质量树分析在龙形溪大桥中的应用

田 鹏（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原030032）

1 工程概况

龙 形 溪 大 桥（DK254+925.03～DK25 5+186.70）位于湖南省怀化市溆浦县沿溪乡吉祥村，全桥孔跨布置为双线简支箱梁，桥中心里程为DK255+055.87，全长261.67m。下部结构桥台采用一字形桥台，台顶平置，简支梁桥墩均采用双线圆端形空心桥墩；墩台全部采用钻孔灌注桩基础。共有桩基96根，桩径为1m、1.25m，共计1869延米，墩高在12.5m～31.5m之间。简支梁采用现浇施工。

桥址区地层上覆砾砂，粗圆砾土，卵石土，粗角砾土，黏土，下伏砂质板岩。桥址区两侧台部位开挖时及时支护，以免引发崩塌、滑坡等次生地质灾害，尤其是长沙台开挖时应注意顺层问题，避免开挖深基坑引起岸坡坍滑、产生次生地质灾害。中亚热带湿润气候区，具有气候温和、热量丰富、雨量集中、雨热同季，四季分明的特点。桥址区地下水类型为第四系松散土层孔隙潜水和基岩裂隙水、主要含水层为第四系冲洪积粗圆砾土及砂岩强风化层，地下水以接受大气降水和河溪流水的入渗补给为主，与河溪流水水力联系密切。

2 质量树简介

依据质量树分析法[1](简称QTA法)分析原理，本文针对龙形溪大桥施工过程中质量问题进行定性与定量分析.通过对可能存在质量问题的各种因素进行综合分析，然后画出质量逻辑框图也就是质量树状图，并据此确定引发工程质量问题的各种可能性组合及其发生概率，用以衡量各影响因素对整个工程的影响程度，以便采取相应的纠正措施，进而提高工程质量可靠度的一种分析方法。

3 龙形溪大桥质量树建立与分析

3.1 质量树建立

运用QTA法对龙形溪大桥施工过程中可能导致质量问题的各种因素进行分析，并用概率计算的方法判定各工序对桥梁工程质量的影响程度，从而实现对施工过程中的质量控制。整个施工过程中将受到许许多多确定和不确定因素的影响，包括设计计算、材料性能、施工精度、荷载、大气温度等诸多方面在理想状态与实际状态之间存在的差异.施工中如何从各种受误差影响而失真的参数中找出相对真实的数值，对施工过程中的质量状态进行实时识别、监测、调整、纠偏、预测，对这些工作对于设计目标的实现是至关重要的。

龙形溪大桥主要包桩基工程，承台工程，墩身工程，梁体工程。每个主要工程由若干工序和若干子工程构成，每个分项工程有不同的因素决定其自身的最终质量，还涉及到人员素质，材料，组织管理等相关问题，每一个项目都有诸多不同类型不同级别，不同重要性的因素决定，都是一个复杂的综合系统，所以龙形溪大桥的质量树是一个复杂的系统的工作。由于篇幅限制，本文仅介绍桩基工程的质量树的分析和建立模型，对于其他分项工程质量树的分析思路和建立方法是类似的。龙形溪大桥桩基工程受影响的工序和因素主要有：钻机选择与泥浆制备方法；钻孔质量控制；钢筋笼制作与吊装；混凝土质量控制；其他人为气候等因素。

表1 龙形溪大桥各级事件代码名称详表

表2 龙形溪大桥子事件概率估计表

龙形溪大桥质量树[3][4]建立如下，其中桩基工程树枝较为详细，其他由于篇幅限制，这里不做详细描述。

3.2 质量树分析

本文就以龙形溪大桥的桩基部分进行质量树的分析与计算，可以根据已经建立的质量树对桩基施工中可能存在的的质量问题进行定性与定量的分析.

定性与定量分析是互相补充的。通过事件的定性分析弄清楚寻找顶事件(桩基工程施工)与子事件发生相关原因和原因组合，清楚了解导致顶事件发生的所有各种子事件的组合方式，判明潜在的质量隐患，以便对施工过程中的质量控制有的放矢。龙形溪大桥桩基工程连质量树(图1)中，顶事件为桩基工程的工质量问题.在建设过程中是禁止发生，也是在质量控制的目标所在.

