高铁南站钢箱梁安装方案.docx
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高铁南站钢箱梁安装方案
合肥市徽州大道与合肥高铁南站衔接工程、高铁路工程钢箱梁安装方案
编制人：
审核人：
审批人：
安徽水安集团股份有限公司
合肥高铁南站立交工程项目部
2013年7月·合肥
第一章综合说明
1.1编制原则
本方案编制符合《GB50017-2003钢结构设计规范》；《GBT714-2000桥梁用结构钢》；《JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程》；《JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范》；工程完工时交工检验要求达到：
《GB/T11345-1989钢结构手工超声波探伤方法和探伤结果分级》《GB50205-1995钢结构工程施工质量验收规范》之要求。
1.2编制依据
本方案编制以《合肥市徽州大道与高铁南站衔接工程、高铁路工程》设计图纸为基础。
1.3工程概况
本工程共计6联钢箱梁，具体跨度、重量、长度等主要参数见钢箱梁一览表1.1。
表1.1钢箱梁参数一览表
序号
联号
跨径
材料
工程量
（t）
梁高
（m）
宽度
（m）
一
北区
1820.755
1
BK12
30.6m
Q345qD
220.793
1.88
12.986~
19.859
2
BK14
62m
Q345qD
306.259
3.2
8.8
3
CK1-K2
37.532+45m
Q345qD
317.067
2.3
8.8
4
EK10-K12
30+36+30m
Q345qD
326.024
1.88
8.8
5
FK4
62m
Q345qD
304.663
3.2
8.8
6
FK8-K10
30+40+30m
Q345qD
345.949
2.3
8.962~9.35
1、钢箱梁横断面图示意图（单位：
mm）
BK12段为单跨变宽钢箱梁，梁高1880mm,宽度从12986mm变宽至19859mm.。
2、钢箱梁分段及支撑布置平面位置图
第二章总体施工部署
2.1总体施工方案
钢箱梁采取在加工厂分段加工成型，经验收合格后采用汽车陆路运输至施工现场进行拼装成型。
总体拼装方案如下：
综合考虑厂内制作加工条件及现场吊装设备起重能力，将钢梁分段最大重量控制在90t以下,BK12段整体纵向分节，BK14、FK4、CK1-K2、EK10-K12、FK8-K10段去除悬挑后横向分节，悬挑在施工现场拼装，每节悬挑分段长度按主梁分节错位20cm进行控制。
钢梁分段运至施工现场后，采用吊车将钢梁分段吊装到现场搭设的临时支架上进行拼装作业；根据各联钢箱梁在加工方案中分段最大重量和拼装时最大起重高度，钢梁拼装临时支架采用钢管胎架支撑。
钢梁拼装时，采用全断面焊接进行连接。
1、各联钢箱梁分段参数一览表：
序号
联号
跨径
分节
方向
分节
数量
最大分节尺寸
（长×宽×高）m
最大
分节质量
地面至箱梁顶部最大高度
1
FK8-K10
30+40+30m
横向
5
23.8×5.6×2.3
77.2t
25m
2
BK12
30.6m
横向
4
23×8×1.88
64t
19m
3
EK10-K12
30+36+30m
横向
5
21.9×5.8×1.89
78.2t
17.5m
4
CK1-K2
37.532+45m
横向
4
22.35×5.6×2.3
83t
15m
5
FK4
62m
横向
4
19.2×5.6×3.2
88.5t
17m
6
BK14
62m
横向
4
19.2×5.6×3.2
88.5t
10m
合计
1820t
注：
