雙壁鋼圍堰施工風險解析與抗浮穩(wěn)定性深度研究一、引言1.1研究背景與意義隨著我國交通基礎設施建設的不斷推進，越來越多的橋梁需要跨越江河、湖泊等深水區(qū)域。在橋梁深水基礎施工中，雙壁鋼圍堰作為一種常用的施工臨時結(jié)構(gòu)，發(fā)揮著至關重要的作用。雙壁鋼圍堰是一種由內(nèi)外兩層鋼板組成，中間填充混凝土或其他材料的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)強度高、防水性能好、施工簡便等優(yōu)點，能夠有效地解決深水基礎施工中的擋水、擋土和提供施工平臺等問題。雙壁鋼圍堰的施工過程涉及多個環(huán)節(jié)，如制造、運輸、下沉、封底等，每個環(huán)節(jié)都存在一定的風險。如果這些風險得不到有效的識別、評估和控制，可能會導致工程事故的發(fā)生，不僅會影響工程進度和質(zhì)量，還會造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。例如，在圍堰下沉過程中，如果下沉速度不均勻或遇到障礙物，可能會導致圍堰傾斜、偏移甚至倒塌；在封底混凝土施工中，如果混凝土澆筑質(zhì)量不好，可能會出現(xiàn)裂縫、滲漏等問題，影響圍堰的抗浮穩(wěn)定性和防水性能?？垢》€(wěn)定性是雙壁鋼圍堰設計和施工中需要重點考慮的問題之一。在深水環(huán)境中，雙壁鋼圍堰受到水的浮力作用，如果抗浮穩(wěn)定性不足，圍堰可能會發(fā)生上浮，導致基礎施工無法正常進行，甚至會對整個橋梁結(jié)構(gòu)的安全造成威脅。因此，研究雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性，提出合理的抗浮設計和施工措施，對于保障工程安全和質(zhì)量具有重要意義。以港珠澳大橋為例，該橋的深水基礎施工中大量采用了雙壁鋼圍堰技術。在施工過程中，通過對雙壁鋼圍堰的施工風險進行全面的識別和評估，制定了詳細的風險控制措施，有效地保障了工程的順利進行。同時，通過對雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性進行深入的研究和分析，采用了增加配重、優(yōu)化封底混凝土設計等措施，確保了圍堰在復雜海洋環(huán)境下的抗浮穩(wěn)定性。研究雙壁鋼圍堰的施工風險和抗浮穩(wěn)定性，對于保障橋梁深水基礎施工的安全和質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義，也能夠為類似工程的設計和施工提供參考和借鑒，推動我國橋梁建設技術的不斷發(fā)展和進步。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在雙壁鋼圍堰施工風險研究方面，國外起步相對較早，一些發(fā)達國家如美國、日本等在橋梁建設中積累了豐富的經(jīng)驗。美國在早期的橋梁深水基礎施工中，就開始關注雙壁鋼圍堰施工過程中的風險問題，通過對多個工程案例的分析，總結(jié)出了一些常見的風險因素，如圍堰結(jié)構(gòu)設計不合理、施工過程中的水流沖擊、地質(zhì)條件變化等。他們還運用可靠性理論對雙壁鋼圍堰的施工風險進行評估，建立了相應的風險評估模型，為風險控制提供了科學依據(jù)。日本則注重在施工過程中對風險的實時監(jiān)測和預警，研發(fā)了一系列先進的監(jiān)測技術和設備，如高精度的位移傳感器、應力應變監(jiān)測儀等，能夠及時發(fā)現(xiàn)施工中的異常情況，采取有效的應對措施。國內(nèi)對于雙壁鋼圍堰施工風險的研究也取得了顯著成果。許多學者和工程技術人員結(jié)合國內(nèi)橋梁建設的實際情況，對雙壁鋼圍堰施工風險進行了深入研究。文獻[具體文獻]通過對多個橋梁工程中雙壁鋼圍堰施工過程的調(diào)研，詳細分析了施工過程中各個環(huán)節(jié)可能存在的風險因素，包括圍堰制作、運輸、下沉、封底等，并運用層次分析法等方法對風險因素進行了量化評估，提出了針對性的風險控制措施。文獻[具體文獻]則利用模糊綜合評價法對雙壁鋼圍堰施工風險進行了綜合評價，考慮了多種風險因素的相互影響，更加全面地評估了施工風險水平，為風險決策提供了參考。在雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性研究方面，國外學者主要從理論分析和數(shù)值模擬兩個方面進行研究。通過建立數(shù)學模型，對雙壁鋼圍堰在不同工況下的抗浮穩(wěn)定性進行分析，研究浮力、重力、封底混凝土與地基之間的摩擦力等因素對抗浮穩(wěn)定性的影響。同時，利用有限元軟件如ANSYS、ABAQUS等對雙壁鋼圍堰進行數(shù)值模擬，分析其在復雜受力條件下的應力應變分布，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，提高抗浮穩(wěn)定性。國內(nèi)在雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性研究方面也做了大量工作。一方面，通過理論推導和公式計算，研究雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性，提出了一些實用的抗浮穩(wěn)定性計算公式和方法。另一方面，結(jié)合實際工程，對雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性進行現(xiàn)場監(jiān)測和試驗研究，驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果。例如，在某大型橋梁工程中，通過在雙壁鋼圍堰內(nèi)設置壓力傳感器、位移計等監(jiān)測設備，實時監(jiān)測圍堰在施工過程中的受力和變形情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整施工方案，確保了圍堰的抗浮穩(wěn)定性。當前研究仍存在一些不足之處。在施工風險研究方面，雖然已經(jīng)識別出了許多風險因素，但對于一些風險因素的發(fā)生機理和相互作用機制還缺乏深入研究，導致風險評估的準確性和可靠性有待提高。在抗浮穩(wěn)定性研究方面，現(xiàn)有的理論分析和數(shù)值模擬方法還不能完全準確地反映雙壁鋼圍堰在復雜工程環(huán)境下的實際受力情況，需要進一步改進和完善。本文將在前人研究的基礎上，針對雙壁鋼圍堰施工風險和抗浮穩(wěn)定性開展研究。通過對施工過程的詳細分析，深入研究風險因素的發(fā)生機理和相互作用機制，建立更加準確可靠的風險評估模型。同時，結(jié)合實際工程，運用先進的數(shù)值模擬技術和現(xiàn)場監(jiān)測手段，對雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性進行深入研究，提出更加合理有效的抗浮設計和施工措施，以保障雙壁鋼圍堰施工的安全和質(zhì)量。1.3研究方法與內(nèi)容1.3.1研究方法文獻研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關于雙壁鋼圍堰施工風險和抗浮穩(wěn)定性的相關文獻資料，包括學術論文、研究報告、工程案例等。通過對這些文獻的梳理和分析，了解當前研究的現(xiàn)狀、已取得的成果以及存在的不足，為本研究提供理論基礎和研究思路。案例分析法：選取多個具有代表性的橋梁工程中雙壁鋼圍堰施工案例，對其施工過程進行詳細分析。通過研究實際工程中遇到的風險問題以及采取的應對措施，總結(jié)經(jīng)驗教訓，深入研究風險因素的發(fā)生機理和影響因素，為風險評估和控制提供實際依據(jù)。數(shù)值模擬法：運用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立雙壁鋼圍堰的數(shù)值模型。模擬雙壁鋼圍堰在不同施工工況下的受力和變形情況，分析各種因素對其抗浮穩(wěn)定性的影響。通過數(shù)值模擬，可以直觀地了解雙壁鋼圍堰的力學性能，為抗浮設計和施工提供理論支持?，F(xiàn)場監(jiān)測法：結(jié)合實際工程，在雙壁鋼圍堰施工過程中設置監(jiān)測點，采用先進的監(jiān)測技術和設備，對雙壁鋼圍堰的位移、應力、應變等參數(shù)進行實時監(jiān)測。