跨渝湘高速钢箱梁安全施工方案.docx
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跨渝湘高速钢箱梁安全施工方案
重庆公路物流基地海棠立交工程一期工程、东城大道二期项目
海棠立交工程（一期）二标段B匝道跨渝湘高速钢箱梁部分安全专项方案
编制：
审核：
批准：
巴洲建设集团有限公司
二零一四年十一月
1、工程概况
1.1工程概况
渝湘高速公路海棠立交（一期）二标段，包括：
（1）主线东城大道北段桩号范围K6+949.624~K7+640段、渝湘高速桩号范围K83+220~K83+580段、A匝道桩号范围AK0+125.609~AK0+350.316段、B匝道桩号范围BK0+93.681~BK0+560.756段道路、桥梁、排水、交通、照明、结构工程。
（2）东城大道北段K6+700~K6+884.624路面及其他附属工程、绿化工程，东城大道北段K6+884.624~K6+949.624交通工程。
（3）东城大道北段K6+884.624~K6+949.624桥梁段及B匝道BK0+069.895~BK0+93.681桥梁上部构造及附属构造。
B匝道：
重庆公路物流基地方向至内环（主城）、渝黔方向左转匝道，双车道单出入口段匝道净宽9.0m,总宽10.5m.。
二标段B匝道起点桩号BK0+93.681，终点接渝湘高速K83+279.501处。
匝道全长467.075m,设计速度40km/h，最小圆曲线半径为100m，BK0+069.895~BK0+431.681段为桥梁方案。
B匝道在K0+364.681处上跨渝湘高速，设计标高294.605m，与高速高差8.515m,上跨处大致为凸形竖曲线终点，最大瞬时纵坡不超过2.5%。
渝湘高速公路海棠立交工程B匝道桥是为了接入渝湘高速而设，上部结构第一联为29.5+3×30+29.5m=149m预应力混凝土连续箱梁；第二联为3×31m预应力混凝土连续箱梁；第三联为29+33+29m=91m钢结构连续箱梁；混凝土箱梁梁高1.6m,钢箱梁中心梁高1.506m。
下部采用桩柱式基础与U型桥台基础。
横断面结构见图一：
图一B匝道桥横断面图
1.2钢箱梁简介
B匝道桥第9跨~12跨（BP9墩～BP12墩）其中第9跨~11跨上跨渝湘高速公路（桩号K83+092.472），设计采用钢箱梁结构，跨度为91m，全宽10.5m，高度1.506m。
钢箱梁钢材材质除注明外均为Q345C；B匝道桥钢箱梁平面位置及钢箱梁标准横断面分别见图二、图三
图二B匝道桥跨高速平面位置图
图三钢箱梁横断面图
1.3钢箱梁吊装施工要求及技术保证
⑴施工要求渝湘高速交通要道，B匝道桥钢箱梁吊装须占道施工，其施工过程中必须保证高速公路的正常、安全通行。
钢箱梁吊装质量要求主要为现场焊接必须满足的相关要求；吊装安全要求包括占道施工安全防护、交通管制措施及吊装过程、机械设备使用的安全控制两个方面；为减少高速公路占道施工时间，吊装施工计划工期完成并将支架拆除以恢复高速路正常通行，以消除安全隐患。
⑵技术保证条件①施工前必须编制安全专项方案，并按要求组织专家论证，在论证通过后对技术人员、作业人员进行全面的安全技术交底后方可开始施工；②高速公路占道施工前必须配合业主按成南高速公司要求办理施工许可审批手续，施工许可未落实严禁动工；③高速公路占道施工应严格按照《公路养护安全作业规程》（JTGH30-2004）及当地高速交警执法部门要求做好交通管制安全防护实施，在防护设置完善并通过相关部门验收后方可动工；④对吊装施工的临时支撑及安全防护支架及吊装设备、吊绳的选用应仔细验算，保证临时支架承载力和净空高度、防护设施及机具的选用满足要求。
