大型钢围堰施工.doc

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大型钢围堰施工一、围堰施工的基本概念1、围堰的作用围堰的作用就是在基础位置从地基到上部施工面，临时围出一个范围，使在这个范围内的基桩加承台形式的基础施工能避免水或土体的不利影响而正常进行。围堰的重要、关键作用之一是起施工平台的作用。这一作用的实现，在水深、流急的水流中是有很大难度的。因为要使围堰抵抗急流的冲击而稳定，需要进行许多很艰难的施工才能做到。围堰的另一个重要、有难度的作用是在堰内抽水后的抗水头差作用，因为围堰需要有足够的刚度和强度及密封程度才能抵抗水头差。基础的承台施工，一般是在围堰内抽水的情况下进行的。基础承台混凝土的浇筑施工，也可以利用围堰壁作为承台的侧模板。对于着、嵌岩的围堰，通过在堰内将基岩面以上的覆盖土层清除，可使堰内基桩采用清水方法进行钻孔施工成为可能。清水钻孔施工可节省钻孔施工造价，加快钻孔施工进度，提高基桩承载能力。不管是浅水基础还是深水基础，围堰施工方式一般都能适用于其施工。围堰施工方式是较普遍采用的基础施工方式。2、围堰的种类围堰有土石围堰、板桩围堰、板箱围堰、双壁围堰等种类。其中土石围堰又有土袋围堰、木桩竹条土围堰、堆石土围堰、竹笼围堰、铅丝笼围堰等形式；板桩围堰又有钢板桩围堰、钢筋混凝土板桩围堰等形式；板箱围堰又有钢板箱围堰、木板箱围堰等形式；双壁围堰主要采用双壁钢围堰形式，也可采用钢筋混凝土薄壁双壁围堰形式。土石围堰、板箱围堰一般用在浅水基础施工中，板桩围堰一般用在较深、较大流速的水中基础及较深基坑施工中，而双壁围堰则用于水深、流急中的大型基础的施工中。3、大型钢围堰的发展情况较深、较急水流的水中基础施工，由于围堰受力和施工较复杂，所以一般采用钢结构形式。而对于深水、急流水中的、规模很大的基础施工，一般采用双壁钢围堰结构形式。目前，在水深、流急的大宽度江河上修建大跨径斜拉桥的情况越来越普遍。在这些斜拉桥上，一般采用大型圆形双壁钢围堰的基础施工形式。实践证明，大型圆形双壁钢围堰是目前较为普遍采用的围堰形式之一，也是很常见的基础施工方式之一。近年来，在通航桥梁上，基础的设计和施工已采用了一种新的方式，即采用了钢围堰、封底混凝土、基桩、承台的联合基础，而且这种形式已得以成功运用。在这种基础中，钢围堰即起施工作用，又作为永久结构起参与抵抗船撞力的作用。二、大型钢围堰的运用范围由于沉井基础的沉井本身已具备围堰的功能，所以除沉井基础外，其他需要防止水、土干扰的桩加承台基础施工，一般都可采用围堰方式，而对于大型桩加承台基础施工，则采用大型钢围堰方式。由于大型钢围堰可以具有足够大的刚度、强度、重量和良好的稳定性，其堰内有足够大的施工操作空间，而且在构造上可以采用合理的形式，在施工过程中也可采取其他措施，所以大型钢围堰完全可以在地基土层中下到必要的深度，并可采取其他措施，使大型钢围堰具备在水中抵抗水流冲击的能力。因此，大型的深水急流中的桩加承台基础常常采用大型钢围堰的施工方式。三、大型钢围堰的工作原理1、围堰利用从地基土层到超过水面或不稳定地面范围的围体结构围水或围易坍塌的土体，使基础施工能在围堰范围内进行；2、在围堰内围堰底部的地基上浇筑水下封底混凝土，使围堰、封底混凝土在堰内形成一个与外部土体、水完全隔离的空间，使得在堰内抽水进行水下承台的施工成为可能；3、由于围堰底部支承在土层中，顶面在水面或不稳定土体以上，所以在围堰顶面建立基础施工工作平台成为可能；4、当基岩面以上的覆盖层不足够厚时，为防冲刷，围堰下部必须要着岩或嵌岩。如果覆盖层很厚，为防冲刷，围堰下部必须要处于土层中冲刷线以下的深度。而且在洪水来临前，必须要在堰内完成封底混凝土的浇筑以及一定数量基桩的成桩，以使围堰通过封底混凝土与基桩联成整体，以抵抗其大体形所导致的洪水对其巨大的冲击力。四、大型钢围堰的构造形式大型钢围堰高度大、平面尺寸大，因而其重量大，抗扭曲变形的能力不强。因此，大型钢围堰不可能采用整体安装的方法安装成形，一般采用分节接高成形，逐渐下沉的方式安装、就位。