市政工程施工氣象條件及氣象指數(shù)分析研究

焦雪偉，李金奎，黃高平

(安徽省池州市氣象局，安徽 池州 247000)

1 引言

影響市政工程施工及質(zhì)量的因素很多，其中工程環(huán)境尤其是氣象條件對(duì)工程施工及質(zhì)量的影響尤為重要[1]。市政工程施工一般為戶外作業(yè)，任務(wù)緊、周期長(zhǎng)，施工單位在進(jìn)行市政工程施工前，都很關(guān)注當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境因素[2],并根據(jù)具體情況編制相應(yīng)的施工方案。在編制施工進(jìn)度時(shí),既要考慮不利氣象因素的影響,還要避免惡劣天氣氣候條件對(duì)工程質(zhì)量帶來的危害,因此，市政工程施工對(duì)于氣象服務(wù)的要求也越來越專業(yè)，越來越精細(xì)。作為專業(yè)氣象服務(wù)工作者，對(duì)市政工程施工過程中的施工環(huán)境進(jìn)行分析和研究，可以拓展氣象服務(wù)領(lǐng)域，提升氣象服務(wù)的針對(duì)性和專業(yè)化水平。本文以安徽省池州市為例，通過分析氣象條件對(duì)市政工程施工的影響，建立市政工程施工氣象指數(shù)，對(duì)于市政工程在施工過程中如何適應(yīng)當(dāng)?shù)氐奶鞖?、氣候特點(diǎn)，采取必要的應(yīng)對(duì)措施，提高市政工程效率，確保施工質(zhì)量安全具有一定的參考價(jià)值。

2 資料來源與技術(shù)方案

本文分析研究資料主要來源于池州國(guó)家氣象站觀測(cè)資料，以1961～2020年60年氣候資料為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括日、月、年降水量及降水日數(shù)、日平均氣溫、高溫和低溫及降雪日數(shù)、積雪日數(shù)等氣象要素。主要影響施工質(zhì)量安全的雨季為5～8月份，冬季為每年11月至翌年2月。

本文采用的技術(shù)方案分三步走：第一步是通過對(duì)池州市降水、溫度、降雪和風(fēng)等氣象因子對(duì)市政工程施工的影響分析，探究各氣象因素的特點(diǎn)和對(duì)工程質(zhì)量的關(guān)系，重點(diǎn)是不利因素的因果關(guān)系分析。第二步是通過對(duì)池州市各季節(jié)的氣候特征分析，重點(diǎn)是雨季、冬季的氣象、氣候條件對(duì)施工措施的影響，及施工時(shí)應(yīng)采取的必要防護(hù)措施。第三步是對(duì)工程施工影響的相關(guān)氣象指標(biāo)的綜合分析，對(duì)各氣象因子進(jìn)行評(píng)分，建立池州市市政工程施工氣象指數(shù)，以滿足氣象服務(wù)的精細(xì)化和專業(yè)化要求。

3 氣象條件對(duì)市政工程施工的影響

3.1 降水的影響

降水對(duì)市政工程施工中的土方工程和基礎(chǔ)工程影響較大，對(duì)路基路面工程、溝槽開挖工程、管線施工工程的影響也不容忽視，同時(shí)，施工機(jī)械的防雨防雷及施工現(xiàn)場(chǎng)用電操作安全等作業(yè)環(huán)境也受降水影響[3]。長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)降水或強(qiáng)降水(暴雨)會(huì)沖刷堆積在施工現(xiàn)場(chǎng)的土方，基槽(坑)或管溝邊坡被雨水沖塌,砌體的含水量過大穩(wěn)定性降低，混凝土澆筑受阻、水泥沙漿流失,施工現(xiàn)場(chǎng)地面積水,道路通行不暢，施工機(jī)械漏電事故增加等不利影響。

3.2 溫度的影響

溫度是影響市政工程施工階段具體施工的主要因子，對(duì)市政工程施工的不利影響表現(xiàn)在夏季高溫和冬季低溫的危害，尤其是對(duì)市政工程中的混凝土澆筑分項(xiàng)工程的影響較大。如在高溫環(huán)境下澆筑混凝土，混凝土內(nèi)部溫度降低緩慢，加上水化作用加快，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生假凝現(xiàn)象。而低溫則使混凝土和易性變差，時(shí)常給混凝土澆筑帶來困難。特別是在冬季，寒潮低溫天氣頻繁，晝夜氣溫變化較大，混凝土澆筑的施工技術(shù)要求較高[4]，控制澆筑混凝土的適宜溫度較難，往往不得不延遲施工，影響正常施工進(jìn)度。