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，及時掌握雙壁鋼圍堰的工作狀態(tài)，驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準確性，為施工風險預警和控制提供數(shù)據(jù)支持。理論分析法：基于結(jié)構(gòu)力學、土力學、水力學等相關理論，對雙壁鋼圍堰的施工風險和抗浮穩(wěn)定性進行理論分析。推導相關計算公式，建立理論模型，從理論層面深入研究雙壁鋼圍堰的力學性能和風險特征，為研究提供理論依據(jù)。1.3.2研究內(nèi)容雙壁鋼圍堰施工風險識別：詳細分析雙壁鋼圍堰施工的各個環(huán)節(jié)，包括制造、運輸、下沉、封底等，識別可能存在的風險因素。從人員、設備、材料、環(huán)境、管理等多個方面進行全面排查，建立風險因素清單，并對每個風險因素的產(chǎn)生原因、影響范圍和可能導致的后果進行詳細闡述。雙壁鋼圍堰施工風險評估：運用層次分析法、模糊綜合評價法等風險評估方法，對識別出的風險因素進行量化評估。確定各風險因素的權重，計算風險綜合評價指標，評估雙壁鋼圍堰施工的整體風險水平。通過風險評估，明確主要風險因素和次要風險因素，為風險控制提供依據(jù)。雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性理論分析：基于結(jié)構(gòu)力學和水力學原理，建立雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性的理論分析模型。推導抗浮穩(wěn)定性計算公式，分析浮力、重力、封底混凝土與地基之間的摩擦力等因素對抗浮穩(wěn)定性的影響。通過理論分析，明確抗浮穩(wěn)定性的關鍵影響因素，為抗浮設計提供理論基礎。雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性數(shù)值模擬：利用有限元軟件建立雙壁鋼圍堰的三維數(shù)值模型，模擬其在不同工況下的受力和變形情況。分析雙壁鋼圍堰的應力應變分布規(guī)律，研究不同因素對其抗浮穩(wěn)定性的影響程度。通過數(shù)值模擬，優(yōu)化雙壁鋼圍堰的結(jié)構(gòu)設計，提出提高抗浮穩(wěn)定性的措施。雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性現(xiàn)場監(jiān)測與分析：結(jié)合實際工程，在雙壁鋼圍堰施工過程中進行現(xiàn)場監(jiān)測。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析雙壁鋼圍堰在施工過程中的抗浮穩(wěn)定性變化情況，驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整施工方案，確保雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性。雙壁鋼圍堰施工風險控制與抗浮穩(wěn)定性保障措施：針對識別出的風險因素和評估結(jié)果，提出相應的風險控制措施。從施工組織、技術管理、安全保障等方面入手，制定詳細的風險控制方案，降低施工風險發(fā)生的概率和影響程度。同時，根據(jù)抗浮穩(wěn)定性研究結(jié)果，提出保障雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性的設計和施工措施，確保工程安全。二、雙壁鋼圍堰施工流程與風險識別2.1雙壁鋼圍堰施工流程雙壁鋼圍堰施工是一個復雜且關鍵的過程，其施工流程主要涵蓋鋼圍堰的制作、運輸、拼裝、下沉、封底等多個重要環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都緊密相連，對工程的質(zhì)量和進度有著至關重要的影響。鋼圍堰制作：在鋼結(jié)構(gòu)加工廠內(nèi)，依據(jù)設計圖紙和嚴格的技術規(guī)范，選用符合標準的鋼材進行加工。首先，對鋼材進行預處理，如矯正、除銹等，以確保鋼材的質(zhì)量和性能滿足要求。然后，根據(jù)鋼圍堰的結(jié)構(gòu)設計，將鋼材切割成合適的尺寸和形狀，通過焊接、螺栓連接等方式組裝成單元塊件。在制作過程中，要嚴格控制尺寸精度，確保各部分的焊接質(zhì)量，對關鍵受力焊縫進行探傷檢測，對有水密要求的焊縫進行煤油試驗，以保證鋼圍堰的強度和密封性。鋼圍堰運輸：制作完成的鋼圍堰單元塊件或整體鋼圍堰，根據(jù)其尺寸、重量以及施工現(xiàn)場的條件，選擇合適的運輸方式。對于小型鋼圍堰或分塊較小的鋼圍堰，可采用公路運輸，使用平板拖車將鋼圍堰運輸至施工現(xiàn)場附近的臨時堆放場地。對于大型鋼圍堰或整體鋼圍堰，由于其尺寸和重量較大，公路運輸無法滿足要求，通常采用水路運輸。利用駁船將鋼圍堰裝載后，通過內(nèi)河或海上運輸至橋位附近。在運輸過程中，要對鋼圍堰進行妥善的固定和防護，防止在運輸過程中發(fā)生碰撞、變形等情況，確保鋼圍堰的完好。鋼圍堰拼裝：當鋼圍堰運輸至施工現(xiàn)場后，在指定的拼裝場地進行拼裝。若采用分塊拼裝的方式，先在拼裝平臺上設置定位裝置，利用吊車等起重設備將鋼圍堰單元塊件逐塊吊運至拼裝位置，按照設計要求進行拼接。在拼接過程中，要嚴格控制各塊件的位置和垂直度，通過臨時支撐和調(diào)整裝置確保鋼圍堰的整體穩(wěn)定性。各塊件之間采用焊接或高強度螺栓連接，焊接時要保證焊縫質(zhì)量，符合相關標準要求；螺栓連接時，要確保螺栓的擰緊力矩達到設計值，保證連接的可靠性。對于大型鋼圍堰，可能需要采用分層、分節(jié)拼裝的方式，先拼裝底節(jié)鋼圍堰，檢查合格后再進行接高，直至達到設計高度。鋼圍堰下沉：鋼圍堰拼裝完成并檢查合格后，開始進行下沉作業(yè)。下沉前，在鋼圍堰周邊設置導向裝置，如導向樁、導向架等，以確保鋼圍堰在下沉過程中的垂直度和位置準確性。下沉方法根據(jù)工程實際情況和地質(zhì)條件選擇，常見的有注水下沉、吸泥下沉、空氣幕下沉等方法。注水下沉是通過向鋼圍堰內(nèi)注水增加重量，使其在自重作用下下沉；吸泥下沉則是利用吸泥設備在鋼圍堰內(nèi)吸除泥土，減小底部阻力，促使鋼圍堰下沉；空氣幕下沉是通過在鋼圍堰外壁設置空氣管，向管內(nèi)通入壓縮空氣，形成空氣幕，減小鋼圍堰與土體之間的摩擦力，輔助鋼圍堰下沉。在下沉過程中，要密切監(jiān)測鋼圍堰的垂直度、平面位置和下沉速度，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整下沉措施，確保鋼圍堰均勻、平穩(wěn)地下沉。當鋼圍堰下沉至接近設計標高時，要控制下沉速度，進行精確的定位和調(diào)整，使鋼圍堰準確就位。鋼圍堰封底：鋼圍堰下沉到位并經(jīng)測量檢查符合設計要求后，進行封底作業(yè)。封底的目的是將鋼圍堰底部與河床之間的空隙封閉，形成一個穩(wěn)定的基礎，防止地下水和泥沙涌入鋼圍堰內(nèi)，同時也為后續(xù)的基礎施工提供條件。封底通常采用水下混凝土灌注的方法，在鋼圍堰內(nèi)設置多根導管，通過導管將混凝土灌注至鋼圍堰底部。在灌注前，要對導管進行密封性檢查和試壓，確保導管的質(zhì)量和灌注效果。灌注過程中，要控制混凝土的坍落度、擴散度和灌注速度，保證混凝土能夠均勻、連續(xù)地填充鋼圍堰底部。灌注完成后，要對封底混凝土的質(zhì)量進行檢測，如通過鉆孔取芯等方法檢查混凝土的強度和密實性，確保封底混凝土滿足設計要求。2.2施工風險識別方法在工程項目風險管理中，準確識別風險是有效管理風險的首要環(huán)節(jié)。對于雙壁鋼圍堰施工風險識別，可采用多種方法，每種方法都有其獨特的優(yōu)勢和適用場景。頭腦風暴法：頭腦風暴法是一種激發(fā)群體智慧的方法，它通過組織相關領域的專家、技術人員和管理人員等，以會議的形式，讓參與者圍繞雙壁鋼圍堰施工過程自由地提出各種可能存在的風險因素。在會議中，鼓勵參與者不受任何限制地發(fā)表自己的觀點，不進行批評和評價，以促進各種想法的充分交流和碰撞，從而盡可能全面地識別出潛在風險。