直立L型悬臂挡墙倒角部位气泡成因定量分析

潘传柏，马玉洁，杨梦云，3

(1.荆州市水利水电勘测设计院，湖北 荆州 434000；2.公安县长江干堤防汛指挥部，湖北 公安 434300；3.荆州市长江河道管理局公安分局勘测设计院，湖北 公安 434300)

新孟河延伸拓浚工程常州市新北区境内河道施工Ⅹ标起止桩号：XM19+392～XM21+601.33，全长2.211km(河道中心线长度)，合同金额1.523亿元。主要工程内容：河道拓浚、堤防填筑、护岸工程等。本工程河底高程-3.00m，河底宽80m， 采用复合断面结构，高程-3.00～2.40m为1∶3岸坡， 高程2.40m处设宽度为2m的平台，平台后设直立L型悬臂钢筋混凝土挡墙，挡墙高度范围为高程2.40～6.80m，其中，高程2.40～3.20m为倒角区域。在基坑开挖完成，进入直立L型悬臂钢筋混凝土挡墙施工工序后，拆模后挡墙下部倒角表面局部有少量气泡，对前期施工的6个单元混凝土挡墙表面麻面(气泡)检验项目合格率统计发现，前期施工的6个单元的该检验项目优良率66.70%，挡墙表面麻面(气泡)检验项目平均累计面积99.75%，但在99.55%～99.82%区间波动，最低值99.55%，如果不及时找出原因和解决此问题，其质量波动无疑将影响合同要求达到的优良等级标准。为确保工程质量，本项目混凝土外观质量工序质量评定表中的麻面检验项目，其合格累计面积应≥99.75%，考虑到现场施工中可能存在质量波动率，施工中合格累计面积按≥99.80%控制。

石庆尧[1]早期对混凝土表面缺陷标准进行了划分，有学者研究表明，气泡偏多是混凝土外观质量中的常见问题，在混凝土外观质量中累计频率达40%[2-3]，王迎春[4]等通过试验就相关原材料的变化及配合比、振动时间等因素对混凝土表面气泡数量的影响进行了研究，郑艳侠[5]等从混凝土配合比、入仓方式、浇筑速率、辅助振捣措施和脱模剂等方面对自密实混凝土二衬浇筑气泡成因及控制技术进行了试验研究；在水工混凝土“蜂窝麻面”成因及防治方面也不乏学者研究[6-8]。本项目直立L型悬臂钢筋混凝土挡墙墙身高4.4m，断面宽度300～600mm；倒角部位600～1000mm。倒角部位截面突变，且钢筋密布，间距仅200mm，项目所在11个标段皆采用当地供应商的商品混凝土。上述研究的背景与本项目挡墙倒角部位表面气泡发生的背景及工况有着显著的不同或未做定量分析。笔者拟就本项目现场发生的问题进行末端原因的定量分析和要因确认，为预防和减少挡墙倒角气泡采取针对性措施提供依据。

1 挡墙倒角气泡发生的主要原因与目标设定

1.1 挡墙倒角气泡产生的主要原因分析

为客观、准确、全面地找出症结，采用德尔菲法(Delphi)向一线的项目经理和项目技术负责人共30人发出4轮调查问卷征询专家意见，见表1。

根据表1中的数据，绘制出直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡影响因素排列如图1所示。

1.2 目标验证测算与可行性分析

从表1、图1中可看出，导致直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡产生的主要影响因素，集中在混凝土浇筑时振捣不足或漏振、混凝土浇筑时分层厚度过大或不均匀、钢模板脱模剂选用不合理、钢模板脱模剂涂抹不均匀4个方面，这4类因素占比累计高达83.3%，由此可见，混凝土振捣与布料分层及脱模剂的选用与涂刷是造成本项目直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡产生的症结所在，后续应从安全、质量、进度、成本控制等方面综合考虑，在这4类因素中做最优比选，使得为达到设定的目标所采取的措施具有经济合理性和可操作性。为此采用了如下方法进行综合分析。