2、编制说明2.1编制依据⑴《渝湘高速公路海棠立交工程（一期）施工图设计文件》⑵《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）⑶《铁路钢桥制造规范》（TB10212-2009）⑷《公路养护安全作业规程》（JTGH30-2004）⑸《起重机械安全规程》（GB6067.1-2010）⑹《钢丝绳国家标准》（GB8918-2006）⑺《一般起重用D形和弓形锻造卸扣》（GB/T25854-2010）⑻《中华人民共和国安全生产法》⑼《建设工程安全生产管理条例》⑽《施工现场临时用电安全技术规范》⑾渝湘高速公路海棠立交工程B匝道桥现场施工条件。
2.2编制安全目标⑴生产安全责任事故得到有效遏制；⑵突发环境事件及职业病发病率持续稳定；⑶重大危险源管理水平得到有效提升；⑷安全生产基层、基础建设得到持续加强；⑸基层安全生产标准化、安全文化建设水平得到提升；⑹协作单位安全生产持续受控。
2.3编制原则及适用范围1、编制原则⑴安全第一、预防为主、综合治理的原则始终按照技术可靠、措施得力、施工顺序安排合理、确保安全的原则确定施工方案。
工程开工前做到安全保证措施首先落实到位，在确保万无一失的前提下组织施工。
当安全、质量、进度发生冲突时，必须优先考虑和解决安全生产方面的问题。
⑵坚持国家法律法规和行业标准、技术规范的原则贯彻执行公路桥梁施工规范、安全技术规程、公路养护安全作业规程，执行上级主管部门对本工程建设的各项要求，采取现代化的管理手段和管理模式，优化各项资源配置，以适应施工组织需要。
2、适用范围本方案适用于渝湘高速公路海棠立交工程B匝道桥钢箱梁吊装施工前占道等施工准备、施工过程中吊装机具设备和安全防护设施及吊装完成后防护支架拆除全过程的所有施工内容
3、施工工艺
3.1施工工艺流程
渝湘高速公路海棠立交工程B匝道桥钢箱梁吊装施工工艺流程见图4。
图4钢箱梁吊装施工工艺流程图
3.2施工准备
3.2.1施工进场道路及水、电钢箱梁运输采用加长运输车辆通过公路运送至施工现场，在确定好运输路线、确定运输方案后报上级部门批准实施。
在实际运输过程中根据运输方案中的运输路线，设专人对沿途运输线路中的转弯处模拟考察以确保万无一失。
在钢箱梁运输过程中做好对运输构件的固定工作。
施工用电采用接入630kw箱变接入当地高压电路。
当地水资源比较丰富，施工用水直接选用附近水源经过滤池沉淀净化后即可使用。
3.2.2占道施工准备
受施工条件影响，渝湘高速公路海棠立交工程B匝道桥吊装须进行占道施工。
占道施工首先应积极配合业主协调落实高速路占道施工许可审批手续；其次应提前结合施工段高速公路情况按照《公路养护安全作业规程》（JTGH30-2004）及当地高速交警执法部门要求做好占道施工所需的标志标牌、防撞桶、锥形筒等交通安全防护设施。
另外，占道施工手续审批完成后在钢箱梁吊装施工前应完成高速路改道变道施工（具体占道施工方案见主线跨高速施工占道方案）。
3.2.3施工测量
钢箱梁吊装前利用测量仪器进行测量放样，在盖梁及支架临时支撑上精确放样支座中心线位置及钢箱梁中心线。
3.3钢箱梁加工
钢箱梁选用具有相应资质的专业厂家进行工厂化加工。
钢箱梁为全焊结构，结构焊缝多，为控制箱体结构焊接变形，保证产品整体质量，特别是腹板与顶（底）板主要焊缝的焊接质量为确保加工精度，综合考虑钢箱梁的结构形式以及运输条件限制，钢箱梁采取整体胎架法、横向分块、纵向分段制造。
钢箱梁分段方案结合设计要求及工厂加工能力，分段及分块思路见图5。
图5钢箱梁分块、分段平面图
如图5，钢箱梁共分46个块段，各块段参数见表1。
表1钢箱梁各块段参数表
钢箱梁编号
单段长度（m）
单段宽度（m）
梁中高（m）
单段重量（t）
1
2.35
10.276
1.506
12.1
2-4/43-44
2
10.276
1.506
