直立L型懸臂擋墻倒角部位氣泡成因定量分析

潘傳柏，馬玉潔，楊夢云，3

(1.荊州市水利水電勘測設(shè)計院，湖北 荊州 434000；2.公安縣長江干堤防汛指揮部，湖北 公安 434300；3.荊州市長江河道管理局公安分局勘測設(shè)計院，湖北 公安 434300)

新孟河延伸拓浚工程常州市新北區(qū)境內(nèi)河道施工Ⅹ標(biāo)起止樁號：XM19+392～XM21+601.33，全長2.211km(河道中心線長度)，合同金額1.523億元。主要工程內(nèi)容：河道拓浚、堤防填筑、護(hù)岸工程等。本工程河底高程-3.00m，河底寬80m， 采用復(fù)合斷面結(jié)構(gòu)，高程-3.00～2.40m為1∶3岸坡， 高程2.40m處設(shè)寬度為2m的平臺，平臺后設(shè)直立L型懸臂鋼筋混凝土擋墻，擋墻高度范圍為高程2.40～6.80m，其中，高程2.40～3.20m為倒角區(qū)域。在基坑開挖完成，進(jìn)入直立L型懸臂鋼筋混凝土擋墻施工工序后，拆模后擋墻下部倒角表面局部有少量氣泡，對前期施工的6個單元混凝土擋墻表面麻面(氣泡)檢驗項目合格率統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，前期施工的6個單元的該檢驗項目優(yōu)良率66.70%，擋墻表面麻面(氣泡)檢驗項目平均累計面積99.75%，但在99.55%～99.82%區(qū)間波動，最低值99.55%，如果不及時找出原因和解決此問題，其質(zhì)量波動無疑將影響合同要求達(dá)到的優(yōu)良等級標(biāo)準(zhǔn)。為確保工程質(zhì)量，本項目混凝土外觀質(zhì)量工序質(zhì)量評定表中的麻面檢驗項目，其合格累計面積應(yīng)≥99.75%，考慮到現(xiàn)場施工中可能存在質(zhì)量波動率，施工中合格累計面積按≥99.80%控制。

石慶堯[1]早期對混凝土表面缺陷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了劃分，有學(xué)者研究表明，氣泡偏多是混凝土外觀質(zhì)量中的常見問題，在混凝土外觀質(zhì)量中累計頻率達(dá)40%[2-3]，王迎春[4]等通過試驗就相關(guān)原材料的變化及配合比、振動時間等因素對混凝土表面氣泡數(shù)量的影響進(jìn)行了研究，鄭艷俠[5]等從混凝土配合比、入倉方式、澆筑速率、輔助振搗措施和脫模劑等方面對自密實混凝土二襯澆筑氣泡成因及控制技術(shù)進(jìn)行了試驗研究；在水工混凝土“蜂窩麻面”成因及防治方面也不乏學(xué)者研究[6-8]。本項目直立L型懸臂鋼筋混凝土擋墻墻身高4.4m，斷面寬度300～600mm；倒角部位600～1000mm。倒角部位截面突變，且鋼筋密布，間距僅200mm，項目所在11個標(biāo)段皆采用當(dāng)?shù)毓?yīng)商的商品混凝土。上述研究的背景與本項目擋墻倒角部位表面氣泡發(fā)生的背景及工況有著顯著的不同或未做定量分析。筆者擬就本項目現(xiàn)場發(fā)生的問題進(jìn)行末端原因的定量分析和要因確認(rèn)，為預(yù)防和減少擋墻倒角氣泡采取針對性措施提供依據(jù)。

1 擋墻倒角氣泡發(fā)生的主要原因與目標(biāo)設(shè)定

1.1 擋墻倒角氣泡產(chǎn)生的主要原因分析

為客觀、準(zhǔn)確、全面地找出癥結(jié)，采用德爾菲法(Delphi)向一線的項目經(jīng)理和項目技術(shù)負(fù)責(zé)人共30人發(fā)出4輪調(diào)查問卷征詢專家意見，見表1。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，繪制出直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡影響因素排列如圖1所示。