图1 龙形溪大桥质量树状图

根据工程施工指南[3][4]，验收标准以及工程经验，本文把对导致顶事件的发生原因分为四级，即一级子事件：桩基、承台、墩身、梁身，二级子事件：A、B、C、D、Ei，三级子事件Ci、Di、Ei，四级子事件Cij、Dij、Eij。任意两个同级事件之间是“或”逻辑关系，只要其中的一个事件发生，都可以导致上级事件的(质量问题)发生，当一个子事件没有其子事件了，那么该事件就是一个底事件，表示影响顶事件发生的最终原因。各级子事件本身有一个发生的几率，不用子事件对上一级事件的影响程度也不同，对整个系统的重要性也不同。通过对龙形溪大桥质量树的建立，可以清晰的反应出工程建设中的质量问题以及其发生的直接与间接因素，即质量树中的各事件就是施工过程中需要控制的薄弱环节或质量节点，有利于我们把握工程建设质量重点。这样，技术人员在施工过程中可以对质量问题有效控制及避免可能的质量隐患。

定性分析完成后，我们就可以借助概率计算，计算各种因素对工程的影响程度。基于龙形溪大桥的质量树可计算顶事件(质量问题)发生的概率.

通过文献[1]在QTA的定量计算我们知道,顶事件发生的概率影响结果计算式如下：

根据子事件彼此的关系，分两种情况进行计算，当两子事件彼此独立，逻辑关系为“与”时，母事件发生概率为:

当两子事件逻辑关系为“或”时，母事件发生概率为:

桩基工程个子事件之间的逻辑关系，需要根据相关规定和标准工序及工程经验来确定，把子事件带入公式，即可逐层求解质量问题发生的概率，进而求解出顶事件的发生概率，也可得到各工序的重要性程度。子事件的发生概率的影响因素比较多，要实际问题实际分析，不能照搬照抄，由于各项目管理水平，施工素质不同，工人熟练程度不同，以及所处地区水文地质，气候不同，个子事件发生的概率会有较大的区别。一般而言可以，根据文献[2]确定概率，对于各底事件，与操作工艺有关的质量事件，如砼振捣不够、模板加固不牢等，可用抽检、统计样本中质量事件的方法求得其概率；人为因素发生的质量事件，如操作人员责任心不强等，可通过业绩考察或抽测其作业不合格率的方法求得其概率；环境、天候的影响概率也可用类似的方法抽检不同环境或天候下操作人员作业的不合格率得到其概率；假如还有与材料有关的质量事件，如砼或钢筋等材料本身的质量问题等，其概率为材料的不合格率。由此，桥梁施工质量问题发生的概率就可通过定量计算而确定。

3.3 计算结果分析

由于工程因素的不可复制性，相同事件不同工程的实际情况千差万别，我们通过经验以及相关规范规定，确定本工程相关各个事件发生的概率，对于其他工程不具备可比性只适用于本项目本工程。统计估计的结果如下表，以对工程不利的结果做统计分析，各级子事件发生概率为：

根据上表中的数据可以进行顶事件的概率计算，确定各级各个子事件的重要性程度。把各个子事件概率带入公式就可以求解出顶事件发生的概率。

以C5概率为例计算，通过其子事件计算其发生概率，在逐级带入计算上一级的概率：

可见通过计算得到C5事件发生的概率是0.1，还是相当关键的一组数据，施工中需要予以关注。可以利用相似的过程继续计算其余子事件的影响程度。

4 结论

通过对沪昆高铁龙形溪大桥进行QTA法分析，可以深入了解桥梁建设系统的各种质量状态对各个系统以及整个工程的影响程度，还可以对导致相关构件或分项工程质量问题环境的、人为的、等特殊原因进行分析，统一考虑。质量树表达了龙形溪大桥建设过程当中各种工序的内在联系，表明了构件、工序或分项工程质量与系统质量之间的逻辑关系，找出系统的薄弱环节，为检测、排除质量问题提供了指导。QTA法反映了大桥的潜在因素对质量问题发生影响的途径和程度，因而许多潜在质量问题可以在分析过程中提前得到有效控制。定量计算出复杂系统的质量问题发生概率及其他可靠性参数，为系统质量控制和评估其可靠性提供了定量数据。

本文介绍QTA法的在龙形溪大桥中的应用，表明桥梁施工中利用QTA法分析复杂的工序，进而对施工过程中的质量控制是一种科学有效的方法。QTA法除了在桥梁工程施工质量控制的应用外，也可以用于隧道，地铁，房屋，港口等相关的工程领域。

[1]段壮志；李俊爱;周耀忠;质量树分析法在桥梁施工质量控制中的应用[J]，徐州工程学院学报，2008年02期

[2]韦成晓，王斌，桥梁桩基质量控制[J]，云南水力发电，2010年03期

[3]公路桥涵工程施工技术规范,JTG/TF50-2011,[S]

[4]公路工程施工质量检验评定第一册（土建工程）[M]