除BK12段以外，其余5联钢箱梁均需在工地现场将悬挑拼装后方可吊装就位，以上最大分节质量含悬挑质量。
2、钢箱梁分段的主要技术指标及采用吊车类型：
钢箱梁联号
分段数量（个）
最大分段重量
分段最大起升高度
拟采用吊车类型
FK8-K10
5
77.2t
23m
2台300t汽车起重机
BK12
4
64t
18m
2台200t汽车起重机
EK10-K12
5
78.2t
17.5m
2台200t汽车起重机
CK1-K2
4
83t
15m
2台200t汽车起重机
FK4
4
88.5t
15m
2台200t汽车起重机
BK14
4
88.5t
10m
2台200t汽车起重机
2.2总体施工顺序
根据现场实际工作面情况，制定如下施工顺序：
首先进行FK8-K10、BK12段钢箱梁吊装施工，其次进行EK10-K12、CK1-K2段钢箱梁吊装施工，最后进行BK14、FK4钢箱梁吊装施工。
第三章施工计划安排
根据各联钢箱梁分段数量及业主对工期要求，制定如下施工计划安排：
节点
联号
临时支架搭设周期
钢梁吊装周期
钢梁连接周期
整联尺寸精度检验
整体涂装
临时支架拆除周期
总工期
FK8-K10
10
6
10
6
6
8
48
BK12
7
4
10
4
3
5
33
EK10-K12
10
6
10
6
6
8
48
CK1-K2
12
6
10
6
6
8
48
FK4
9
5
5
5
4
6
34
BK14
9
5
5
5
4
6
34
第四章拟投入施工设备
4.1起重吊装设备及主要技术参数
钢箱梁吊装投入施工设备及主要技术参数表
参数
吊车
规格
型号
数量
通行宽度
通行
高度
最大爬杆
幅度
吊车
自重
吊车起吊旋转场地尺寸
备注
300T汽车起重机
QAY300
2台
3.5m
4.5m
30°
80T
10m*10m
200T汽车起重机
QAY200
2台
3.5m
4.0m
30°
78T
18m*18m
100T汽车起重机
QY100K
2台
3.5m
4.0m
30°
54T
18m*18m
25T汽车起重机
QY25
1台
3.5m
3.5m
30°
32T
12m*12m
4.2起重吊装采用吊索具的选用
吊装采用的吊索具全部由正规厂家供货并出具合格证书，吊索具都由专业人员保管和发放，每月都经过安全员做外观检验，达到报废条件的吊索具不允许继续使用。
每次起吊前由安全员对吊索具进行确认，同时也对吊运环境进行确认，合格后方可进行吊运工作。
钢箱梁构件拟采用四根6*37+1强度极限为1550MPa的钢丝绳作吊索，吊索与水平线夹角不小于45度。
CK1-K2、EK10-K12、FK8-K10、BK12、BK14、FK4段按最大重量90t计算选型，因采用两台起重机抬吊，每台起重机承受45t,不平衡系数按1.2考虑。
1、钢箱梁分段钢丝绳吊索选型计算：
每根吊索拉力S=10G/（n*sina）=450*1.2/（4*sin450）=190.9（KN）
安全系数由起重工实用手册查得，取K=7，则所需钢丝绳的破断拉力应为
S破≥KS/δ=7*190.9/0.82=1629.8（KN）
δ为钢丝绳破断拉力换折减算系数，由起重工实用手册查得，取δ=0.82
因此由钢丝绳技术规格表查得，选用直径56.0的6*37+1型钢丝绳
S破=1825＞1629.8（KN）
所以选用该型钢丝绳是安全合理的。
2、重量在3t以下的零散物件使用直径19.5的6*37+1型钢丝绳作为吊装索具，不再予以验算。
3、卸扣的选用
吊钢箱梁分段构件每只卸扣最大额定载荷=45*1.2/4=13.5t，由D型卸扣G210技术参数查得，选用11/2型卸扣，其额定载荷17t＞12.5t。
4.3钢梁分段焊接投入机械设备表
由于现场安装时间紧，必须增加人力来保证生产进度，所要使用的设备会相应增加。