1.2 目標(biāo)驗證測算與可行性分析

從表1、圖1中可看出，導(dǎo)致直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡產(chǎn)生的主要影響因素，集中在混凝土澆筑時振搗不足或漏振、混凝土澆筑時分層厚度過大或不均勻、鋼模板脫模劑選用不合理、鋼模板脫模劑涂抹不均勻4個方面，這4類因素占比累計高達(dá)83.3%，由此可見，混凝土振搗與布料分層及脫模劑的選用與涂刷是造成本項目直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡產(chǎn)生的癥結(jié)所在，后續(xù)應(yīng)從安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制等方面綜合考慮，在這4類因素中做最優(yōu)比選，使得為達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)所采取的措施具有經(jīng)濟(jì)合理性和可操作性。為此采用了如下方法進(jìn)行綜合分析。

表1 基于德爾菲法(Delphi)的擋墻倒角氣泡產(chǎn)生原因?qū)＜以u價

圖1 直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡影響因素排列

(1)以主要問題解決比率為因變量，以其他參數(shù)為自變量，由此選擇解決問題少、投入資源少、操作難度不大，對安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制等無不利影響的方案。

(2)以擬達(dá)到目標(biāo)值為因變量，以其他參數(shù)為自變量。亦即先擬定目標(biāo)主要問題解決比率，以此反推滿足主要問題解決比率的目標(biāo)值，從中選出最優(yōu)方案。

基于主要問題解決比率和目標(biāo)值設(shè)定目標(biāo)的驗證測算與可行性定量分析詳見表2—3?？紤]到質(zhì)量波動，表中未采用平均現(xiàn)狀值，而是采用最低現(xiàn)狀值作為參數(shù)，以滿足考慮一定冗余度的設(shè)定目標(biāo)的驗證測算。

將表2—3中納入二次優(yōu)選的4個方案進(jìn)行匯總，見表4。

表2 基于主要問題解決比率的設(shè)定目標(biāo)驗證測算與可行性定量分析 單位：%

根據(jù)表4，解決直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡影響因素排列圖中的9類主要要問題中的2類，有利于在同一道工序中同時解決這2類問題，方便現(xiàn)場監(jiān)管，而主要問題解決比率由85.0%提高到90.0%，目標(biāo)值僅提高0.01%，改進(jìn)效果并不明顯。因此方案D2無疑為最優(yōu)方案。即解決直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡影響因素排列圖中的9類主要要問題中的2類，并解決這2類問題中的85.0%，本項目工程混凝土外觀質(zhì)量工序該項檢驗項目的合格累計面積目標(biāo)值定為99.82%，不僅操作難度小，易于實施，對安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制等無不利影響，也為可能的質(zhì)量波動留出了一定的冗余度。

表3 基于目標(biāo)值的設(shè)定目標(biāo)驗證測算與可行性定量分析 單位：%

表4 基于目標(biāo)值和主要問題解決比率的設(shè)定目標(biāo)驗證測算匯總 單位：%

2 擋墻倒角氣泡的事故樹分析

2.1 擋墻倒角氣泡的基本事件分析

上述分析只是找出了擋墻倒角表面氣泡影響因素中的9類主要要問題中的2類，欲解決問題，尚需從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等方面全面分析產(chǎn)生問題的末端因素，將每一條原因分析至基本原因事件，共找出16條末端因素，按其邏輯關(guān)系繪制事故樹，如圖2所示。

圖2 直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡事故樹

2.2 擋墻倒角氣泡基本事件發(fā)生概率

采用德爾菲法(Delphi)對擋墻倒角氣泡基本事件的發(fā)生概率進(jìn)行專家評價(詳見表5)，并據(jù)此繪制出擋墻倒角氣泡基本事件發(fā)生概率排列圖，如圖3所示。