为了减少安装重量，已成形部分的在水中下沉的围堰应能自浮。否则，围堰在未着在地基面上以前，其巨大的重量和易变形的构造使得很难对其进行吊装、支承。所以深水大型钢围堰的堰壁一般采用可自浮的双壁形式。另外，为使围堰能在土层中下沉，围堰必须要有足够的重量，则采用双壁形式，为在堰壁内填充必要的填充物增重提供了可能。围堰结构承受水头差或土体侧压力的作用，如果采用圆形结构，则受力合理，稳定性好，用材节省。而且圆形结构的抗扭曲变形能力是在所有平面几何形状中最好的。因此，深水大型钢围堰一般采用圆形双壁钢结构形式。大跨径斜拉桥的塔、墩基础由于受力很大，因而其规模也很大。当其塔、墩处于水深、流急的水中时，一般应采用大型圆形双壁钢围堰进行基础施工。圆形双壁钢围堰构造见图3-2-1。图3-2-1 圆形双壁钢围堰的构造图一般大跨径斜拉桥墩、塔的跨间是通航的，而且通航的标准很高，则通航跨塔、墩基础可采用上面所介绍的钢围堰联合基础构造，见图3-2-2。图3-2-2 钢围堰联合基础构造图圆形双壁钢围堰由刃脚、堰身构成。刃脚部分采用楔体形状，便于围堰在土中下沉。刃脚的形成楔形形状的斜板也是双壁间的封底板。堰身由内外壁板构成。内外壁板、刃脚斜板使堰身形成了可自浮的舱体结构。刃脚斜板、内外壁板均在其舱体内侧面设有型钢加强肋。在内外壁板间每隔一定高度设置水平桁架托架，以使内外壁板形成联结。在堰身的舱体内，以过圆心的半径线等分圆周。则半径线与内、外壁板各有一个交点，在交点间设置隔舱板，使堰身被等分为数个互不相通的隔舱体。设置隔舱体的目的是为了能对围堰局部进行灌水压重，以调整围堰在水中自浮时的倾斜状态。隔舱板因为要承受相邻隔舱体不平衡的水头差，所以在隔舱板上每隔一定高度设置了与内外壁板相垂直的型钢加强肋。圆形双壁钢围堰必须能够承受所要求的水头差的作用，也能够承受其他施工荷载和自重荷载的作用。承受施工荷载和自重荷载的要求一般能够容易得到满足。因此，围堰结构的强弱程度主要是由水头差压力所决定的。承受水头差受力大的部位其结构应该强大一些，承受水头差小的部位其结构则相对可以弱一点。例如，一般围堰在高度方向上分为标准段和加强段，实际上就是根据水头差受力大小而确定的。围堰结构的构造要求和其他一些非受力方面的要求也有可能影响围堰结构的强弱程度，但影响一般不大。五、大型钢围堰总体施工原理和方法深水、急流大型钢围堰的施工是所有围堰施工中难度最大的，是有代表性的围堰施工。下面介绍深水、急流中的大型双壁钢围堰施工的原理和方法。1、大型钢围堰施工应该完成和实现下列施工任务和目标：完成钢围堰的制作、下沉到位、堰内清淤及清基、封底混凝土的浇筑。其中的清淤是指将封底混凝土基底以上的土层全部清除出围堰，清基是指对清淤后的残留渣质进行更进一步的清除，以使封底混凝土基底较为纯洁、干净，使封底混凝土的质量符合要求，并达到更好的程度。封底混凝土的浇筑完成后，还要完成堰内必要数量基桩的成桩，使钢围堰自身处于最大水流冲击下的稳定状态。此后，以钢围堰为施工平台，完成堰内全部基桩施工及堰壁混凝土浇筑施工。然后，在规定的水头差下，就可以在堰内抽水，进行堰内承台施工。承台施工完成后，继续进行塔、墩身的施工，直至塔、墩身出水面，至此，围堰所起的施工结构的作用就基本完成了。最后，完成钢围堰承台面以上部分的切割，则钢围堰的施工全部结束；2、根据高度、平面尺寸、重量都较大及抗扭曲变形能力不强的情况，为了使运输、吊装更方便，大型钢围堰一般应采用分块制作，及分块、分节拼装的方法制作和拼装成形。钢围堰的拼装应按从底至顶的顺序进行，分节顺序则与此对应。钢围堰的拼装也有采用整节吊装拼装方式的。但实践证明，这种方式使围堰拼装在吊装过程中变形大，在对接过程中拼装精度差，接头很不顺直。因此一般不应采用此种拼装方式；3、为了使大高度的钢围堰拼装的吊装方便，钢围堰的拼接应在基础位置进行，以便钢围堰能够边接高边下沉，使钢围堰的安装高度得以降低；4、钢围堰在基础位水上的拼装是在已成形那一部分的钢围堰上进行的。