3.3 降雪的影響

冬季施工過程中，降雪的影響表現(xiàn)在降雪時(shí)和產(chǎn)生積雪后的不利氣象環(huán)境中。降雪時(shí)受風(fēng)的影響，雪花飄揚(yáng)，空氣溫度大，能見度降低，不僅對(duì)施工測(cè)量影響很大，而且還影響到混凝土的澆筑，增加施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)性[5]。積雪后，給施工地點(diǎn)交通運(yùn)輸和材料搬運(yùn)帶來困難，降低了車輛的通行效率，容易導(dǎo)致行車事故。此外，降雪和積雪帶來的反復(fù)凍害以及雪后天睛的冰雪消融，已建工程實(shí)體和路面受低溫雪水侵蝕，會(huì)嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和交通安全。

3.4 風(fēng)的影響

一般說來，當(dāng)風(fēng)力不大于4級(jí)時(shí)，對(duì)市政工程施工影響甚微。當(dāng)風(fēng)力大于5級(jí)時(shí)，搭設(shè)腳手架出現(xiàn)困難，場(chǎng)地材料遮蓋物易被掀開。當(dāng)風(fēng)力大于6級(jí)時(shí)，中高層腳手架穩(wěn)定度降低，高層塔吊施工受阻，容易出軌或傾翻。6級(jí)以上風(fēng)力可吹斷電線,影響供電造成施工用電中斷[6]。因此，大風(fēng)天不宜施工作業(yè)或應(yīng)采取特殊措施防范，如低層作業(yè)采取風(fēng)擋，高處作業(yè)和交叉作業(yè)應(yīng)暫停施工等。此外，施工場(chǎng)地的主導(dǎo)風(fēng)向，對(duì)于確定危險(xiǎn)源防火要求和易燃材料堆放地點(diǎn)選擇以及生活區(qū)的位置與施工場(chǎng)地?fù)P塵的污染也有著重要的意義。

4 市政工程施工雨季氣象特征及對(duì)策

池州市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨季特征十分明顯(圖1)。從圖1和資料統(tǒng)計(jì)中可以得到：池州市雨季正常年份出現(xiàn)在春季和夏季，秋季和冬季出現(xiàn)連陰雨的年份時(shí)有發(fā)生。分析池州市歷年暴雨資料發(fā)現(xiàn)，在60年總暴雨日中，有76.4%的暴雨日出現(xiàn)在汛期5～8月份，且暴雨量占全年總暴雨量的78.9%。池州市暴雨災(zāi)害絕大多數(shù)集中在5～8月份，占91%，秋、冬季節(jié)暴雨災(zāi)害頻次為0次，春季占18%，夏季占82%[7]。

圖1 池州市歷年各月平均降水量及暴雨日數(shù)

由于雨季的降水量大、降水日數(shù)多、暴雨日多，暴雨災(zāi)害多，出現(xiàn)不可抗力事件容易發(fā)生，往往造成在建工程損毀和施工設(shè)備及設(shè)施損壞，以致引起施工階段不得不中斷，影響施工進(jìn)度，施工工期難以保證。雨季施工常常因雨期時(shí)間較長(zhǎng)拖延工期等特點(diǎn)，施工單位忙于趕工，質(zhì)量控制難度加大，施工安全壓力增大。因此，需要提前做好雨期施工準(zhǔn)備和措施，及時(shí)部署并采取一定的技術(shù)防范，應(yīng)盡量錯(cuò)開在雨季進(jìn)行，避免不必要的損失。有特殊要求的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，還要做好防雨、防風(fēng)、防雷、防靜電、防汛等—系列工作[8]，避免惡劣天氣過程給工程施工及工程質(zhì)量造成危害。