根據(jù)前文所述，方案D2解決直立L型懸臂式擋墻倒角表面氣泡影響因素排列圖中的9類主要要問題中的2類，并解決這2類問題中的85.0%，本項目工程混凝土外觀質(zhì)量工序該項檢驗項目的合格累計面積目標(biāo)值即可到到99.82%。由圖3可以看出，16個末端原因中，序號1～序號13為導(dǎo)致?lián)鯄Φ菇菤馀莸闹饕┒嗽?，即欲解決此問題，需解決序號1～序號13對應(yīng)的擋墻倒角氣泡基本事件。但這13個主要末端原因各自對目標(biāo)值的影響程度卻不能定量分析和確定，故有必要通過對所有的16個末端原因運用事故樹原理進(jìn)行定量分析，量化各末端原因?qū)δ繕?biāo)值的影響，從而確定各自對目標(biāo)值的敏感度，進(jìn)行要因確認(rèn)，以便于掌握重點、有效的制定針對性對策。

3 基于FTA的定量分析之要因確認(rèn)

3.1 頂上事件發(fā)生概率

根據(jù)表5基于德爾菲法(Delphi)擋墻倒角氣泡基本事件發(fā)生概率和擋墻倒角表面氣泡事故樹中的邏輯關(guān)系，頂上事件發(fā)生概率[9]為：

表5 基于德爾菲法(Delphi)擋墻倒角氣泡基本事件發(fā)生概率專家評價

P(T)=1-(1-q1)(1-q2)(1-q3)…(1-q16)=0.6469

由圖3可以看出，序號1～8基本事件累計發(fā)生概率為0.6900，即序號1～8基本事件應(yīng)作為預(yù)防和減少擋墻倒角氣泡的主要控制點。

圖3 擋墻倒角氣泡基本事件發(fā)生概率排列

3.2 概率重要度

概率重要度排序：

Ig(13)=0.4013>Ig(11)=Ig(12)=0.3924>Ig(1)=Ig(5)=Ig(14)=0.3838>Ig(9)=0.3797>Ig(7)=0.3757>Ig(2)=Ig(3)=Ig(8)=Ig(10)=Ig(15)=Ig(16)=0.3717>Ig(4)=Ig(6)=0.3549。

從計算結(jié)果看：基本事件X13、X11、X12、X1、X5、X14、X9、X7對氣泡發(fā)生概率的影響較大。

3.3 關(guān)鍵重要度系數(shù)

關(guān)鍵重要度計算結(jié)果表明: 基本事件X13、X11、X12、X1、X5、X14、X9、X7對頂上事件發(fā)生概率的影響較大，這些基本事件發(fā)生概率較小的變化能引起氣泡發(fā)生概率較大的變化[10]，要減小氣泡發(fā)生的概率，應(yīng)從降低這8個基本事件的發(fā)生概率著手，關(guān)鍵重要度排序和概率重要度排序一致[11]，進(jìn)一步說明了應(yīng)將此8個基本事件作為氣泡防范的主要控制點。

該事故樹的定量分析綜合考慮了各基本事件與頂上事件的邏輯性和對頂上事件發(fā)生概率的敏感性，更加嚴(yán)謹(jǐn)，制定對策時，應(yīng)以此8個要因為對象制定和實施，見表6。

表6 主要基本事件匯總

4 結(jié)語

(1)該項目導(dǎo)致?lián)鯄Φ菇菤馀莸哪┒嗽蚬灿?6個，主要末端原因13個，對目標(biāo)值重要且敏感的要因有8個。

(2)用振搗代替布料、倒角氣泡逸出情況無法實時觀測、攪拌車導(dǎo)管固定式布料、倒角部位技術(shù)交底無針對性、振搗設(shè)備單一、倒角分層與墻身分層無差異、倒角斷面特殊難以振搗、未按序振搗應(yīng)等8個要因應(yīng)作為預(yù)防和減少擋墻倒角氣泡的主要控制點。

(3)事故樹分析法綜合考慮了各基本事件與頂上事件的邏輯性和對頂上事件發(fā)生概率的敏感性，更加嚴(yán)謹(jǐn)，但目前關(guān)于懸臂擋墻倒角表面氣泡基本事件的發(fā)生概率樣本不足，建議建立基本事件發(fā)生概率數(shù)據(jù)庫。