按照项目整体工期计划，准备在现场使用的用电设备、设施见下表所示：
分类
名称
规格型号
数量
用途
装配焊接
电焊机
Bx1
（2）-500
4台
钉焊、补焊
CO2焊机
60～500A
12台
主要焊接设备
碳弧气刨机
ZEF-1000
2台
焊缝反面背扣
辅助设备
空压机
UD8A-10C
1台
提供压缩风
风机
ERF-300
10台
密闭舱室通风
照明设备
5KVA变压器
380/36V
2台
密闭舱室安全照明
工具
磨光机
150
4台
第五章钢箱梁吊装组织机构及人员配备
5.1钢箱梁吊装组织机构
为优质高效完成钢箱梁吊装工程，我单位专门成立了钢箱梁吊装领导小组，负责施工管理和组织。
钢箱梁吊装组织机构框图如下图所示。
项目部
队长/副队长
材料员
技术员
质检员
安全员
调度员
起重组
焊工组
打磨组
防腐组
装配组
5.2施工作业人力资源配备
按照生产计划，结合现场施工作业各工种，针对本钢箱梁吊装工程，我单位拟投入如下施工作业人员，人员配备见下表：
部门
工种
人数
职责
管理人员
队长及副队长
2人
处理现场各种事务
安全保障
1人
保障现场安全及文明生产
质量检验检测员
2人
控制安装质量/探伤检测
技术员
1人
解决合拢现场的技术问题
起重运输组
吊车司机
2人
吊车操作
起重司索工
3人
指挥、司索、挂钩、摘钩
运输车司机
2人
高架车驾驶
结构安装组
装配工、铆工
10人
钢箱梁合拢装配
焊工、打磨工
15人
钢箱梁焊接及打磨
涂装组
打磨工
5人
涂装前表面处理
油漆工
10人
防腐喷涂
总计
53人
第六章钢箱梁吊装施工方案
6.1钢箱梁吊装施工工艺流程图
现场拼装及安装工艺流程见图6.1。
图6.1钢箱梁现场拼装及安装流程图
6.2钢箱梁吊装临时支架搭设
结合现场实际情况及钢箱梁加工分段的情况，钢箱梁安装临时支架采用Φ600*8螺旋管作为主支撑的整体胎架。
6.2.1钢箱梁吊装临时支架设计
6.2.2钢箱梁临时支架搭设及拆除施工
6.2.3临时支架受力验算
钢箱梁安装施工中临时支架应有足够刚度和稳定性，确保施工安全，结合六联钢箱梁结构特点，以受力方面最不利的BK12段钢箱梁为例进行受力验算分析。
该联支架纵断面图如下
1、WDJ碗口式脚手架相关参数
碗扣件采用外径φ=48mm，壁厚t=3.5mm，截面积A＝4.89cm2,材质为A3钢，惯性矩I＝12.19cm4则，回转半径λ=1.58cm,[ó]=205MPa。
2、支架地基资料
支架基础位于混凝土面上，地基承载力能达到200Kpa以上。
3、荷载计算
受力模型简化：
钢箱梁起吊落在支架上方时，通过双排36a工字钢将力传递给位于下方的八三墩，八三墩再将力传递给支架上方的工10工字钢上，工字钢再将力传递给支架上，考虑到八三墩将力非均匀的传递给工10工字钢，每段钢箱梁底板下方部分支架将会失效，计算中，每段钢梁下方支架受力按4排支架（2.7m宽）受力进行计算。
受力模型如右图所示：
受力荷载计算：
（1）BK12段梁体自重NG1：
3060KN÷（62m*2.7m）=18.28KN/m2（梁段长62m）；
（2）脚手架、工10工字钢、八三墩及36a工字钢自重标准值NG2：
4.5KN/m2;
（3）施工人员及施工设备自重标准值NG3：
1KN/m2；
（4）风荷载标准值NG4：
合肥地区基本风压W0=0.5KN/m2（《全国基本风压表》）；
us，风载体型系数，采用0.8；
uz，风压高度变化系数，取1.0；
水平风荷载标准值Wk=0.7*uz*us*wo=0.28KN/m2；
4、单根立杆受力计算
1BK12段最大分布荷载：
P=1.2*（NG1+NG2）+1.4*（NG3+NG4）=29.13KN/m2；
碗口立杆分布为0.9m*0.9m，则单根立杆受力为：