5 市政工程施工冬季氣象特征及對(duì)策

在市政工程施工中，冬季施工常因寒潮強(qiáng)風(fēng)、降雪(圖2、圖3)、溫差大和反復(fù)受凍等原因會(huì)嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，同時(shí)冬季也是出現(xiàn)施工質(zhì)量問題和安全事故的多發(fā)期。從圖2可以看出，池州市降雪一般從每年11月下旬開始到翌年3月上旬結(jié)束，降雪最多的時(shí)段是在1月中旬到2月上旬，且發(fā)生的概率較大。

圖2 池州市冬季旬平均降雪日數(shù)

圖3 池州市冬季旬平均積雪日數(shù)

由于冬季多低溫、降雪的特點(diǎn)，冬季施工質(zhì)量和安全事故極易發(fā)生[9]。在實(shí)際施工中，當(dāng)施工日平均氣溫低于 5 ℃ 以下進(jìn)入冬季時(shí)[9]，要根據(jù)冬季的季節(jié)特點(diǎn)，做好具體施工過程中的防范準(zhǔn)備工作，施工單位務(wù)必依照施工組織設(shè)計(jì)要求，在質(zhì)量和安全管理上落實(shí)到位。如冬季晝夜溫差較大，會(huì)導(dǎo)致道路路基產(chǎn)生裂縫，這時(shí)就要做好表層保溫養(yǎng)護(hù)，把好基礎(chǔ)質(zhì)量關(guān)[10]。冬季氣候寒冷，施工操作不便，工作效率低下，不僅容易引發(fā)質(zhì)量事故，而且也很容易發(fā)生安全事故，如冬季施工路面經(jīng)常結(jié)冰，人員行動(dòng)與車輛交通不便，因此，在車輛運(yùn)輸中要做好防滑措施，盡量避免安全事故發(fā)生。

6 市政工程施工氣象指數(shù)的建立

從以上分析可以看出，氣象因素對(duì)池州市市政工程施工的影響在一定程度上制約著施工質(zhì)量安全和施工進(jìn)度的控制，分析不利的氣象條件可以為施工單位提供決策支持，同時(shí)也可以對(duì)出現(xiàn)不利的氣象條件做好充分準(zhǔn)備防患于未然。通過大量施工案例分析研究發(fā)現(xiàn)，在施工過程中，如果提供逐日或3～5 d的施工氣象指數(shù)預(yù)報(bào)，對(duì)施工單位提前了解天氣變化，及時(shí)采取防范措施，確保施工質(zhì)量和施工安全有著非常重要意義。

根據(jù)氣象因子不同影響程度的綜合評(píng)估，可對(duì)幾個(gè)主要影響的氣象要素進(jìn)行評(píng)分，將其影響程度分為4個(gè)等級(jí)指標(biāo)，以0表示無影響，適宜施工；1表示影響較小，可正常施工；2表示有影響，施工時(shí)應(yīng)采取必要的措施；3表示影響較大，應(yīng)停止施工，為此，建立了池州市政工程施工的影響指數(shù)評(píng)價(jià)體系(表1)。

7 結(jié)論

通過對(duì)降水、溫度、積雪、大風(fēng)等氣象因子的影響分析可以看出，降水、溫度、積雪的影響主要表現(xiàn)在雨季和冬季，大風(fēng)發(fā)生的概率雖然很低，但在各個(gè)時(shí)間段都有可能發(fā)生。3～5月、8～11月氣候?qū)τ谑姓こ淌┕碚f為最佳時(shí)間段，在這段時(shí)間內(nèi)施工，既能達(dá)到5 ℃以上氣溫的要求，又能避開主要降水和降雪時(shí)段。而對(duì)氣象因子的影響分析和構(gòu)建的多等級(jí)氣象指數(shù)，對(duì)今后開展其他行業(yè)的專業(yè)氣象服務(wù)有一定的借鑒作用[11～13]。

表1 氣象因子對(duì)市政工程施工的影響程度及評(píng)分等級(jí)

根據(jù)實(shí)際情況編制符合當(dāng)?shù)貧庀髼l件的施工方案，要充分考慮當(dāng)?shù)丶竟?jié)因素和氣象條件的影響,合理安排工期和施工進(jìn)度，才能在工程施工過程中做到有的放矢,以確保市政工程的質(zhì)量水準(zhǔn)和施工安全，更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展。