那么就应该有一个基础节即第一节用以开始进行拼装。基础节的精度要求是很高的，所以，一般应在岸上制作；5、钢围堰在水中时，利用空心堰壁的自浮特性使围堰浮在水中；钢围堰着地后，利用地基的承载能力支承围堰；6、在接高过程中，当围堰在水面以上有一定高度后，可使之下沉，边接高边下沉。围堰在水中时，通过在堰壁舱内灌水下沉；围堰已进入土层中后，采用在堰舱内灌混凝土和灌水增加自重，并在堰内清除地基土，减少地基土对围堰的下沉阻力的方法使围堰下沉。堰壁混凝土应从围堰着床后开始浇筑。但为使刃脚着床时刃脚具有较大的刚度，一般在围堰下沉前就在刃脚浇筑一部分刃脚混凝土。堰壁混凝土也是增加围堰抗水头差能力所需要的，其填充范围一般是从刃脚底至承台面这一范围。在堰内清除地基土，采用导管气举吸除法。这一方法在一般的钻孔灌注桩清孔施工中常用；7、水中钢围堰的第一节即底节的制作和就位一般较多采用在岸上制作，滑移或吊装下水，浮运就位的方法；8、虽然自身是基础施工的工作平台，但当其未达稳定状态前，其本身的接高下沉也需要工作平台。为此，在围堰周围的水面设置船体平台。船体平台夹住围堰，可控制围堰的平面位置，并成为围堰下沉的导向体。所以船体也称之为导向船，船体平台也称为导向船体系。在导向船上设置吊装设备和其他必要的施工设施，以满足围堰施工的需要；9、在急流水中的钢围堰，其在嵌入土中较大深度达到自身抗水流冲击稳定前，必须要依靠一个锚碇系统使之能够抗水流冲击而稳定。为此要设置水中锚锭系统。锚碇系统与导向船、钢围堰体系连接，保证该体系的抗水流稳定。锚碇系统的主要作用是保证在枯水、平水季节，在钢围堰嵌入土中稳定深度以前的着床阶段，钢围堰的抗水流和风力的稳定。对于洪水状态，必须要采取渡洪措施才能确保钢围堰的安全和稳定。10、为了使钢围堰达到着、嵌岩的目的，必要时要采用一些辅助下沉措施，如高压射水破岩、爆破破岩、钻岩破岩或临时配重增加围堰下沉力等辅助下沉措施；11、堰内清淤清至基岩面或刃脚位置以下的土层面，必须要将松散杂质清除干净，以便封底混凝土浇筑在干净的基岩面或干净的较硬土层上，保证混凝土的质量符合要求；12、封底混凝土采用水下浇注法浇筑。浇注前，必须要先下放钻孔钢护筒，以留出基桩位置；13、封底施工完成后，在洪水来临前，必须采取渡洪措施，完成堰内基础的必要数量的基桩施工，以使围堰在洪水冲击下自身达到稳定状态；14、在钢围堰自身稳固后，如果钢围堰堰壁混凝土的浇筑仍未完成，则继续将其完成。在钢围堰自身稳固后，以钢围堰为施工平台及围水结构，完成基础基桩、承台及塔、墩身水下部分的施工。最后，对在低水位状况下露出水面的围堰进行拆除。拆除可以采用水下切割的方式完成；15、围堰的拼接成形及围堰的整体定位是必须要满足其精度要求的。否则可能会影响结构的受力安全及基桩、承台位置的正确性。因此要采取一定的精度控制方法进行围堰的精度控制；16、围堰结构在施工过程中要受到水头差压力、土的侧压力、混凝土的侧压力及各种施工荷载等压力和荷载的作用，必须要根据设计要求对这些力、荷载加以控制，确保钢围堰结构的安全性。六、大型钢围堰施工的一些关键问题在大型钢围堰的施工实践中，有几个问题一直引起较多的重视。其中钢围堰的锚锭系统的设置和钢围堰的渡洪问题是关系到钢围堰结构在水流中的安全问题，是需要花费较多的人财物资源解决的、施工难度很大的问题。而钢围堰的着、嵌岩也同样是要花资源解决的、施工难度很大的问题。嵌岩是否为必须的，着嵌岩的概念是什么，一直引起较为热烈的讨论，直至近来才逐步达成较为一致的意见。钢围堰的着嵌岩的问题对设计思想、渡洪工期、钻孔方式及施工造价都有很大的影响。1、大型钢围堰的锚碇系统布设在水深急流的水中进行的大型钢围堰施工，由于钢围堰及其他的施工设施的阻水、阻风面积非常大，因而钢围堰系统所受水流，风力阻力合力也非常大。在钢围堰未进入到地层稳定深度以前，钢围堰系统完全依靠所布设的锚碇系统抵抗水流、风力而稳定。因此，锚碇系统对大型钢围堰的稳定、安全很关键、重要。另外，锚碇系统的布设，其技术难度大，影响通航，干扰施工，且造价较高。