例如在討論雙壁鋼圍堰運輸環(huán)節(jié)的風險時，有的參與者可能提出運輸路線上的橋梁限高、限重可能導致鋼圍堰無法順利通過；有的則可能指出運輸過程中遇到惡劣天氣，如暴雨、大風等，會影響運輸安全。故障樹分析法：故障樹分析法（FTA）是一種從結(jié)果到原因的演繹推理方法。它以雙壁鋼圍堰施工中可能出現(xiàn)的事故或故障為頂事件，如圍堰下沉過程中的傾斜、封底混凝土的滲漏等，然后逐步分析導致這些頂事件發(fā)生的直接原因和間接原因，將這些原因作為中間事件和底事件，通過邏輯門（與門、或門等）連接起來，形成一個倒立的樹狀邏輯圖。通過對故障樹的分析，可以清晰地了解事故發(fā)生的各種途徑和潛在因素，從而有針對性地采取預防措施。比如，對于圍堰下沉傾斜這一故障，通過故障樹分析可能發(fā)現(xiàn)，導致其發(fā)生的原因包括下沉過程中刃腳受力不均（與門），而刃腳受力不均又可能是由于局部河床地質(zhì)條件復雜（或門）、吸泥不均勻（或門）等因素引起。檢查表法：檢查表法是根據(jù)以往類似工程的經(jīng)驗和相關規(guī)范標準，將雙壁鋼圍堰施工中可能出現(xiàn)的風險因素羅列成檢查表。在實際工程中，對照檢查表逐一進行檢查，判斷是否存在相應的風險。檢查表可以涵蓋施工的各個環(huán)節(jié)，如鋼圍堰制作檢查表可包括鋼材質(zhì)量、焊接質(zhì)量、尺寸精度等檢查項目；下沉檢查表可包括下沉速度、垂直度、導向裝置等檢查項目。這種方法簡單易行，能夠快速地對常見風險進行識別。流程圖法：流程圖法是將雙壁鋼圍堰施工過程按照先后順序繪制成流程圖，從原材料采購、鋼圍堰制作、運輸、拼裝、下沉到封底等各個環(huán)節(jié)，分析每個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的風險。通過流程圖，可以直觀地展示施工過程的邏輯關系，便于發(fā)現(xiàn)風險產(chǎn)生的節(jié)點和潛在的風險傳遞路徑。例如在鋼圍堰拼裝流程圖中，可以分析出各塊件拼接時定位不準確、連接不牢固等風險。專家調(diào)查法：專家調(diào)查法是通過向具有豐富經(jīng)驗的橋梁工程專家進行咨詢和調(diào)查，獲取他們對雙壁鋼圍堰施工風險的看法和意見。專家可以根據(jù)自己的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，對施工過程中的風險因素進行識別和分析?？梢圆捎脝柧碚{(diào)查、面對面訪談、電話訪談等方式進行專家調(diào)查。比如，向參與過多個大型橋梁雙壁鋼圍堰施工的專家請教，了解在不同地質(zhì)條件、水文條件下可能出現(xiàn)的特殊風險。本文綜合采用頭腦風暴法和檢查表法對雙壁鋼圍堰施工風險進行識別。首先運用頭腦風暴法，組織橋梁工程領域的專家、施工技術人員、現(xiàn)場管理人員等召開頭腦風暴會議，充分激發(fā)參與者的思維，廣泛收集各種可能的風險因素。然后，結(jié)合以往類似雙壁鋼圍堰施工項目的經(jīng)驗和相關規(guī)范標準，制定詳細的檢查表，對頭腦風暴會議中提出的風險因素進行梳理和補充，確保風險識別的全面性和準確性。2.3施工風險因素分析雙壁鋼圍堰施工過程復雜，涉及眾多環(huán)節(jié)和因素，從施工環(huán)境、施工工藝、施工設備、人員管理等方面分析，存在著多種風險因素。施工環(huán)境風險水文條件：在雙壁鋼圍堰施工中，水流速度和水位變化是不可忽視的風險因素。當水流速度過大時，會對鋼圍堰的定位和下沉產(chǎn)生顯著影響。在某長江大橋的雙壁鋼圍堰施工中，由于施工區(qū)域處于長江主航道，水流湍急，在鋼圍堰下沉過程中，強大的水流沖擊力使得鋼圍堰難以保持垂直下沉，出現(xiàn)了較大的傾斜偏差，不得不暫停下沉作業(yè)，采取增加導向裝置、調(diào)整下沉速度等措施進行糾偏，這不僅延誤了施工進度，還增加了施工成本。此外，水位的大幅度變化也會給施工帶來諸多困難。在一些河流的汛期，水位可能會在短時間內(nèi)迅速上漲，若此時鋼圍堰尚未完成封底作業(yè)，過高的水位可能導致鋼圍堰受到過大的浮力，影響其穩(wěn)定性，甚至可能引發(fā)鋼圍堰上浮事故。地質(zhì)條件：地質(zhì)條件的復雜性也是雙壁鋼圍堰施工的一大風險。如果地質(zhì)勘察不準確，對河床的地質(zhì)情況掌握不全面，可能會在施工過程中遇到各種問題。比如，在某橋梁工程中，地質(zhì)勘察報告顯示施工區(qū)域河床地質(zhì)為均勻的砂質(zhì)土，但在鋼圍堰下沉過程中，卻意外遇到了孤石。孤石的存在使得鋼圍堰刃腳局部受力不均，導致鋼圍堰下沉困難，并且在下沉過程中發(fā)生了偏移。為了解決這一問題，施工單位不得不采用水下爆破的方式清除孤石，這不僅增加了施工的危險性，還延長了施工周期。此外，軟弱地層也會對鋼圍堰的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。在軟弱地層中，鋼圍堰下沉時容易出現(xiàn)不均勻沉降，導致鋼圍堰傾斜，影響后續(xù)施工。氣象條件：惡劣的氣象條件如暴雨、大風、大霧等對雙壁鋼圍堰施工的影響也不容小覷。暴雨可能引發(fā)洪水，使水位急劇上升，增加鋼圍堰施工的難度和風險。大風天氣會對鋼圍堰的吊運、拼裝和下沉作業(yè)造成嚴重干擾。在某跨海大橋的雙壁鋼圍堰施工中，由于遭遇強臺風襲擊，正在吊運的鋼圍堰節(jié)段受到大風的猛烈吹襲，與已拼裝的鋼圍堰發(fā)生碰撞，導致部分結(jié)構(gòu)損壞，不得不進行修復和重新拼裝，給工程帶來了巨大的損失。大霧天氣則會降低施工現(xiàn)場的能見度，影響施工人員的視線，增加施工操作的難度和失誤的可能性，容易引發(fā)安全事故。施工工藝風險鋼圍堰制作工藝：鋼圍堰的制作質(zhì)量直接關系到其在施工過程中的安全性和穩(wěn)定性。在制作過程中，如果焊接質(zhì)量不達標，存在虛焊、漏焊等問題，會嚴重削弱鋼圍堰的結(jié)構(gòu)強度。在某橋梁雙壁鋼圍堰施工中，由于部分焊縫焊接質(zhì)量不合格，在鋼圍堰下沉過程中，受到水壓和土體摩擦力的作用，焊縫處出現(xiàn)開裂，導致鋼圍堰漏水，不得不進行水下補焊處理，這不僅增加了施工的復雜性和危險性，還影響了工程進度。此外，尺寸偏差也是鋼圍堰制作中常見的問題。如果鋼圍堰的尺寸與設計要求不符，在拼裝和下沉過程中可能會出現(xiàn)連接困難、無法準確就位等問題，影響鋼圍堰的整體性能。鋼圍堰下沉工藝：鋼圍堰下沉過程中的垂直度控制是關鍵環(huán)節(jié)。如果下沉過程中垂直度出現(xiàn)偏差，會導致鋼圍堰受力不均，增加下沉難度，甚至可能引發(fā)鋼圍堰傾斜、倒塌等事故。在某工程中，由于在鋼圍堰下沉過程中，對垂直度的監(jiān)測和控制不到位，鋼圍堰出現(xiàn)了較大的傾斜，在后續(xù)的施工中，為了糾正傾斜，采取了多種措施，如在低側(cè)增加配重、在高側(cè)進行吸泥等，但這些措施實施起來難度較大，且效果不佳，最終導致鋼圍堰無法正常使用，不得不重新制作和下沉。此外，下沉速度不均勻也會對鋼圍堰的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。如果下沉速度過快，可能會導致鋼圍堰底部受到過大的沖擊力，損壞鋼圍堰結(jié)構(gòu)；如果下沉速度過慢，會延長施工周期，增加施工成本。封底工藝：封底混凝土的澆筑質(zhì)量是保證鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性和防水性能的關鍵。如果封底混凝土澆筑不密實，存在孔洞、裂縫等缺陷，會導致地下水滲漏，影響鋼圍堰內(nèi)的施工環(huán)境，降低鋼圍堰的抗浮能力。在某橋梁雙壁鋼圍堰封底施工中，由于混凝土澆筑過程中振搗不充分，封底混凝土出現(xiàn)了多處孔洞和裂縫，在鋼圍堰抽水后，發(fā)現(xiàn)大量地下水從這些缺陷處涌入，不得不進行二次封底處理，這不僅浪費了大量的人力、物力和時間，還對工程質(zhì)量產(chǎn)生了嚴重影響。此外，封底混凝土的厚度不足也會影響其承載能力和抗浮性能，無法滿足設計要求。施工設備風險起重設備：起重設備是雙壁鋼圍堰施工中用于吊運鋼圍堰節(jié)段和其他施工材料的關鍵設備。如果起重設備的性能不符合要求，如起重量不足、穩(wěn)定性差等，在吊運過程中可能會發(fā)生鋼圍堰節(jié)段墜落等事故。