8.56
12-14/16-18/
29-31/33-35
2
10.276
1.506
9.27
5-11/19-28
36-42
2
10.276
1.506
8.14
15
0.8
10.276
1.506
8.83
32
0.8
10.276
1.506
8.42
45
2
10.276
1.506
8.842
46
2.35
10.276
1.506
12.465
3.4钢箱梁吊装临时支架施工
3.4.1钢箱梁吊装临时支架设计
原有渝湘高速路加宽后进行钢箱梁吊装施工，为确保渝湘高速路车辆行驶安全，防止施工过程中机具、焊渣、杂物等坠落，在钢箱梁跨成南高速路的范围内搭设支架形成防护平台，同时也作为钢箱梁吊装时的临时支撑。
支架平台尺寸设计为顺渝湘高速路长16m，宽40m，净空高度5.5m。
通过在渝湘高速路上浇筑宽1m、高1.2m、长18m的条形C30混凝土基础并在顶面埋设预埋件，再依次安装φ800×10mm钢管桩立柱、双I50钢箱梁临时支撑型钢、I25a@50cm防护平台型钢、1cm厚满铺钢板及2.2m高全封闭围栏等附属安全设施。
支架结构设计见图7、8、9。
图7钢箱梁吊装临时支撑及防护支架平面图
图8钢箱梁安装临时支撑及防护支架纵断面图
图9钢箱梁安装临时支撑及防护支架横断面图
3.4.2钢箱梁吊装临时支架受力计算
为保证钢箱梁临时支架能够承受荷载重量，故选择最长跨节段钢箱梁来进行验算，最长跨度节段钢箱梁长度为2m（长）×10.28m（宽），荷载组成如下：
上部结构恒载：
①钢箱梁自重：
200KN（比实际重量124KN大）。
②双I50承重横梁：
5m*109.345kg/m*2*10=10.9KN
③I32横梁：
（5m*62.765kg/m）*10=3.14KN
④I25纵梁：
（11.5m*38.08kg/m）*10=4.4KN/根
⑤δ10钢板：
78.5kg/m2*19m*5.5m*10=9.1KN/m
活荷载：
施工荷载及人群荷载：
100KN
钢箱梁临时支架内力验算
⑴钢管桩（按最不利考虑）：
单跨钢管桩为两根，单跨总荷载为：
（200*4.4+3.14*2+10.9*2+9.1*5+100）=413.18KN
单根钢管桩：
N=413.18KN/2=206.59KN
桩底有效面积：
A=3.14*0.8*0.01=0.0251m2
按强度计算：
σ=N/A=206590N/25100mm2=8.23N/mm2<[σ]=145N/mm2
满足要求。
⑵双I50型钢承重横梁（按跨中最不利计算）：
按照5m跨径，两点集中受力集中荷载为（200+100）/4=75KN,由midas建模可得最大应力为144/2=71MPa<[σ]=215MPa，满足要求。
图10双I50弯矩包络图
图11双I50剪力图
图12双I50应力图
⑶I25横梁（自重考虑均布荷载，人工荷载考虑集中跨中荷载，跨径最大为16.5m。
）
Q=0.38+0.47=0.85KN/mF=100/5=20KN
由midas建模可得最大应力为178Mpa<[σ]=215Mpa，满足要求。
图13I25弯矩包络图
图14I25剪力图
图15I25应力图
综上计算结果可知，钢箱梁临时支撑支架满足受力要求。
3.4.3钢箱梁吊装临时支架搭设
在完成占道施工审批许可后进行支架搭设，搭设分两段进行，即按渝湘高速分左右幅占道分别搭设两段支架，首先占右幅（即重庆到湖南方向）渝湘高速路搭设右幅支架（即靠BP9墩侧）；占左幅（即湖南到重庆方向）渝湘高速路搭设右幅支架（即靠BP11墩侧）。
⑴支架基础施工
支架基础放置在渝湘高速路上，由测量放样确定条形基础边线后进行模板安装、预埋件安装定位、C30混凝土浇筑。
为便于支架基础拆除，在基础底面通过铺垫彩条布与渝湘高速路面隔离。