因此，锚碇系统既要有足够的安全度，又要简捷、合理布置。一般来说，锚碇系统抵抗水流冲击的能力是有限的，它只能承受枯水、平水阶段的水流的冲击力。对于洪水对钢围堰的巨大冲击力，则必须采取渡洪措施才能抵抗。2、大型钢围堰的着、嵌岩除非处于入湖、入海口等位置，一般江河基础位基岩面以上的覆盖层都不是非常厚的。由于大型钢围堰对水流状态较大的改变，则钢围堰处的局部冲刷很严重。因此，对于覆盖层不很厚，水流又较大情况下的大型钢围堰的施工，一般要求钢围堰着、嵌岩，并且是在洪水来前就着、嵌岩，以防在施工期间，在堰内必要数量的基桩完成施工前，钢围堰刃脚下覆盖层被冲空，造成钢围堰失稳事故。而对于基岩面，在施工期间，一般是不会受到冲刷破坏的。另外，钢围堰着、嵌岩也是在堰内进行清水钻孔施工所必须的。因为清水钻孔需要在堰内清除覆盖层，及使钻孔护筒进入基岩层后才能进行。而围堰如果不着、嵌岩，堰内覆盖层的清除因涌砂而不能进行。对于大直径桩的钻孔护筒，要想使护筒穿过土层而进入岩层，基本上是做不到的。从安全角度考虑，以往的钢围堰设计往往要求钢围堰嵌入岩层较深的深度。要做到这一点一般情况下是很困难的，而且很有可能要耽误钢围堰的封底及成桩施工工期，使钢围堰在抵抗能力不足的情况下面临洪水的冲击而处于不利局面中。目前这一设计指导思想已得以改变，对钢围堰的着嵌岩已有新的认识。实际上一般可不要求钢围堰嵌入岩层较深的深度，只要求钢围堰着岩及部分嵌岩就可以了。部分嵌岩也只是克服岩面高差所需要的。即，通过钢围堰的整体下沉，使岩面高的位置处的围堰刃脚嵌岩，使岩面低处围堰刃脚着岩。这就是钢围堰的着、嵌岩概念。钢围堰由嵌岩改为着、嵌岩，可以大大节省施工时间。在这省下来的时间中，一般完全可以完成封底和嵌岩基桩的施工。则围堰反而比其嵌岩状况更安全。钢围堰由嵌岩改为着、嵌岩后，即使经过若干年时间水流将围堰刃脚下的岩层冲空，但围堰自重可通过封底混凝土传至基桩上，而由基桩承受，围堰状态则是很稳定、安全的。一般情况下，由于要考虑船的撞击力，则基桩的垂直承载力是有富余的，承受钢围堰体系和封底结构重量是没有问题的。即使为承受这些重量而增加桩数或加大桩径，所增加的桥梁造价是有限的。另外，给施工增加的困难也是很有限的。对于岩面高差较大的情况，为使钢围堰着、嵌岩，可将钢围堰刃脚设计成不等高形式的。3、大型钢围堰的渡洪在洪水状态下，钢围堰只有采取度洪措施，才能确保其在水中的安全、稳定。在长江等水流大、水流存在季节性变化的水流中的钢围堰施工，在洪水期间，由于洪水水位高、流速大，而钢围堰阻水面积又大，所以钢围堰在水中所受到的水流冲击力特别大。而且，钢围堰处地基土层所受冲刷也很严重。如果钢围堰的施工未使钢围堰具备必要的稳定条件，则在洪水中的钢围堰就存在很大的安全威胁。在非洪水的枯水或平水季节，由于水流冲击力不大，冲刷不严重，钢围堰依靠锚碇系统的锚固力、土层的夹嵌，其状态是安全、稳定及可控的。则钢围堰的施工能较顺利地进行。实践证明，钢围堰的施工，不可能在一个枯水、平水季节，就能轻易使钢围堰达到能抵抗洪水冲击的状态的。因此，在钢围堰的施工中，就存在钢围堰的渡洪问题。钢围堰的渡洪，就是在钢围堰的施工中，应抓住枯水、平水季节的有利时机，抓紧时间进行施工，以便能在洪水来临前，完成钢围堰、基础的必要的施工工序的施工，使钢围堰即使是在洪水期间，也能抵抗水流的冲击而处于稳定、安全的状态中，即，使钢围堰平安、顺利地渡过洪水存在的这一阶段，为钢围堰及基础的施工的最后顺利完成创造必要的、前提的条件。七、大型钢围堰施工的一般工序大型钢围堰施工的一般工序可以是这样的：钢围堰底节制作钢围堰底节下水、刃脚混凝土浇筑导向船设施的布置、锚碇系统的布置、钢围堰底节浮运及在基础位的就位在底节制作及下水后，与钢围堰其他施工平行进行的钢围堰块件的制作钢围堰在水中的拼装及下沉钢围堰着床钢围堰清淤下沉、钢围堰接高、钢围堰堰壁混凝土的浇筑钢围堰的着、嵌岩，或钢围堰下至设计要求的标高位置钢围堰堰内清基钢围堰堰顶平台的搭设钢围堰堰内钻孔护筒的下放封底施工设施的布置封底混凝土的浇筑钻孔施工、堰壁混凝土浇筑的全部完成堰内抽水基桩桩头的处理承台施工塔、墩施工低水位以上围堰的切割、回收。