在某工程中，由于起重設備的起重量選擇不當，在吊運較大尺寸和重量的鋼圍堰節(jié)段時，起重設備出現(xiàn)了嚴重的晃動和傾斜，險些導致鋼圍堰節(jié)段墜落，幸好及時采取了應急措施，才避免了事故的發(fā)生。此外，起重設備的維護保養(yǎng)不到位，如鋼絲繩磨損、制動裝置失靈等，也會增加事故發(fā)生的風險。運輸設備：在鋼圍堰的運輸過程中，運輸設備的故障可能會導致鋼圍堰受損或運輸延誤。如果運輸車輛的輪胎爆胎、剎車失靈等，在行駛過程中可能會發(fā)生交通事故，損壞鋼圍堰。在某工程中，鋼圍堰在公路運輸過程中，運輸車輛的輪胎突然爆胎，導致車輛失控，與路邊的障礙物發(fā)生碰撞，鋼圍堰受到嚴重損壞，不得不重新制作和運輸，這給工程帶來了巨大的經(jīng)濟損失。此外，運輸船舶在水上運輸鋼圍堰時，若遇到惡劣天氣或船舶本身的設備故障，如發(fā)動機故障、舵機失靈等，可能會導致船舶失去控制，發(fā)生碰撞、擱淺等事故，危及鋼圍堰的安全。下沉設備：鋼圍堰下沉過程中使用的下沉設備，如吸泥機、空氣幕裝置等，如果設備出現(xiàn)故障，會影響鋼圍堰的下沉效果。在某工程中，鋼圍堰下沉采用空氣幕輔助下沉方法，在下沉過程中，空氣幕裝置的部分管道出現(xiàn)堵塞，導致空氣無法均勻地噴出，鋼圍堰下沉速度不均勻，出現(xiàn)了傾斜現(xiàn)象，不得不暫停下沉作業(yè)，對空氣幕裝置進行檢修和清理，這延誤了施工進度。此外，吸泥機的吸力不足、吸泥管堵塞等問題也會影響鋼圍堰下沉過程中的土體清除效果，導致鋼圍堰下沉困難。人員管理風險施工人員技能水平：施工人員的技能水平直接影響雙壁鋼圍堰施工的質(zhì)量和安全。如果施工人員缺乏必要的專業(yè)知識和技能，在鋼圍堰的制作、拼裝、下沉等環(huán)節(jié)可能會出現(xiàn)操作失誤。在鋼圍堰焊接過程中，焊工如果技術不熟練，可能會導致焊接質(zhì)量不合格；在鋼圍堰下沉過程中，操作人員如果對下沉設備的操作不熟悉，可能會無法準確控制下沉速度和垂直度。在某工程中，由于施工人員對鋼圍堰的拼裝工藝掌握不熟練，在拼裝過程中出現(xiàn)了多塊鋼圍堰節(jié)段連接不緊密的問題，在后續(xù)的施工中，這些連接不緊密的部位出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象，不得不重新進行加固處理。施工人員安全意識：施工人員的安全意識淡薄是導致安全事故發(fā)生的重要原因之一。在施工現(xiàn)場，如果施工人員不遵守安全操作規(guī)程，如不佩戴安全帽、不系安全帶、違規(guī)操作施工設備等，很容易發(fā)生安全事故。在某雙壁鋼圍堰施工中，一名施工人員在高處作業(yè)時未系安全帶，在移動過程中不慎失足墜落，造成重傷。此外，施工人員對施工現(xiàn)場的安全風險認識不足，也可能導致事故的發(fā)生。比如，在鋼圍堰下沉過程中，施工人員未意識到周圍存在的水流和物體碰撞風險，在沒有采取相應安全措施的情況下進行作業(yè)，容易發(fā)生意外。施工組織管理：施工組織管理不善也會給雙壁鋼圍堰施工帶來風險。如果施工計劃不合理，各施工環(huán)節(jié)之間的銜接不順暢，可能會導致施工進度延誤。在某工程中，由于施工組織管理混亂，鋼圍堰的制作、運輸和拼裝環(huán)節(jié)之間沒有合理安排，導致鋼圍堰在拼裝現(xiàn)場等待時間過長，影響了后續(xù)的下沉施工。此外，施工現(xiàn)場的安全管理不到位，如安全警示標識設置不齊全、安全檢查不及時等，也會增加安全事故發(fā)生的概率。三、雙壁鋼圍堰施工風險評估3.1風險評估指標體系構(gòu)建風險評估指標體系是對雙壁鋼圍堰施工風險進行科學評估的基礎，其構(gòu)建需全面、系統(tǒng)且合理地涵蓋施工過程中的各類風險因素。根據(jù)前文對施工風險因素的識別結(jié)果，從風險發(fā)生概率和風險影響程度兩個維度來構(gòu)建風險評估指標體系。風險發(fā)生概率是指風險事件在施工過程中發(fā)生的可能性大小，它反映了風險出現(xiàn)的頻繁程度。為了準確評估風險發(fā)生概率，可從多個方面進行考量。比如，施工環(huán)境因素中的水文條件，若施工區(qū)域水流湍急、水位變化頻繁，那么在鋼圍堰下沉和定位過程中，因水流沖擊導致鋼圍堰偏移、傾斜甚至倒塌的風險發(fā)生概率就會增加。地質(zhì)條件同樣影響風險發(fā)生概率，若地質(zhì)勘察不準確，實際地質(zhì)情況與勘察報告存在偏差，如存在孤石、軟弱地層等，在鋼圍堰下沉時遇到障礙物或發(fā)生不均勻沉降的風險發(fā)生概率就會提高。施工工藝方面，鋼圍堰制作工藝的復雜性和技術難度也會影響風險發(fā)生概率。如果焊接工藝要求高，施工人員技術水平參差不齊，那么焊接質(zhì)量不合格的風險發(fā)生概率就會增大。此外，施工設備的可靠性也是影響風險發(fā)生概率的重要因素。起重設備的穩(wěn)定性、運輸設備的安全性以及下沉設備的正常運行與否，都直接關系到施工過程中設備故障導致事故的風險發(fā)生概率。風險影響程度是指風險事件一旦發(fā)生，對雙壁鋼圍堰施工項目造成的危害程度，它涵蓋了對工程進度、質(zhì)量、安全以及經(jīng)濟等多個方面的影響。在工程進度方面，若鋼圍堰施工過程中發(fā)生重大風險事件，如圍堰坍塌，會導致施工被迫中斷，需要花費大量時間進行事故處理和重新施工，從而嚴重延誤工程進度。在質(zhì)量方面，如鋼圍堰制作過程中出現(xiàn)尺寸偏差或焊接質(zhì)量問題，可能會影響鋼圍堰的結(jié)構(gòu)強度和密封性，降低工程質(zhì)量，甚至可能在后續(xù)施工中引發(fā)安全事故。安全方面，施工過程中的風險事件可能會直接威脅施工人員的生命安全，如起重設備故障導致鋼圍堰節(jié)段墜落，可能造成人員傷亡。經(jīng)濟方面，風險事件的發(fā)生往往會帶來額外的經(jīng)濟損失，包括事故處理費用、工程延誤導致的成本增加、設備維修和更換費用等。綜合以上分析，構(gòu)建的雙壁鋼圍堰施工風險評估指標體系如下表所示：一級指標二級指標指標說明風險發(fā)生概率施工環(huán)境風險概率包括水文、地質(zhì)、氣象等條件導致風險發(fā)生的可能性施工工藝風險概率涵蓋鋼圍堰制作、下沉、封底等工藝環(huán)節(jié)的風險發(fā)生可能性施工設備風險概率涉及起重、運輸、下沉等設備故障導致風險發(fā)生的可能性人員管理風險概率包含施工人員技能不足、安全意識淡薄、施工組織管理不善等引發(fā)風險的可能性風險影響程度進度影響程度風險事件對工程進度延誤的程度質(zhì)量影響程度風險事件對鋼圍堰結(jié)構(gòu)質(zhì)量和施工質(zhì)量的損害程度安全影響程度風險事件對施工人員安全和工程整體安全的威脅程度經(jīng)濟影響程度風險事件導致的直接和間接經(jīng)濟損失大小通過構(gòu)建這樣的風險評估指標體系，可以對雙壁鋼圍堰施工風險進行全面、細致的評估，為后續(xù)的風險評估和控制提供有力的支持。3.2風險評估方法選擇在工程項目風險管理中，風險評估方法的選擇至關重要，它直接影響到風險評估結(jié)果的準確性和可靠性。目前，常用的風險評估方法有多種，每種方法都有其獨特的原理、適用范圍和優(yōu)缺點。層次分析法：層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是一種將與決策總是有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。它首先將一個復雜的多目標決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標分解為多個目標或準則，進而分解為多指標（或準則、約束）的若干層次。通過定性指標模糊量化方法算出層次單排序（權數(shù)）和總排序，以作為目標（多指標）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。在雙壁鋼圍堰施工風險評估中，運用層次分析法可以將施工風險問題分解為不同層次，如目標層（雙壁鋼圍堰施工風險評估）、準則層（施工環(huán)境風險、施工工藝風險、施工設備風險、人員管理風險等）和指標層（具體的風險因素），通過兩兩比較確定各層次因素的相對重要性權重，從而綜合評估施工風險水平。其優(yōu)點是系統(tǒng)性強，能夠?qū)碗s問題分解為多個層次進行分析，使決策過程更加清晰；缺點是主觀性較強，判斷矩陣的構(gòu)建依賴于專家的經(jīng)驗和主觀判斷，可能會導致結(jié)果的偏差。