N=29.13KN/m2*0.9m*0.9m=23.6KN＜[N]=30KN;
经上述计算，立杆能满足受力要求。
5、支架立杆稳定型验算
碗扣式满堂支架是组装构件，一般单根碗扣在承载允许范围内就不会失稳，为此以轴心受压的单根立杆进行验算：
公式：
N≤Φ*A*[ó]
支架立杆排距为0.9m，则：
长细比λ＝L/λ=90cm/1.58cm=57<[λ]=150，取λ＝57；
此类钢管为b类，轴心受压杆件，查表:
Φ＝0.829；[ó]=205MPa；则：
N/（Φ*A）=23.6KN/（0.829*4.89*10-4m2）=58.2Mpa＜[ó]=205MPa;
结论：
支架立杆的稳定承载力满足稳定要求。
6、支架地基承载力验算
≤［P0］
式中：
N上部结构传给基础顶面的设计值；
Ab基底面积，取0.25m×0.9m=0.225m2；
［P0］设计承载力值。
通过上式：
地基承载力P=104.9Kpa，式中N=23.6KN；
因支架基础位于混凝土或沥青混凝土桥面上，地基基础承载力均能达到200Kpa以上，满足要求。
6.3钢箱梁运输
钢箱梁在加工厂加工完毕验收合格后，运输采用100T汽拖车，根据吊装安排分批运输。
装车时要注意现场吊装的方向，避免现场掉头。
装车时注意以下事项：
1、钢构件的装卸、运输必须在油漆干燥后进行。
2、钢构件发运时应采取可靠措施，防止构件运输中的变形。
3、钢构件在装卸、运输、堆放过程中应保持完好，防止损坏和变形。
钢箱梁分段运输行驶路线为从紫蓬工业园沿繁华大道进入徽州大道工地现场。
运输前应向运输部门办理超宽超限运输手续，批准后方可进行运输，在运输过程中应保持匀速行驶、遵守交通规则，前后小车开道保驾，避免发生交通事故。
要求运输道路的允许宽度满足箱体分块宽度，路面条件良好，表面平整，没有小于30米的转弯半径。
装车时，必须有专人监管，清点上车的箱号及打包件号，并办好移交或交接手续。
构件的运输顺序按照安装顺序分单元成套供货。
6.4钢箱梁吊装
6.4.1吊装选型
根据六联钢箱梁分段的特点，制定如下吊装选型方案：
1、BK14、FK4段钢箱梁
该2联钢箱梁分段最大重量为35T，宽度8.8m,吊起高度最大为19m。
基于上述数据，结合现场施工条件，拟采用100T履带吊一台来进行吊装。
由100T履带吊性能表可以看出，其吊装35T构件可以达到9m幅度，满足吊装要求。
2、BK12段钢箱梁
该2联钢箱梁分段最大重量为32T，最大宽度19.9m,吊起高度最大为21m。
基于上述数据，结合现场施工条件，由于构件宽度较宽，要求吊装幅度较大，拟采用130T履带吊一台来进行吊装。
由130T履带吊性能表可以看出，其吊装35T构件可以达到12m幅度，满足吊装要求。
3、CK1-K2、FK8-K10钢箱梁
该2联钢箱梁分段最大重量为50T，最大宽度9.35m,吊起高度最大为29m。
基于上述数据，结合现场施工条件，由于构件宽度较宽，要求吊装幅度较大，拟采用130T与100T履带吊来进行抬吊。
由100T及130T履带吊性能表可以看出，满足吊装要求。
130T与100T履带吊抬吊示意图
6.4.2钢箱梁分段吊装方法及精确定位调整
钢梁顶板安装4个吊耳做吊点进行钢梁吊装，选用的吊耳全部由在分段出厂之前分段吊装吊耳已经焊接并经过探伤检验合格。
并在构件翻转、装车时加以使用验证，这里不在予以验算。
吊装前在分段上系设好2根防风麻绳，以控制分段在空中时的状态。
当分段挂钩与钢梁顶板四个吊点挂好结束后，安全员对其进行检查验收，合格后，再由吊装指挥员指挥吊车司机将分段缓慢起升。
在达到预定起升高度时（超过临时支架顶表面1m以上），吊装指挥指挥吊车缓慢转动吊臂到预定安装位置上方后，吊车缓慢落钩将分段吊运至临时支架顶面5cm左右停下，然后人工参照事先放出钢梁底板边线、中心线将钢梁初步定位后吊车再继续落钩至安装位置。