八、大型钢围堰的制作1、底节的制作大型双壁钢围堰的底节一般在岸上进行加工、制作。这是因为底节是钢围堰拼装成形的基础节，其制作精度必须要达到较高的水准。大型双壁钢围堰底节一般采用块件制作、块件拼装，或散拼这两种方法进行加工、制作。下面介绍圆形双壁钢围堰底节的岸上散拼制作的方法。所确定的底节高度应能达到围堰浮运稳定、围堰重量合适、围堰的吊装安全、围堰的材料下料尽量减少浪费等效果。为拼接方便，在底节围堰顶面设置了水平环板，可作为以后接高块件对接时的放置平台，并使对接有了调节偏差的余地，见图3-2-3。图3-2-3 钢围堰底节水平顶环板结构示意图选择方便下河，地质条件较好的场地作为底节制作场地。平整场地，对场地进行固化处理，放样，设置基座，见图3-2-4。图3-2-4 钢围堰底节制造的基座布置示意图材料下料，构件制作是预先进行的，并在底节拼装过程中继续进行，即是与底节拼装平行作业的。在基座上设置型钢等小型卡靠模架，用以安装刃脚立板。此后按先骨架后壁板的顺序逐步拼装底节。骨架部分包括隔舱板、水平托架、壁板上的坚肋等构件。由于焊接工作量大，在底节制作完成，且焊缝冷却后，钢围堰会发生缩径现象。由于底部被卡、靠模固定住，底口一般不会发生收缩。但其上口的直径则会因收缩而缩小。根据几个钢围堰底节制作的经验，在811月制作的钢围堰底节，其上口直径收缩量为D/270左右，D为围堰的外径。所以，在底节上口直径放样时，应有一个相应的预扩量。2、拼接块件的制作双壁钢围堰块件制作的较好方法是立式靠模制作方法，即摸拟围堰及围堰块件在基础位的立式放置状态，设置块件的靠以定型的模架，使制作成形的块件可不经翻转而能吊至钢围堰进行拼装的块件制作方法。围堰的分节高度即块件高度应根据吊装能力及使板材下料尽量减少浪费的要求确定。围堰的分块可按隔舱的数目等分，每一个块件均包含一个隔舱板。对于圆形双壁钢围堰，同一节每一块件应是相同、可互换的。同底节一样，也在块件顶部议置水平环板。圆形双壁钢围堰块件构造见图3-2-5。图3-2-5 钢围堰块件构造图块件制作的另一种靠模形式是卧式靠模形式。卧式靠模只有一个部分，或凸模，或凹模。立式靠模则由两部分构成，一侧为固定模（外圆模），一侧为活动模（内圆模）。工作时移动活动模，用手拉葫芦合模。传统的卧式靠模的缺点是工艺明显落后，块件装模复杂，并且至少得翻转二次焊接，还有很大一部分仰焊。另外因钢围堰块件结构和厚度的限制，工人工作空间小，移动极不方便，电焊烟雾也不易散开，工作环境极其恶劣，劳动强度大。这些因素都直接影响了工人的工作效率，增加了块件制作的工期。而且，块件的预制不全在靠模中进行，因而焊接变形较大，质量难以控制。立式靠模则完全克服了卧式靠模的缺点，同时在整个预制、起吊、运输、安装过程中，不转体，不变形。立式靠模制作方式的弱点是靠模制作精度要求较高，因而其造价较高，安装设置中耗费时间较长，耗费精力较多。但这对质量控制有好处，是值得的。立式靠模的示意见图3-2-6。图3-2-6 立式靠模示意图九、大型钢围堰底节的就位1、底节下水一般采用沿滑道下水或浮吊吊装下水方法。沿滑道下水的方法是从围堰底节下开始铺设滑道延至深水中，然后采用卷扬机牵引或千斤顶顶推的办法使围堰滑入水中而自浮，见图3-2-7。此方法的水下轨道可使用潜水员进行水下安装。图3-2-7中轨道的最小入水长度L要通过计算确定。轨道入水长度要保证围堰前端滑块在到达轨道尽头前，围堰前部已能自浮。图3-2-7 钢围堰沿滑道下水示意图采用浮吊吊装方法的前提是有足够吊装能力的大型浮吊。在岸上制作的围堰，如果在浮吊的起吊范围内，则可由浮吊直接吊入水中，否则可设置滑轨，先使围堰向水中方向滑到浮吊的起吊范围内，再由浮吊起吊、入水，见图3-2-8。图3-2-8 钢围堰前移滑道示意图利用浮吊吊装围堰底节，应采取合理的吊装方式，对吊点进行计算和合理布置。必要时应在吊点位置对围堰进行加强。2、底节浮运就位在水中浮运的底节，可采用两种方式运至基础位。