支架预埋件设计如图16。
图16支架预埋件设计图
⑵支架搭设
采用25t汽车吊从下至上依次起吊安装φ800×10mm钢管桩立柱、双I50承重主横梁、防护平台I25纵向分配梁及满铺1cm厚钢板。
支架最重构件为双I50承重横梁，分两段起吊安装，单根长13m，重2.76t，采用25t汽车吊满足起吊要求。
φ800×10mm钢管桩立柱底部与预埋件间焊接4块10×10cm三角加劲板。
双I50承重主横梁直接嵌入钢管桩内。
为增加钢管桩的局部刚度，在钢管桩开口位置两侧各焊接一块30cm高20cm宽10mm厚钢板，下部采用2块30cm宽30cm高20mm厚三角钢板进行加固。
双I50安装及桩顶处理见图17。
支架纵向连接较为薄弱，为增加纵向稳定性，防止纵向水平荷载时支架倾覆，从BP9墩至BP11墩方向作为钢箱梁临时支撑的第2、3排钢管桩之间和第4、5排钢管桩之间均采用双I25分别在钢管桩顶、底部焊接平联。
另外，防护平台I25横梁与双I50承重主横梁间除全部点焊连接外，钢管桩立柱顶部3根I25横梁均须与双I50承重主横梁满焊连接。
图17双I50安装及桩顶处理图
为保证高速路行车安全，必须保证钢箱梁吊装及后续桥面系施工过程中无任何物品坠落，因此，防护平台顺高速路两端必须安装全封闭围挡，围挡立柱采用2.2m高φ48×3.5mm脚手管以1m间距焊接在防护平台钢板上，立柱间通过焊接2.2m高3mm钢板形成全封闭围挡，围挡立柱顶通过斜向焊接φ12钢筋与平台钢板相连以增加稳定性。
3.5钢箱梁运输
综合考虑运输线路及运输能力，钢箱梁采取横向分块、纵向分段制造并运输。
其中最大钢箱梁尺寸为（高×宽×长）：
1560（mm）×10276（mm）×2000（mm），最重箱梁重约12.4吨。
3.6钢箱梁吊装
3.6.1吊装准备
钢箱梁吊装前应当做好以下准备工作：
①钢圈尺等测量工具必须经计量部门的校验合格后方可使用。
②吊装前应安装好支座，并对支座顶标高进行复查，做好复查记录，发现问题应及时处理。
③作业人员进场后吊装前，项目部必须对所有人员进行安全教育，并进行吊装安全技术交底。
④吊装前，桥墩旁脚手架等安全设施必须已经落实到位，“三宝”等劳保用品已经发放到作业人员手上，并已对作业人员进行正确使用方法教育。
⑤钢箱梁安装前应先将盖梁上的杂物清理干净，以便于钢箱梁顺利就位。
⑥吊装前应检查各起重吊索具的性能并确保其处于良好状态，正式吊装前应先试吊，检测吊车的性能状态，确保安全起吊。
⑦为控制钢箱梁标高、平面位置及线形，吊装前在支撑平台上采用双I25型钢和钢板焊接临时支撑（卸荷块）和限位挡块，双I25临时支撑顶标高经测量复测后通过支垫钢板调整至设计标高，考虑临时支撑支架非弹性变形，临时支撑点标高考虑高于设计标高5mm。
如下图所示。
钢箱梁临时支撑及限位挡块图
⑧钢箱梁吊装临时支撑及安全防护支架搭设、安全防护已全部完成，占道施工安全防护设施已全部设置就位。
3.6.2吊装顺序
如图5所示，总体的吊装思想是：
从BP9墩柱至BP11墩柱分段依次吊装，依照数字顺序,先吊装1-31号段，后吊装32号至46号安装顺序依次安装完毕。
对应的占道顺序为先重庆至湖南方向后湖南至重庆方向。
3.6.3吊装施工
渝湘高速公路海棠立交工程B匝道桥钢箱梁拟采用一台50t汽车吊车进行吊装。
经过现场勘查，渝湘高速路场地没有障碍物影响汽车吊的摆位，钢箱梁吊装前的摆放亦不受周围环境的影响。
50t汽车吊支腿全伸，全方位作业，起重性能参数见下表：
表250t汽车吊起重性能参数表
每榀钢箱梁共计4个吊点，并且在出厂前已经焊接并经过探伤检验合格，吊具选用Φ56钢丝绳，选用S-BX55卸扣承载重量为55t。
汽车吊最小起升高度为（相对于地面）：