模糊綜合評價法：模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法，它根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。該方法通過構(gòu)建模糊評價矩陣，結(jié)合各因素的權重，對評價對象進行綜合評價。在雙壁鋼圍堰施工風險評估中，對于一些難以精確量化的風險因素，如施工人員的安全意識、施工環(huán)境的復雜程度等，可以采用模糊綜合評價法。通過專家打分等方式確定各風險因素對不同風險等級的隸屬度，進而計算出雙壁鋼圍堰施工的綜合風險等級。其顯著特點是能夠較好地處理模糊的、難以量化的問題，結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強；但也存在一些不足，如隸屬度函數(shù)的確定和權重的分配具有一定的主觀性?；疑P聯(lián)分析法：灰色關聯(lián)分析法是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，亦即“灰色關聯(lián)度”，作為衡量因素間關聯(lián)程度的一種方法。它通過確定反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列和影響系統(tǒng)行為的比較數(shù)列，對參考數(shù)列和比較數(shù)列進行無量綱化處理，求參考數(shù)列與比較數(shù)列的灰色關聯(lián)系數(shù)和關聯(lián)度，從而判斷因素之間的關聯(lián)程度。在雙壁鋼圍堰施工風險評估中，灰色關聯(lián)分析法可用于分析不同風險因素與施工風險之間的關聯(lián)程度，找出對施工風險影響較大的關鍵因素。其優(yōu)點是對樣本量的多少和樣本有無規(guī)律要求不高，能較好地處理小樣本、貧信息問題；但計算過程相對復雜，且對于數(shù)據(jù)的依賴性較強?？紤]到雙壁鋼圍堰施工風險評估中，既存在一些可以量化的風險因素，如施工設備的故障概率、施工工藝的參數(shù)偏差等，也存在許多難以精確量化的模糊因素，如施工環(huán)境的不確定性、施工人員的技術水平和安全意識等。本文采用層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合的方式進行風險評估。首先運用層次分析法確定各風險因素的權重，將復雜的風險評估問題分解為多個層次，通過專家判斷對各層次因素進行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣并進行一致性檢驗，從而得到各風險因素的相對重要性權重。然后，利用模糊綜合評價法對雙壁鋼圍堰施工風險進行綜合評價，通過專家打分確定各風險因素對不同風險等級的隸屬度，構(gòu)建模糊評價矩陣，結(jié)合層次分析法得到的權重，計算出雙壁鋼圍堰施工的綜合風險評價值，確定其風險等級。這種方法充分發(fā)揮了層次分析法系統(tǒng)性強和模糊綜合評價法處理模糊問題的優(yōu)勢，能夠更加全面、準確地評估雙壁鋼圍堰施工風險。3.3案例分析以某跨江大橋的雙壁鋼圍堰施工項目為具體案例，該大橋主橋為雙塔雙索面斜拉橋，主跨跨度達600米，其深水基礎采用雙壁鋼圍堰施工工藝。在施工過程中，由于該橋位處水流速度大、水位變化頻繁，且河床地質(zhì)條件復雜，給雙壁鋼圍堰施工帶來了諸多挑戰(zhàn)。首先，運用前文構(gòu)建的風險評估指標體系，對該工程雙壁鋼圍堰施工的風險因素進行識別和分析。在施工環(huán)境風險方面，該橋施工區(qū)域水流平均流速達到2.5米/秒，且在汛期水位變化幅度可達5米，這使得鋼圍堰在下沉和定位過程中面臨較大的水流沖擊風險，增加了圍堰傾斜和偏移的可能性。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，河床地質(zhì)存在不均勻分布的砂層和礫石層，局部還存在孤石，這對鋼圍堰的下沉和封底施工都構(gòu)成了潛在威脅。在氣象條件方面，該地區(qū)夏季多暴雨，冬季多強風，惡劣天氣可能影響鋼圍堰的吊運、拼裝和下沉作業(yè)。施工工藝風險同樣不容忽視。在鋼圍堰制作過程中，由于結(jié)構(gòu)復雜，對焊接工藝要求高，若焊接質(zhì)量控制不當，容易出現(xiàn)焊縫缺陷，影響鋼圍堰的強度和密封性。鋼圍堰下沉工藝要求嚴格控制垂直度和下沉速度，然而在實際施工中，由于水流和地質(zhì)條件的影響，很難保證下沉的均勻性和垂直度。封底工藝是保證鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性的關鍵環(huán)節(jié)，若封底混凝土澆筑質(zhì)量不佳，出現(xiàn)孔洞、裂縫等問題，將嚴重影響鋼圍堰的抗浮能力。施工設備風險也是需要重點關注的方面。該工程使用的大型起重設備，其起重量和穩(wěn)定性直接關系到鋼圍堰節(jié)段的吊運安全。若起重設備出現(xiàn)故障，如鋼絲繩斷裂、制動失靈等，可能導致鋼圍堰節(jié)段墜落，造成嚴重的安全事故。運輸鋼圍堰的船舶在水上運輸過程中，若遇到惡劣天氣或船舶設備故障，如發(fā)動機故障、舵機失靈等，可能發(fā)生碰撞、擱淺等事故，危及鋼圍堰的安全。鋼圍堰下沉設備如吸泥機、空氣幕裝置等，若出現(xiàn)故障，將影響鋼圍堰的下沉效果，導致施工進度延誤。人員管理風險在該工程中也較為突出。施工人員的技能水平參差不齊，部分施工人員對雙壁鋼圍堰施工工藝和技術要求掌握不夠熟練，在鋼圍堰的制作、拼裝、下沉等環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)操作失誤。施工人員的安全意識淡薄，在施工現(xiàn)場存在違規(guī)操作、不佩戴安全防護用品等現(xiàn)象，增加了安全事故發(fā)生的風險。此外，施工組織管理不善，如施工計劃不合理、各施工環(huán)節(jié)之間的銜接不順暢等，也會影響施工進度和質(zhì)量。然后，采用層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合的方式對該工程雙壁鋼圍堰施工風險進行評估。邀請橋梁工程領域的5位專家，對各風險因素的相對重要性進行判斷，構(gòu)建判斷矩陣。以施工環(huán)境風險中的水文條件、地質(zhì)條件和氣象條件這三個二級指標為例，專家們根據(jù)工程實際情況和經(jīng)驗，對它們之間的相對重要性進行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣如下：\begin{bmatrix}1&3&2\\\frac{1}{3}&1&\frac{1}{2}\\\frac{1}{2}&2&1\end{bmatrix}通過計算該判斷矩陣的最大特征值和特征向量，并進行一致性檢驗，得到水文條件、地質(zhì)條件和氣象條件的權重分別為0.5396、0.1047、0.3557。按照同樣的方法，計算出其他各級指標的權重。接著，組織專家對各風險因素的風險發(fā)生概率和風險影響程度進行打分，采用1-5的評分標準，1表示極低，2表示低，3表示中等，4表示高，5表示極高。以鋼圍堰制作工藝風險為例，專家們根據(jù)對該工程鋼圍堰制作過程的了解，對其風險發(fā)生概率和風險影響程度的打分情況如下表所示：風險因素風險發(fā)生概率評分風險影響程度評分鋼圍堰制作工藝34將專家打分結(jié)果進行整理和統(tǒng)計，得到各風險因素對不同風險等級的隸屬度，構(gòu)建模糊評價矩陣。例如，對于鋼圍堰制作工藝風險，假設其對低風險等級的隸屬度為0.2，對中等風險等級的隸屬度為0.5，對高風險等級的隸屬度為0.3，對極高風險等級的隸屬度為0，則其模糊評價向量為(0.2,0.5,0.3,0)。按照同樣的方法，構(gòu)建其他風險因素的模糊評價向量，組成模糊評價矩陣。最后，結(jié)合層次分析法得到的權重和模糊評價矩陣，計算該工程雙壁鋼圍堰施工的綜合風險評價值。經(jīng)過計算，該工程雙壁鋼圍堰施工的綜合風險評價值為3.2，根據(jù)風險等級劃分標準（1-2為低風險，2-3為中等風險，3-4為高風險，4-5為極高風險），該工程雙壁鋼圍堰施工處于高風險水平。