一种方法是在岸边先将围堰运进导向船体系内，并使二者连接，使钢围堰处于稳定状态中。然后将导向船、钢围堰整体浮运至基础位，并与锚碇系统连接，使导向船、钢围堰体系处于稳定状态中。另一种方法是先将导向船体系浮运至基础位，并与锚碇系统连接，使导向船体系稳固。然后再将钢围堰底节浮运到导向船旁，接着在水流下游侧采用牵引、顶推方式将钢围堰运进导向船内。浮运所需拖轮数量的计算及拖轮布置方式可参见文献1有关内容。由于钢围堰的高度已考虑了钢围堰浮运的稳定，且为了浮运稳定，在围堰的浮运过程中，可在其堰壁内灌水而使其降低高度，增加浮运稳定性。所以钢围堰在浮运过程中一般不存在失稳问题。十、大型钢围堰施工设施的布置1、导向船体系的构造导向船体系是钢围堰抵抗水流的依靠和下沉的导向，且是锚碇系统布置和施工作业的平台。导向船体系可由两艘大吨位铁驳船及联结梁构成，见图3-2-9。图3-2-9 导向船体系构造图联结梁将两船联接成整体。联结梁可由万能杆件拼成。在导向船与围堰之间设置导向架，使围堰平面位置得到控制，但竖向不限制围堰的下沉。导向架与围堰之间的接触面应使之尽量处于钢围堰的骨架位置上，且导向架上的接触面构造应采用橡皮、软木等软性材料构成。导向船联结梁一般在岸边拼装。在拼装过程中，在两导向船之间的联结梁位置下布置临时船体以作为万能杆件梁体拼接、安装的支承平台。2、吊装设施的布置钢围堰的块件拼接、堰壁混凝土浇筑、堰内清淤、封底混凝土浇筑等施工都离不开吊装作业。由于吊装工作频繁，且几乎贯穿钢围堰施工全过程。另由于浮吊吊装费用高，且受导向船体系阻隔而吊装范围受限，所以吊装工作一般采用固定吊装设备完成。主要的吊装设备为吊机，吊机可采用桅杆吊机和塔吊吊机等吊机类型，见图3-2-10和图3-2-11。 图3-2-10 钢围堰下沉及接高吊装设施布置图 图3-2-11 钢围堰施工导向船上塔吊布置图吊机的吊装能力，吊机的数量及设置位置应由吊装施工实际需要决定。通过合理选择和布置，吊机吊装所达范围应能有效覆盖吊装施工面，且基本能满足各种吊装需要。吊机基座下的导向船相应受力部位必须予以加强，使受力得以有效分布到船体龙骨上，且各局部结构受力均在容许范围内。由于吊机在吊装过程中会对导向船体系产生很大的倾转力矩，这个力矩将使体系产生较大内力。所以应验算导向船体系在此种情况下的结构受力。3、向船体系的受力分析导向船体系作为施工平台，要承受各种施工荷载的作用。在导向船体系中，船体一般直接承受荷载。对于船体受局部荷载作用的情况，通过采取增加支承接触面、设置分布梁等处理措施，总能使船体受力在结构的允许范围内。对于船体整体纵向受力的情况，由于一般采用大吨位、大长度和大自重的船体，其容许承受的荷载吨位一般大于基础施工中可能出现的要承受的荷载吨位。而且，各种悬挑情况所造成的弯矩应力相对于船体截面的承受能力，一般是小得多的。所以这种情况的船体受力和稳定状况都是安全的，一般只作验算，而不需要采取处理措施。即使通过验算发现船体受力或稳定状况不安全，也只是采取调整施工方案，对施工荷载加以限制的措施予以解决。对于船体整体横向受力情况，在船体所受应力方面，如前分析，因为有足够的范围可以分布，所以只要对作用荷载的传力分布得当，不管是拉、压荷载，还是弯矩荷载，船体结构总是能满足要求的。但对于横向稳定情况，由于船体自身抵抗倾覆的能力非常有限，则只能依靠导向船体系的整体抗倾覆性能。因此，联结梁结构的作用很关键。该结构通过传递应力而将两个单独的船体联成整体，从而大大增强了船体横向稳定性。为此，要对联结梁结构进行受力分析计算。根据以上分析情况，导向船体系的最不利受力情况是导向船的横船向的受力情况。边种情况的受力关键是联结梁的受力。如果联结梁受力是安全的，则导向船体系的其他部分的受力通过采取一些局部处理措施也是很容易能够达到安全状况的。在图3-2-11所示的围堰施工中，对联结梁最不利的船体横向荷载情况是,两部吊机对称反向同时起吊，见图3-2-12。图3-2-12 联结梁的最不利受力状态图在这种最不利的情况下，应对联结梁结构进行计算。