1、精确定位调整
钢箱梁吊装至既定位置后，若位置与设计位置存在误差，需对钢梁吊装位置进行细部精确调整，调整按照先平面位置再高程的顺序进行。
具体方法如下：
（1）平面位置的精确调整方法
a、前后位置的调整（顺桥向）：
后点位置的调整：
在安装完毕的钢梁与待进行调整位置的钢梁的箱室内两侧腹板上各焊接两个受力点，然后在两个受力点间安装10t的平三套，通过调节平三套上的紧固螺扣来完成钢梁后点位置的调节。
前点位置的调整：
在待调整位置钢梁的箱室内表面底板和前方双排36a工字钢上各焊接两个受力点，受力点间同样安装10t的平三套来完成前点位置的调整。
b、左右位置的调整（横桥向）：
在承载钢梁分段的工36a工字钢上焊接一个千斤顶反力点，然后安装20t千斤顶，通过千斤顶的顶推力来完成钢梁左右位置的调整。
平三套左右调整千斤顶支点
c、水平调整力验算分析如下：
钢箱梁底板与工36a工字钢接触，经过对材料之间的摩擦系数表查证得知：
钢板与钢板之间的起动摩擦系数为0.15-0.2，考虑施工中各方面不确定因素的影响，摩擦系数取0.2。
本项目中，现场吊装钢梁最大分段重量为43.5T，故最大起动摩擦力为8.7T，则每侧通过2个10T平三套或2个20T的千斤顶能够满足要求。
如施工中因为其他因素影响水平方向的调整，则采取在工36a工字钢上方加垫四氟滑板，减少摩擦力，便于钢梁水平方向上的调整。
（2）垂直方向的调整
在钢梁分段经过水平方向上的调整以后，进行垂直方向的调整，调整通过4台20t千斤顶来调节，千斤顶要放置在支架体系八三墩上方，千斤顶不能直接接触梁板，要在液压杆上放置1块20x20x2cm钢板块，调整时要进行精密测量，达到要求后加入钢垫片及钢楔，要求在每个腹板处均设置垫片。
钢梁位置调整完毕后，要在梁体两侧及两端的平台上焊接限位板，用以固定梁体。
6.4.3钢箱梁吊装的测量方法
钢梁安装过程中，项目测量人员进行全过程检测。
钢梁吊装前，测量人员提前在临时支架顶部放出钢梁边线及中心线，便于钢梁吊装定位；同时复核临时支架顶部高程（即钢梁底板高程）是否准确，如误差超过规范要求，及时进行调整，以免耽误钢梁吊装。
钢梁每拼装完毕一节后，测量人员对安装完毕的钢梁顶板进行十字测量放线，同时进行高程测量，复核钢梁平面方向和垂直方向是否安装正确，如误差超过规范要求，及时进行调整。
6.5钢箱梁连接
当一跨钢箱梁拼装完毕后，测量人员对其整体线性测量复核无误后，对其进行焊接连接。
6.5.1焊接连接
6.5.1.1焊接顺序
焊接时，采用2人进行对称焊接，减少钢板焊接变形量。
焊接顺序及焊接方向如下图所示：
6.5.1.2各部位焊接方法
焊接部位
焊接方法
焊缝要求
U型板嵌补段
CO2气体保护焊
熔透不少于85%
顶板对接焊缝
陶瓷衬垫，1道CO2气体保护焊打底，3道CO2气体保护焊分层填充、盖面
横向I级，背面清根
底板对接焊缝
陶瓷衬垫，1道CO2气体保护焊打底，3道CO2气体保护焊分层填充、盖面
横向I级，背面清根
腹板
陶瓷衬垫CO2气体保护焊3道
I级焊缝
定位焊
手工电弧焊或CO2气体保护自动焊
6.5.1.3焊前焊缝处理
定位结束的分段由铆工对连接焊缝坡口进行处理，要求达到相应的坡口形式（坡口形式见焊接工艺），再由打磨工进行打磨处理，打磨标准为焊缝表面无油迹、锈斑等杂质，表面呈现金属光泽。
6.5.1.4焊接工艺
钢梁连接焊接工艺采用WPS焊接工艺来进行。
具体如下：
1、一般要求
（1）不得采用坡口边缘、内部存有超标夹层缺陷的母材进行施焊。
（2）焊接坡口可采用机械加工或热切割（热切割坡口，应对坡口进行打磨直至露出金属光泽），坡口表面应保持平整,不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷。