H=h1+h2+h3+h4+h5=6.5（钢箱梁最高就位高度）+2.5（钢箱梁就位前需吊高增加）+6.3（吊钩与梁顶高度）+6（吊钩及主绳长度）=21.3m。
3.6.4吊耳的选定及计算
⑴吊点位置的确定
箱梁的吊装，确定吊点位置是一个十分重要的环节，所选定的吊点必须能够确保箱梁在吊运过程中平稳、不歪斜、不摇晃，保证吊装的安全。
本次吊装，所选定吊点位置设计在钢箱梁段重心线上，布置在有隔板的位置处，因为此位置是保证箱梁骨架截面尺寸的点，同时也是箱梁最坚固的位置，吊点布置在此位置，能够确保吊运过程中箱梁的截面不扭曲、不弯曲，同时也是极大的提高吊装的安全性。
当吊耳位置无法设置在隔板位置时，吊耳位置处的顶板局部加厚补强。
以1号梁段为例，吊耳布置如图24。
图24吊点位置布置图
⑵吊耳的设置
吊耳是钢丝绳与吊构件之间的纽带，起着至关重要的作用。
吊耳的结构及尺寸必须经过严格的设计计算、核算、验证等，必须保证吊装过程中吊耳不出现拉裂、弯曲、扭曲、拉断等重大安全隐患，本次吊装最大构件约为12.11吨，计算时按照20吨，采用四个吊耳同时起吊，则单个吊耳所受的垂直拉力P为：
P=mg/4=20/4*10=50（KN）=0.5吨。
以钢丝绳与水平面的夹角为60度计算，单个吊耳所受的斜向最大拉力F为：
F=P/sin60=50/0.866=57.73（KN）=0.57（吨）
吊耳采用34mm厚，材质Q345的钢板，结构及尺寸见图25所示。
图25吊耳结构尺寸设计图
⑶吊耳强度验算
①拉应力计算
如图25所示，在斜向力作用下，拉应力的最不利位置在与斜向力垂直的断面，其强度计算公式为：
考虑起吊过程在动载作用下，动载系数K=1.25
σ=1.25*57.73*1000/｛2*（150-60）*66｝=6.07MPa
[σ]=135/1.5=90MPa（其中σx参照下表低合金结构钢试验值中相对应测试组中最小值。
）
σ<[σ],故此板式吊耳抗拉强度符合要求。
②剪应力计算
如上图所示，在斜向力作用下，最大剪应力位于斜向力方向横断面，其强度计算公式为：
考虑起吊过程在动载作用下，动载系数K=1.25
τ=1.25*57.73*1000/｛（150-60）*66｝=12.1MPa
[τ]=180/1.732=103.9MPa（因Q345材质拉应力接近16Mn材质，故拉应力取下述表中16Mn实验值中最小值）
τ<[τ]，故此板式吊耳抗剪强度符合要求。
③局部挤压应力计算
局部挤压应力最不利位置在吊耳与销轴结合处，其强度公式为：
σc=57.73.*1000/（90*66）=9.7MPa
[σc]=1.4*270=378MPa（因Q345材质剪应力接近16Mn材质，故剪应力取下述表中16Mn实验值中最小值）
σc<[σc],故此板式吊耳局部承压强度符合要求。
设计用钢材强度值
极限抗拉
屈服强度
强度设计值
强度最小值
抗拉,压,弯
抗剪
端面承压
钢材序号
构件钢号
钢材厚度
fu
fy
f
fv
fce
mm
kN/cm2
kN/cm2
kN/cm2
kN/cm2
kN/cm2
1
Q235
16
37.5
23.5
21.5
12.5
32
2
16~40
37.5
22.5
20.5
12
32
3
40~60
37.5
21.5
20
11.5
32
4
60~100
37.5
20.5
19
11
32
5
Q345
16
47
34.5
31.5
18.5
41
6
16~35
47
32.5
30
17.5
41
7
35~50
47
29.5
27
15.5
41
8
50~100
47
27.5
25
14.5
41
④焊缝计算
当吊耳受拉伸时，焊缝开双面坡口，按照对接焊缝计算：
σh=1.1*57.73*1000/（300-132）*34=11.1MPa
[σh]=0.8*130=104MPa