忽略导向船自身的抗倾转能力，且对其他各种因素进行简化，偏安全地，得到联结梁船体在横向的倾转荷载作用下的计算简图，见图3-2-13。图3-2-13 联结梁倾转受力计算简图联结梁除受倾转荷载的作用外，还受到简支梁状态下的自重和梁上施工荷载的作用。按照图3-2-13和简支梁的图式分别计算并叠加，得出万能杆件梁各杆件的受力及支座受力。并根据计算结果掌握杆件的受力情况，和对支座处船体进行加强处理。如果杆件受力过大，可采取加大杆件截面甚至联结梁截面，或限制作用在联结梁上的施工荷载，或限制吊装荷载等应对措施。上述图式的万能杆件梁的计算，可采用空间桁架计算程序，在计算机上计算完成。值得指出，如果图3-2-12中一边的吊机是塔吊，另一边的吊机是桅杆吊，两边的吊机不对称，对这样的情况也应该有计算的办法。对这种情况，可偏安全地简化处理。即认为两边荷载仍对称，只是使荷载较小一边的荷载近似地取较大荷载一边的荷载。于是这种情况仍可按图3-2-13图式进行计算。十一、大型钢围堰锚碇系统的布设钢围堰的锚碇系统是为了使钢围堰及其施工平台在钢围堰着床前，能在水流中抵抗水流冲击而布设的。在钢围堰着床后，锚碇系统的受力得到缓解。在水流不很大的情况下，此时钢围堰甚至有可能不需要锚碇系统也能自身稳定。但从安全的角度考虑，锚碇系统一般在钢围堰封底以后再行拆除。锚碇系统的一般布置方式见图3-2-14。图3-2-14 锚碇系统的一般布置示意图1、锚碇系统的构造锚碇系统一般由以下几个部分组成：（1）导向船夹钢围堰体系：导向船由两艘大吨位铁驳及万能杆件联结梁或其他梁体构成。该体系在塔或墩位定位。锚碇系统即为稳定该体系所设；（2）定位船：为调整、控制锚碇系统状态的一个主要工作平台。设在钢围堰上游；（3）主锚：锚碇系统抵抗水流冲击的主体构造。抛设在定位船上游水下地面土层中；（4）定位船侧锚：保证定位船稳定的构造。抛设在定位船侧面水下地面土层中；（5）定位船拉导向船拉缆：即上拉缆。在定位船上与主锚锚绳通过型钢联接，将钢围堰体系所受水流冲击力传递至主锚上；（6）定位船拉钢围堰拉缆：即下拉缆。在定位船上与主锚锚绳通过型钢联接，另一端设在围堰下部，克服钢围堰受水流冲击的倾转。如果布置一层满足不了受力要求，则可分层布置；（7）导向船侧锚：保证导向船体系侧向稳定的构造。抛设在导向船侧面水下地面土层中；（8）导向船尾锚：调整导向船体系受力状态的构造。抛设在导向船下游水下地面土层中；（9）锚缆：锚碇系统水上结构与水下锚体之间的连接体。一般由锚绳和锚链组成。锚链在锚绳与锚之间直接与锚体相连。锚链因处于锚缆未端且自重大，所以是平躺在床面上的，从而使锚体只受水平力，这样就保证了锚体的锚着效果好。锚碇系统的水中锚体一般可采用两种形式，一为钢筋混凝土蛙式锚，二为船只所使用的较大吨位的铁锚。前者缺点是体积大，自重大，其刃口必须面朝拉力方向，从而抛放的方向性强。这样该锚体的抛放是很困难的。另外，混凝土锚辅助投入大，锚着能力不强。这种锚在无覆盖层床面不宜使用，在砂卵石床面的有效承拉力仅为锚自重的1/21/3，在细砂层承拉力更低。这种锚还有难以回收的缺点。铁锚自重轻，体积小，本身可以自动对向，运输、抛放都方便。其抓力大、适应性强，特别在风化、弱风化无覆盖层岩面或高低不平岩面也能有效持力，其在砂卵石床面的锚着力为自重的35倍。其缺点是新锚成本高。但只要掌握市场信息，把握时机，购买和利用旧锚，就能变不利为有利。定位船上主锚及拉缆调控系统见图3-2-15。图3-2-15 定位船主锚及拉缆调控系统布置图锚碇系统拉缆布置的一般方式见图3-2-16。图3-2-16 锚碇系统拉缆布置示意图两种锚的形式见图3-2-17。钢筋混凝土蛙式锚 霍尔式铁锚图3-2-17 锚碇系统常用锚体示意图锚碇系统各组成部分的详细情况见文献1有关内容。2、锚碇系统的布置对锚碇系统最基本的要求是：有足够的能力抵抗水流、风力等因素对钢围堰的不利作用，保证钢围堰系统在水中的稳定；不影响通航；不影响施工作业。另外，锚碇系统也应满足布置合理、简捷、费用节省、操作方便等各种要求。