝土间的连接反力为:
F=8.8×1×H
由以上2式就有:F≥G+Fh
式中:Fh为活荷载，取2kN。
也就是说在支立20m高模板时，需要没有拆模的模板长度至少为2.5m。m。考虑最不利情况下模板分节长度只有1m时，再考虑1,2的安全系数，最大的模板支立高度为:
如要加大支模高度，需要增加未拆模板高度或在其下部用抱箍加强。
4、结语
通过对反力架承载能力、翻模施工的支模高度进行理论计算，为免塔吊全支架高墩施工提供了理论依据。通过该种施工工艺，大大节省了山区公路施工中的塔吊使用费用，节省了较多的工程成本。