（因Q345材质拉应力接近16Mn材质，故拉应力取下述表中16Mn实验值中最小值）
σh<[σh],故此类板式吊耳焊缝强度符合要求。
设计用焊缝强度值
对接焊缝
对接焊缝强度设计值
极限抗拉
抗压
焊缝质量为1、2级及3级
抗剪
角焊缝强
强度最小值
时抗拉、抗弯强度设计值
度设计值
焊缝序号
焊条型号
钢材钢号
钢材厚度
fu
fwc
fwt12
fwt3
fwv
fwf
mm
kN/cm2
kN/cm2
kN/cm2
kN/cm2
kN/cm2
kN/cm2
1
E43xx
Q235
16
37.5
21.5
21.5
18.5
12.5
16
2
16~40
37.5
20.5
20.5
17.5
12
16
3
40~60
37.5
20
20
17
11.5
16
4
60~100
37.5
19
19
16
11
16
5
E50xx
Q345
16
47
31.5
31.5
27
18.5
20
6
16~35
47
30
30
25.5
17.5
20
7
35~50
47
27
27
23
15.5
20
8
50~100
47
25
25
21
14.5
20
焊接方法为：
自动焊、半自动焊、手工焊。
3.7钢箱梁现场焊接
本工程施焊时应充分考虑到现场的工作环境和施工操作条件，事先充分作好各种技术准备工作，确保箱梁连接在几何尺村、外形、焊接质量、焊接变形等各方面的质量控制。
根据工地情况及焊接工作量，拟配备8台CO2气体保护焊机，每台焊机功率约为18KW，8台焊机不会同时使用，考虑同时使用的焊机数最多时为5台焊机，工作功率大概为40KW。
⑴焊前准备
焊工（包括定位焊工）必须通过考试并取得资格证书，且只能从事资格证书中认定范围内的工作。
焊接前应做好如下准备工作：
①施焊前应当就《焊接工艺卡》对焊工进行焊接技术交底；
②焊接材料应按焊接工艺所指定规格及品种使用，焊剂、焊条必须按工艺所指定的温度进行；焊剂中的脏物、焊丝上的油锈等必须清除干净；CO2气体纯度应大于99.5%；
③施焊环境湿度应小于80%，温度不低于5℃；露天焊接时必须采取防风和防雨措施；其主要杆件应在组装后12小时内焊接；当杆件的待焊部位结露或被雨淋后，要采取相应的措施去除水分和浮锈；
④焊接前必须彻底清除待焊（包括定位焊）区域内的有害物；焊接时严禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅；
⑤在焊缝两端应设置引弧和引出板。
埋弧自动焊的引弧板和引出板宽度应大于80mm，长度宜为板厚的2倍且不小于100mm，引弧板厚度应和被焊件等厚且相同坡口。
手工焊和气保焊的引弧及引出板宽度应大于50mm，长度宜为板厚的1.5倍且不小于30mm，引弧板厚度应和被焊件等厚且相同坡口；
⑥焊接工人操作平台在有防护平台部分利用防护平台，无防护平台部分分别在钢箱梁横向分块线下方平台承重横梁与盖梁间以间距50cm安装3根I25，在I25上满铺6mm厚钢板，以形成工人行走通道和焊接操作平台。
⑵施焊方法
现场顶板纵向焊缝对接采用单面焊双面成型焊接，背面贴陶质衬垫，底层用CO2气体保护焊进行打底焊，中、上层填充和盖面焊道采用万能式埋弧自动焊平位焊接或CO2气体保护焊焊接。
底板纵向焊缝对接采用单面焊双面成型焊接，背面贴陶质衬垫，全部采用CO2气体保护焊进行焊接。
合理的梁段环缝的施焊顺序能够防止焊接变形、减小焊缝内应力，保证外形尺寸及焊接质量。
⑶焊接工艺要求
表6环焊缝焊接工艺参数表
试件编号
板厚（mm）
焊接
方法
位置
焊接材料
坡口型式
电流（A）
电压（V）
焊速（m/h）
焊脚覆盖范围（KJ/cm）
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