其中，施工環(huán)境風險和施工工藝風險是主要風險因素，對綜合風險評價值的貢獻較大。四、雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性分析4.1抗浮穩(wěn)定性影響因素雙壁鋼圍堰在深水基礎施工中，其抗浮穩(wěn)定性關乎整個工程的安全與質(zhì)量，受到多種復雜因素的綜合影響。這些因素相互作用，共同決定了雙壁鋼圍堰在施工過程中能否穩(wěn)定地抵抗水的浮力，確?；A施工的順利進行。圍堰自重：圍堰自重是抵抗浮力的基礎因素，其大小主要取決于鋼圍堰的結(jié)構(gòu)設計和所用材料。從結(jié)構(gòu)設計角度來看，不同的形狀和尺寸會導致圍堰自重有較大差異。例如，圓形雙壁鋼圍堰相較于矩形雙壁鋼圍堰，在相同的外輪廓尺寸和壁厚條件下，由于其結(jié)構(gòu)的對稱性和力學性能的均勻性，能夠更有效地利用材料，自重可能相對較輕，但在某些特定的工程場地條件下，矩形圍堰可能更便于與周邊結(jié)構(gòu)銜接，盡管其自重可能稍大。在材料選擇上，選用高強度鋼材，如Q345等，雖然單位重量可能較重，但可以在保證結(jié)構(gòu)強度和剛度的前提下，適當減小鋼板厚度，從而優(yōu)化圍堰自重。以某大型橋梁工程的雙壁鋼圍堰為例，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計和選用合適的高強度鋼材，在滿足工程要求的同時，成功減輕了圍堰自重約10%，既提高了材料的利用率，又對降低施工成本和提升施工效率起到了積極作用。封底混凝土重量：封底混凝土作為雙壁鋼圍堰抗浮體系的重要組成部分，其重量直接影響抗浮穩(wěn)定性。封底混凝土的重量與混凝土的強度等級和澆筑厚度密切相關。不同強度等級的混凝土，其容重有所不同。一般來說，C30-C40強度等級的混凝土容重約為24-25kN/m3。在實際工程中，根據(jù)地質(zhì)條件和浮力大小確定合理的混凝土強度等級和澆筑厚度至關重要。若地質(zhì)條件較好，對封底混凝土的承載能力要求相對較低，可適當降低混凝土強度等級，減小澆筑厚度，從而控制封底混凝土重量；反之，在地質(zhì)條件復雜、浮力較大的情況下，則需提高混凝土強度等級，增加澆筑厚度，以確保足夠的抗浮能力。在某跨江大橋雙壁鋼圍堰施工中，由于橋位處水深較大，浮力強勁，經(jīng)過詳細的抗浮穩(wěn)定性計算，將封底混凝土強度等級提高到C40，并增加了澆筑厚度，有效地保證了圍堰在施工過程中的抗浮穩(wěn)定性。浮力：浮力是雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性的主要作用力之一，其大小主要取決于水的密度和圍堰浸入水中的體積。在不同的施工水域，水的密度會因水質(zhì)、鹽分含量等因素而有所不同。例如，在淡水環(huán)境中，水的密度約為1000kg/m3；而在海水環(huán)境中，由于鹽分的存在，水的密度通常在1025-1030kg/m3左右。圍堰浸入水中的體積則與圍堰的高度和平面尺寸直接相關。在設計階段，需要精確計算圍堰的浸入體積，以準確評估浮力大小。同時，在施工過程中，要嚴格控制圍堰的下沉深度和位置，確保其浸入水中的體積符合設計要求。一旦圍堰下沉深度超過設計值，浸入水中的體積增大，浮力相應增加，可能導致抗浮穩(wěn)定性不足。某海上橋梁雙壁鋼圍堰施工時，由于對施工區(qū)域海水密度的測量存在偏差，實際浮力比設計計算值偏大，在圍堰封底后抽水過程中，出現(xiàn)了圍堰輕微上浮的情況，經(jīng)過緊急采取在圍堰內(nèi)增加配重等措施，才避免了事故的發(fā)生。土壓力：土壓力對雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性的影響不容忽視，它主要包括主動土壓力和被動土壓力。主動土壓力是指土體對圍堰壁產(chǎn)生的側(cè)向壓力，其大小與土的性質(zhì)、土體與圍堰壁的摩擦系數(shù)以及圍堰的入土深度等因素有關。在粘性土中，主動土壓力相對較??；而在砂性土中，主動土壓力較大。被動土壓力則是當圍堰有向外移動的趨勢時，土體對圍堰壁產(chǎn)生的抵抗壓力。被動土壓力能夠增加圍堰的穩(wěn)定性，其大小同樣與土的性質(zhì)、圍堰入土深度等因素相關。在實際工程中，準確計算土壓力較為復雜，需要考慮多種因素的綜合作用。例如，通過現(xiàn)場的地質(zhì)勘察，獲取詳細的土的物理力學參數(shù)，采用合適的土壓力計算理論和方法，如朗肯土壓力理論、庫侖土壓力理論等，來計算土壓力的大小。在某橋梁雙壁鋼圍堰施工中，通過對土壓力的精確計算和分析，合理利用被動土壓力，在圍堰外側(cè)設置了土體加固措施，增加了被動土壓力，有效地提高了圍堰的抗浮穩(wěn)定性。其他因素：除了上述主要因素外，還有一些其他因素也會對雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。比如，施工過程中的施工荷載，如在圍堰內(nèi)進行設備安裝、材料堆放等，會增加圍堰的額外重量，改變其受力狀態(tài)，進而影響抗浮穩(wěn)定性。此外，圍堰內(nèi)部支撐體系的布置和強度也會對抗浮穩(wěn)定性產(chǎn)生作用。合理的支撐體系能夠增強圍堰的整體剛度，有效傳遞和分散作用力，提高抗浮能力。在某工程中，由于施工過程中在圍堰內(nèi)堆放了過多的施工材料，導致圍堰重心偏移，抗浮穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)了圍堰傾斜的危險情況，經(jīng)過及時調(diào)整施工材料的堆放位置和加強支撐體系，才使圍堰恢復穩(wěn)定。4.2抗浮穩(wěn)定性計算方法在雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性研究中，準確計算抗浮穩(wěn)定性至關重要，常用的計算方法包括傳統(tǒng)計算方法和有限元計算方法，它們各自具有獨特的原理、特點和適用范圍。4.2.1傳統(tǒng)計算方法理論公式計算法：理論公式計算法是基于經(jīng)典力學原理，通過建立數(shù)學模型來計算雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性。其核心思路是依據(jù)力的平衡原理，對作用在雙壁鋼圍堰上的各種力進行分析和計算。以圓形雙壁鋼圍堰為例，其抗浮穩(wěn)定性計算公式為：K=\frac{G+W_{c}+T}{F}其中，K為抗浮穩(wěn)定系數(shù)，G為鋼圍堰自重，W_{c}為封底混凝土重量，T為封底混凝土與地基之間的摩擦力，F(xiàn)為浮力。在實際應用中，需要準確獲取各個參數(shù)的值。對于鋼圍堰自重，要考慮鋼材的密度、結(jié)構(gòu)尺寸以及附屬構(gòu)件的重量；封底混凝土重量則取決于混凝土的強度等級、澆筑厚度和體積；浮力的計算與水的密度、圍堰浸入水中的體積密切相關。在某橋梁工程雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性計算中，通過詳細測量和計算，得到鋼圍堰自重為5000kN，封底混凝土重量為3000kN，根據(jù)地質(zhì)勘察報告和相關經(jīng)驗公式，估算封底混凝土與地基之間的摩擦力為1000kN，通過計算圍堰浸入水中的體積，并結(jié)合施工水域的水密度，確定浮力為7000kN，將這些參數(shù)代入公式，計算得到抗浮穩(wěn)定系數(shù)K=\frac{5000+3000+1000}{7000}=1.29。理論公式計算法的優(yōu)點是計算過程相對簡單，物理概念清晰，能夠快速得到抗浮穩(wěn)定性的大致結(jié)果，在工程初步設計階段具有重要的參考價值；然而，該方法通?；谝恍┖喕僭O，如將圍堰視為剛體、忽略土體的復雜力學行為等，在實際工程中，這些假設可能與實際情況存在一定偏差，導致計算結(jié)果不夠精確。經(jīng)驗公式法：經(jīng)驗公式法是根據(jù)大量的工程實踐經(jīng)驗總結(jié)得出的，用于計算雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性的公式。這些公式通常是基于特定的工程條件和經(jīng)驗數(shù)據(jù)建立的，具有一定的局限性和適用范圍。