（3）坡口表面及两侧（以离坡口边缘的距离计焊条电弧焊各10mm,埋弧焊、气体保护焊各20mm）应将水、油污、铁锈、积渣和其它有害杂质清除干净。
（4）坡口露天放置产生铁锈时，在焊接操作开始前应进行打磨，直至露出金属光泽。
（5）多层焊时，每一焊接完毕后应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺陷时应及时清理，方可施焊。
（6）坡口焊时，底层焊道宜采用小直径材料进行填充，底层根部焊道的尺寸应适宜，但最大厚度不应超过6mm。
（7）施焊过程中应采取相应的措施来控制焊接变形。
2、焊接环境
（1）焊接环境出现下列任一情况时，须设防风棚或其它有效防止措施，否则禁止施焊。
A、风速：
气体保护焊时大于2m/s，其他焊接方法时大于8m/s。
B、相对湿度大于90%。
C、雨雪环境。
D、焊件温度低于-20℃。
（2）当焊件温度为0~-20℃时，应在始焊处100mm范围内预热到15℃以上。
3、引弧板、引出板、垫板
（1）严禁在焊缝以外的母材上打火、引弧。
当需承受动荷载且需经疲劳验算时，焊缝以外的母材除不允许打火、引弧外还不得装焊夹具。
（2）焊缝两端必须配置引弧板、引出板，其材质与被焊母材相同，坡口形式也应相同，禁止使用其它材质的材料充当引弧板和引出板。
（3）手工电弧焊和气体保护焊焊缝引出长度应≥25mm。
其引弧板和引出板的宽度应≥50mm，长度应为板厚的1.5倍且不小于30mm，厚度不小于6mm。
（4）其它焊接方法焊缝引出长度应≥80mm。
其引弧板和引出板的宽度应≥80mm，长度应为板厚的2倍且不小于100mm，厚度不小于10mm。
（5）焊接完成后，应用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整。
不得用锤击落。
4、定位焊
（1）定位焊必须由持相应合格证的焊工进行施焊。
（2）定位焊焊接材料应与正式施焊的材料相当，其质量应与最终焊缝相同要求。
（3）钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊的厚度不宜超过焊缝设计厚度的2/3，长度宜大于40mm，焊缝间距应为500~600mm，并填满弧坑。
（4）定位焊焊缝的预热温度应略高于正式施焊的预热温度。
（5）定位焊上有气孔或裂纹时，必须清除后重焊。
5、焊接工艺规范
按附表1中所示选择WPS。
6、焊接变形的控制
（1）对于对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接。
（2）对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序。
（3）对于长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用。
（4）宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中。
（5）对于拼接板焊缝宜采用预置反变形，对于一般构件可用定位焊固定，加强其钢性拘束。
（6）产品组装前要将分部件矫正变形后再进行总装焊接。
7、焊工技能评定
凡参加本项目施焊的焊工均需通过JGJ81-2002标准要求的资格评定。
在条件许可的情况下，也可用同类型焊工资格评定项目来替代。
8、焊接工艺评定
焊接工艺评定按JGJ81-2002执行，报告中所列要素均应适用于产品焊缝（见焊接工艺评定报告）。
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