锚碇系统在布局和结构上的一些具体规定、要求见文献1有关内容。锚碇系统一般的总体布置见图3-2-14。3、锚碇系统的计算锚碇系统的计算可按下列步骤进行：（1）基本资料了解、掌握计算所需的基础设计、风速风压、水位、水流速度与方向、地质条件、冲刷等方面的情况；（2）计算所用参数的选定对一些与时间、地点、地质、水文条件、施工情况等因素有关的参数进行确定。这些参数包括水位、水流速、水流向、围堰处地面高程等计算所用参数；（3）锚碇系统所受外力计算先计算钢围堰水阻力、钢围堰风阻力、定位船水阻力、定位船风阻力、导向船组水阻力、导向船组风阻力、钢围堰旁临时工作船的水阻力和风阻力、联结梁及其他施工设施风阻力等外力，然后将上述外力相加得出锚碇系统所受的最不利外力总合力；（4）主锚个数的计算根据（3）所计算的总外力、锚重、床体土层情况可计算出所需主锚个数及每个主锚拉力；（5）主锚链直径计算根据主锚拉力可计算出所需锚链直径；（6）主锚锚绳长度和锚链长度的计算根据主锚锚缆所处位置的情况和主锚受力，可计算出锚绳、锚链长度，及相应的锚缆总长度；（7）主锚钢丝绳强度验算先选定某一规格的钢丝绳，再按其有关参数、钢丝绳所受最大力验算钢丝绳安全系数。通过这种试验算的方法选定安全系数在规范要求范围之内的钢丝绳；（8）钢围堰下拉缆计算以钢围堰与导向船上接触点为转动支点，根据下接缆在围堰上的作用位置，按照最不利风力、水流冲击力所产生的围堰倾转力及力矩与拉缆的抗倾转力及力矩相等的原则计算下拉缆受力；（9）下拉缆所决定的定位船与钢围堰安全距离计算根据下拉缆在垂直向上的分力作用下不沿堰壁向上滑动的原则，计算两者安全距离；（10）定位船拉导向船组拉缆计算钢围堰、导向船所受到的水阻力和风阻力，扣除下拉缆所分担的那部分，就是定位船拉导向船组拉缆的受力；（11）导向船、定位船侧锚计算水流夹角在船体侧向产生的分力，船体侧向的风力，由于不对称收锚，主锚在船体侧向产生的分力，这些侧向力的最不利组合决定了导向船或定位船侧锚的受力。锚碇系统的具体计算方法见文献1中有关内容。、锚碇系统布置的实施（1） 分批、分阶段抛设锚体、挂设拉缆分批抛、挂设是因为受进度、通航等因素影响，锚碇系统布设施工不可能一次连续将所有锚体、拉缆抛、挂设完毕。分批抛、挂设可先抛、挂一定数量的稳定定位船、导向船和钢围堰所必要的主、侧或尾锚及拉缆，然后再逐步完成其他锚体、拉缆的抛、挂设工作。分阶段抛、挂设是指相应于水流变化阶段的锚、拉缆的抛、挂设。一般锚体、拉缆是按水流某一阶段，例如枯水阶段的情况所布设的，并要求钢围堰在这一阶段完成着床施工。钢围堰着床后，锚碇系统至少可减少一半的受力。如果钢围堰施工在这一阶段正常进行，完成了预计的任务，钢围堰能够达到预计的着床、受土层夹嵌的状态，则下阶段的抛、挂设不必进行了。分阶段的下一阶段的抛、挂设是为应付紧急情况，即水流超出了预计正常阶段的情况，对围堰的冲击更加严重，而此时的施工进度还未使围堰达到着床，并受土层夹嵌状态这一情况而准备的。出现紧急情况，应实施下一阶段锚体和拉缆的布设，即增抛、挂锚和拉缆。（2）以浮吊、拖轮、工作船、卷扬机为工具布设锚碇系统浮吊将挂好锚链、锚绳的锚体逐步放入水中；拖轮和工作船将锚绳牵至定位船或导向船上；卷扬机牵挂下拉缆围绕在围堰上，人工将上拉缆挂在导向船上，拖轮和工作船牵引拉缆至定位船上。定位船、导向船都是由拖轮运送至预定位置上的。锚缆均以卷扬机收挂。（3）合理收紧锚缆以卷场机通过滑轮走丝收紧锚缆，在滑轮绳丝上装拉力表以掌握锚绳的受力状态。收紧锚缆按先抛后收，后抛先收的顺序进行，防止锚缆互相缠绕。同一批，同一类锚例如同一批主锚，应分次收紧到位，收紧某一个锚的同时务必观察其他锚的受力情况，保证每个锚受力相等，误差在5%以内。（4）锚碇系统设置的一般工序锚碇系统设置的工序可以是这样的：定位船自泊定位必要数量主锚、定位船侧锚、导向船侧、尾锚的抛设导向船、钢围堰浮运就位，并挂、收必要数量的拉缆及已抛锚体的锚缆第一阶段其他锚体、拉缆布设用卷扬机收锚，并进行主、尾锚的