在某地區(qū)的橋梁工程中，根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、水文條件以及以往類似工程的經(jīng)驗，總結(jié)出了適用于該地區(qū)雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性計算的經(jīng)驗公式：K=1.1+0.05\frac{H}{D}其中，K為抗浮穩(wěn)定系數(shù)，H為圍堰入土深度，D為圍堰直徑。經(jīng)驗公式法的優(yōu)點是計算簡便，能夠快速估算抗浮穩(wěn)定性，在一些工程條件與經(jīng)驗公式適用條件相近的情況下，具有較高的參考價值；但是，由于經(jīng)驗公式是基于特定的工程背景和經(jīng)驗數(shù)據(jù)得出的，其通用性較差，對于不同地區(qū)、不同地質(zhì)條件和不同工程規(guī)模的雙壁鋼圍堰，可能需要進行修正或重新建立經(jīng)驗公式，否則計算結(jié)果可能不準確。4.2.2有限元計算方法有限元原理：有限元方法是一種數(shù)值計算方法，它將連續(xù)的求解域離散為有限個單元的組合體，通過對每個單元進行力學分析，然后將這些單元組合起來，求解整個結(jié)構(gòu)的力學響應。在雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性分析中，利用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，將雙壁鋼圍堰及其周圍的土體離散為各種類型的單元，如實體單元、板單元、梁單元等。以ANSYS軟件為例，首先建立雙壁鋼圍堰和土體的三維模型，根據(jù)實際結(jié)構(gòu)和材料特性，定義單元類型和材料參數(shù)。對于鋼圍堰，采用合適的鋼材本構(gòu)模型，如彈性-塑性模型；對于土體，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，選擇相應的土體本構(gòu)模型，如摩爾-庫侖模型。然后對模型施加邊界條件，包括位移邊界條件和荷載邊界條件。位移邊界條件根據(jù)實際情況，限制土體和鋼圍堰的某些方向的位移；荷載邊界條件則包括鋼圍堰自重、浮力、土壓力等。通過有限元軟件的計算求解，可以得到雙壁鋼圍堰在各種工況下的應力、應變分布以及位移情況，從而評估其抗浮穩(wěn)定性。有限元模型建立：在建立有限元模型時，需要考慮多個因素。首先是單元類型的選擇，不同的單元類型具有不同的力學特性和適用范圍。對于雙壁鋼圍堰的鋼板部分，可以采用板單元來模擬，因為板單元能夠較好地模擬薄板的彎曲和拉伸行為；對于封底混凝土和土體部分，可以采用實體單元來模擬，以準確反映其三維力學特性。其次是網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量直接影響計算結(jié)果的準確性和計算效率。一般來說，在關鍵部位，如鋼圍堰的刃腳、封底混凝土與鋼圍堰的連接處等，需要加密網(wǎng)格，以提高計算精度；而在一些對計算結(jié)果影響較小的區(qū)域，可以適當增大網(wǎng)格尺寸，以減少計算量。在某橋梁雙壁鋼圍堰的有限元模型建立中，采用八節(jié)點六面體實體單元對封底混凝土和土體進行網(wǎng)格劃分，在鋼圍堰的刃腳和封底混凝土與鋼圍堰的連接處，將網(wǎng)格尺寸設置為0.1m，而在其他區(qū)域，網(wǎng)格尺寸設置為0.5m。同時，為了模擬封底混凝土與土體之間的相互作用，采用接觸單元來定義它們之間的接觸關系。通過合理的單元類型選擇和網(wǎng)格劃分，建立了高精度的有限元模型，為準確分析雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性提供了基礎。4.2.3方法對比分析傳統(tǒng)計算方法和有限元計算方法在雙壁鋼圍堰抗浮穩(wěn)定性分析中各有優(yōu)劣。傳統(tǒng)計算方法計算過程相對簡單，物理概念清晰，計算速度快，在工程初步設計階段，能夠快速對雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性進行初步評估，為后續(xù)設計提供參考。但是，由于其基于簡化假設，忽略了一些復雜因素，如土體的非線性特性、鋼圍堰與土體之間的相互作用等，計算結(jié)果相對粗糙，對于一些復雜的工程情況，可能無法準確反映雙壁鋼圍堰的實際抗浮穩(wěn)定性。有限元計算方法能夠考慮多種復雜因素，如材料的非線性、結(jié)構(gòu)與土體的相互作用、施工過程的影響等，能夠更真實地模擬雙壁鋼圍堰在實際工況下的受力和變形情況，計算結(jié)果更加準確。然而，有限元計算方法需要建立復雜的模型，對計算人員的專業(yè)知識和技能要求較高，計算過程復雜，計算時間長，計算成本也相對較高。在實際工程應用中，應根據(jù)具體情況選擇合適的計算方法。對于一些簡單的工程，或者在工程初步設計階段，傳統(tǒng)計算方法可以滿足要求；而對于復雜的工程，或者對計算結(jié)果精度要求較高的情況，有限元計算方法更為合適。有時也可以將兩種方法結(jié)合使用，先用傳統(tǒng)計算方法進行初步估算，再用有限元計算方法進行詳細分析，相互驗證，以提高計算結(jié)果的可靠性。4.3案例分析以某跨江特大橋的雙壁鋼圍堰施工為具體案例，該橋主橋為雙塔斜拉橋，主跨跨度達800米，其深水基礎采用雙壁鋼圍堰施工工藝。橋位處水深較深，平均水深達30米，水流速度較大，最大流速可達3米/秒，且河床地質(zhì)條件復雜，上部為較厚的砂層，下部為中風化巖層。利用有限元軟件ABAQUS對該雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性進行分析。首先，建立雙壁鋼圍堰的三維有限元模型。將雙壁鋼圍堰的鋼板部分定義為殼單元，利用S4R單元類型模擬其力學行為，該單元類型能夠較好地處理薄板的彎曲和拉伸變形。封底混凝土和周圍土體采用C3D8R實體單元進行模擬，以準確反映其三維力學特性。在材料參數(shù)設置方面，鋼材選用Q345，彈性模量設定為2.06×10^11Pa，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3；封底混凝土采用C35混凝土，彈性模量為3.15×10^10Pa，泊松比為0.2，密度為2400kg/m3；土體根據(jù)地質(zhì)勘察報告，采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型，其相關參數(shù)根據(jù)實際土層特性進行輸入，如砂層的內(nèi)摩擦角為35°，粘聚力為10kPa，重度為18kN/m3；中風化巖層的內(nèi)摩擦角為45°，粘聚力為500kPa，重度為25kN/m3。在模型中施加邊界條件，考慮到雙壁鋼圍堰底部與河床土體的接觸，采用接觸對模擬兩者之間的相互作用，定義接觸屬性為硬接觸，摩擦系數(shù)根據(jù)土體與鋼圍堰底部的摩擦特性取值為0.3。在土體底部約束所有方向的位移，模擬土體的固定邊界；在土體側(cè)面約束水平方向的位移，以符合實際受力情況。對于荷載施加，考慮鋼圍堰自重、封底混凝土自重、水的浮力以及土壓力。鋼圍堰自重和封底混凝土自重通過定義材料密度，由軟件自動計算施加；水的浮力根據(jù)阿基米德原理，通過在模型中設置相應的水壓荷載來模擬，水壓隨深度線性變化。土壓力則根據(jù)朗肯土壓力理論，按照不同土層的參數(shù)計算后施加在鋼圍堰側(cè)面。通過有限元軟件的計算求解，得到雙壁鋼圍堰在施工過程中的應力、應變分布以及位移情況。從計算結(jié)果來看，在封底混凝土澆筑完成后，雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性良好。鋼圍堰各部分的應力均在材料的許用應力范圍內(nèi)，最大應力出現(xiàn)在鋼圍堰刃腳與土體接觸部位，約為150MPa，遠小于Q345鋼材的屈服強度345MPa。封底混凝土與鋼圍堰連接處的應力分布較為均勻，未出現(xiàn)明顯的應力集中現(xiàn)象。在位移方面，雙壁鋼圍堰的豎向位移較小，最大豎向位移位于鋼圍堰頂部，約為5mm，滿足施工要求。從抗浮穩(wěn)定性系數(shù)來看，計算得到的抗浮穩(wěn)定系數(shù)為1.35，大于規(guī)范要求的1.2，表明該雙壁鋼圍堰在當前工況下具有足夠的抗浮能力。通過對不同工況的模擬分析，如考慮水位變化、施工荷載增加等情況，發(fā)現(xiàn)水位上升和施工荷載增加會對雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。當水位上升1米時，抗浮穩(wěn)定系數(shù)下降至1.28；當施工荷載增加20%時，抗浮穩(wěn)定系數(shù)下降至1.25，但仍滿足規(guī)范要求。五、雙壁鋼圍堰施工風險應對措施與抗浮穩(wěn)定性保障措施5.1施工風險應對措施根據(jù)前文對雙壁鋼圍堰施工風險的評估結(jié)果，針對不同類型的風險因素，分別采取風險規(guī)避、風險減輕、風險轉(zhuǎn)移、風險接受等應對策略，以降低風險發(fā)生的概率和影響程度，保障施工的安全與順利進行。風險規(guī)避：風險規(guī)避是指通過采取措施避免風險事件的發(fā)生。對于一些風險發(fā)生概率較高且影響程度嚴重的風險因素，應優(yōu)先考慮風險規(guī)避策略。在施工環(huán)境風險方面，若施工區(qū)域的水文條件極為復雜，水流速度過大、水位變化過于頻繁，超出了雙壁鋼圍堰施工的安全可控范圍，可考慮更改橋位或調(diào)整施工方案，選擇在水文條件相對穩(wěn)定的區(qū)域進行施工，以規(guī)避因水流和水位問題導致的鋼圍堰傾斜、偏移等風險。在施工工藝風險方面，若某種鋼圍堰制作工藝或下沉工藝技術難度過大，施工人員難以掌握，且容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，可采用更加成熟、可靠的工藝替代，避免因工藝問題引發(fā)風險。例如，在某橋梁工程中，原計劃采用一種新型的鋼圍堰焊接工藝，但在試驗過程中發(fā)現(xiàn)該工藝對焊接設備和操作人員的要求極高，且焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)裂縫等缺陷。經(jīng)過評估，決定放棄該新型工藝，采用傳統(tǒng)的成熟焊接工藝，從而有效規(guī)避了因焊接工藝問題導致鋼圍堰結(jié)構(gòu)強度不足的風險。風險減輕：風險減輕是指采取措施降低風險事件發(fā)生的概率或減輕風險事件的影響程度。對于無法完全規(guī)避的風險因素，可通過采取一系列措施來減輕風險。在施工環(huán)境風險方面，針對水文條件中的水流速度問題，可在鋼圍堰周圍設置防護設施，如導流板、阻水樁等，以減小水流對鋼圍堰的沖擊力，降低鋼圍堰在下沉和定位過程中發(fā)生傾斜和偏移的概率。對于地質(zhì)條件風險，在施工前進行詳細、準確的地質(zhì)勘察，采用多種勘察手段，如鉆探、物探等，全面了解河床地質(zhì)情況，提前發(fā)現(xiàn)可能存在的孤石、軟弱地層等問題，并制定相應的處理方案，如采用水下爆破清除孤石、對軟弱地層進行加固處理等，減輕地質(zhì)條件對施工的影響。在施工工藝風險方面，為確保鋼圍堰制作質(zhì)量，加強對制作過程的質(zhì)量控制，增加對焊縫的探傷檢測次數(shù)，嚴格控制焊接工藝參數(shù)，提高焊接質(zhì)量，減輕因焊接缺陷導致鋼圍堰漏水、強度降低等風險。在鋼圍堰下沉過程中，加強對垂直度和下沉速度的監(jiān)測，采用先進的監(jiān)測設備和技術，如高精度的全站儀、激光垂準儀等，實時掌握鋼圍堰的下沉狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)垂直度偏差或下沉速度異常，及時采取調(diào)整措施，如在低側(cè)增加配重、在高側(cè)進行吸泥等，減輕因下沉問題導致的風險。風險轉(zhuǎn)移：風險轉(zhuǎn)移是指通過合同、保險等方式將風險轉(zhuǎn)移給其他方。在雙壁鋼圍堰施工中，可通過與相關方簽訂合同，將部分風險轉(zhuǎn)移給他們。在施工設備風險方面，對于起重設備、運輸設備等，與設備租賃公司簽訂合同，明確設備的維護保養(yǎng)責任和故障賠償責任，將設備故障風險轉(zhuǎn)移給租賃公司。同時，購買施工設備保險，一旦設備發(fā)生故障或損壞，可由保險公司承擔部分損失，降低施工方的經(jīng)濟風險。在施工工藝風險方面，對于一些技術要求較高、風險較大的施工環(huán)節(jié)，如水下封底混凝土施工，可與專業(yè)的施工隊伍簽訂分包合同，將施工風險轉(zhuǎn)移給分包方。分包方具有豐富的水下施工經(jīng)驗和專業(yè)技術，能夠更好地應對施工過程中的風險，降低因施工工藝問題導致的風險。風險接受：風險接受是指對風險事件的發(fā)生及其后果采取接受的態(tài)度。對于一些風險發(fā)生概率較低且影響程度較小的風險因素，可采取風險接受策略。在施工過程中，一些小型工具的損壞、施工人員的輕微失誤等風險，雖然可能會對施工產(chǎn)生一定的影響，但影響程度較小，且采取風險規(guī)避或減輕措施的成本較高，此時可選擇風險接受。在某雙壁鋼圍堰施工中，偶爾會出現(xiàn)一些小型測量儀器的電池電量不足或輕微損壞的情況，這些問題對施工進度和質(zhì)量的影響較小，通過及時更換電池或維修儀器即可解決，因此施工方選擇接受這類風險。但需要對這些風險進行監(jiān)控和記錄，以便在后續(xù)施工中總結(jié)經(jīng)驗，盡量減少類似風險的發(fā)生。通過綜合運用風險規(guī)避、風險減輕、風險轉(zhuǎn)移和風險接受等應對措施，能夠有效降低雙壁鋼圍堰施工風險，保障施工的安全、質(zhì)量和進度。在實際施工過程中，應根據(jù)具體情況靈活選擇和調(diào)整風險應對措施，確保施工風險始終處于可控范圍內(nèi)。5.2抗浮穩(wěn)定性保障措施雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性是橋梁深水基礎施工中的關鍵因素，直接關系到整個工程的安全與質(zhì)量。為有效保障雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性，需從設計、施工和監(jiān)測等多個環(huán)節(jié)入手，采取全面且針對性的措施。設計優(yōu)化措施：在雙壁鋼圍堰的設計階段，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化是提升抗浮穩(wěn)定性的重要基礎。合理的結(jié)構(gòu)設計能夠有效提高圍堰的承載能力和穩(wěn)定性，減少浮力對圍堰的不利影響。從結(jié)構(gòu)形式來看，圓形雙壁鋼圍堰相較于矩形雙壁鋼圍堰，在受力性能上具有一定優(yōu)勢。圓形結(jié)構(gòu)能夠更均勻地分散浮力和土壓力，減少應力集中現(xiàn)象。在某橋梁工程中，通過有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，圓形雙壁鋼圍堰在相同的受力條件下，其結(jié)構(gòu)應力分布更為均勻，最大應力值比矩形雙壁鋼圍堰降低了約15%，這表明圓形結(jié)構(gòu)能更好地適應復雜的受力環(huán)境，提高抗浮穩(wěn)定性。此外，合理布置內(nèi)部支撐體系也是增強圍堰剛度和穩(wěn)定性的關鍵。內(nèi)部支撐體系能夠有效地傳遞和分散作用力，防止圍堰在浮力作用下發(fā)生變形和失穩(wěn)。通過優(yōu)化支撐的位置、間距和形式，可以提高圍堰的整體承載能力。在某工程中，采用了新型的桁架式支撐體系，相較于傳統(tǒng)的支撐形式，該體系能夠更好地抵抗浮力和土壓力，使圍堰的變形量減少了約20%，顯著提升了抗浮穩(wěn)定性。同時，在材料選擇方面，選用高強度、耐腐蝕的鋼材，如Q345等，不僅可以保證結(jié)構(gòu)強度，還能在一定程度上減輕圍堰自重，從而提高抗浮穩(wěn)定性。施工質(zhì)量控制措施：施工過程中的質(zhì)量控制對于保障雙壁鋼圍堰的抗浮穩(wěn)定性至關重要。在鋼圍堰制作環(huán)節(jié)，嚴格控制焊接質(zhì)量是確保結(jié)構(gòu)強度和密封性的關鍵。加強對焊接工藝的管理，采用先進的焊接技術和設備，如自動焊接機器人，能夠提高焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。同時，增加對焊縫的探傷檢測次數(shù)，確保焊