表1 基于德尔菲法(Delphi)的挡墙倒角气泡产生原因专家评价

图1 直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡影响因素排列

(1)以主要问题解决比率为因变量，以其他参数为自变量，由此选择解决问题少、投入资源少、操作难度不大，对安全、质量、进度、成本控制等无不利影响的方案。

(2)以拟达到目标值为因变量，以其他参数为自变量。亦即先拟定目标主要问题解决比率，以此反推满足主要问题解决比率的目标值，从中选出最优方案。

基于主要问题解决比率和目标值设定目标的验证测算与可行性定量分析详见表2—3。考虑到质量波动，表中未采用平均现状值，而是采用最低现状值作为参数，以满足考虑一定冗余度的设定目标的验证测算。

将表2—3中纳入二次优选的4个方案进行汇总，见表4。

表2 基于主要问题解决比率的设定目标验证测算与可行性定量分析 单位：%

根据表4，解决直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡影响因素排列图中的9类主要要问题中的2类，有利于在同一道工序中同时解决这2类问题，方便现场监管，而主要问题解决比率由85.0%提高到90.0%，目标值仅提高0.01%，改进效果并不明显。因此方案D2无疑为最优方案。即解决直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡影响因素排列图中的9类主要要问题中的2类，并解决这2类问题中的85.0%，本项目工程混凝土外观质量工序该项检验项目的合格累计面积目标值定为99.82%，不仅操作难度小，易于实施，对安全、质量、进度、成本控制等无不利影响，也为可能的质量波动留出了一定的冗余度。

表3 基于目标值的设定目标验证测算与可行性定量分析 单位：%

表4 基于目标值和主要问题解决比率的设定目标验证测算汇总 单位：%

2 挡墙倒角气泡的事故树分析

2.1 挡墙倒角气泡的基本事件分析

上述分析只是找出了挡墙倒角表面气泡影响因素中的9类主要要问题中的2类，欲解决问题，尚需从人、机、料、法、环、测等方面全面分析产生问题的末端因素，将每一条原因分析至基本原因事件，共找出16条末端因素，按其逻辑关系绘制事故树，如图2所示。

图2 直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡事故树

2.2 挡墙倒角气泡基本事件发生概率

采用德尔菲法(Delphi)对挡墙倒角气泡基本事件的发生概率进行专家评价(详见表5)，并据此绘制出挡墙倒角气泡基本事件发生概率排列图，如图3所示。

根据前文所述，方案D2解决直立L型悬臂式挡墙倒角表面气泡影响因素排列图中的9类主要要问题中的2类，并解决这2类问题中的85.0%，本项目工程混凝土外观质量工序该项检验项目的合格累计面积目标值即可到到99.82%。由图3可以看出，16个末端原因中，序号1～序号13为导致挡墙倒角气泡的主要末端原因，即欲解决此问题，需解决序号1～序号13对应的挡墙倒角气泡基本事件。但这13个主要末端原因各自对目标值的影响程度却不能定量分析和确定，故有必要通过对所有的16个末端原因运用事故树原理进行定量分析，量化各末端原因对目标值的影响，从而确定各自对目标值的敏感度，进行要因确认，以便于掌握重点、有效的制定针对性对策。

3 基于FTA的定量分析之要因确认

3.1 顶上事件发生概率

根据表5基于德尔菲法(Delphi)挡墙倒角气泡基本事件发生概率和挡墙倒角表面气泡事故树中的逻辑关系，顶上事件发生概率[9]为：

表5 基于德尔菲法(Delphi)挡墙倒角气泡基本事件发生概率专家评价

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

由图3可以看出，序号1～8基本事件累计发生概率为0.6900，即序号1～8基本事件应作为预防和减少挡墙倒角气泡的主要控制点。

图3 挡墙倒角气泡基本事件发生概率排列

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。

从计算结果看：基本事件X13、X11、X12、X1、X5、X14、X9、X7对气泡发生概率的影响较大。

3.3 关键重要度系数

关键重要度计算结果表明: 基本事件X13、X11、X12、X1、X5、X14、X9、X7对顶上事件发生概率的影响较大，这些基本事件发生概率较小的变化能引起气泡发生概率较大的变化[10]，要减小气泡发生的概率，应从降低这8个基本事件的发生概率着手，关键重要度排序和概率重要度排序一致[11]，进一步说明了应将此8个基本事件作为气泡防范的主要控制点。

该事故树的定量分析综合考虑了各基本事件与顶上事件的逻辑性和对顶上事件发生概率的敏感性，更加严谨，制定对策时，应以此8个要因为对象制定和实施，见表6。

表6 主要基本事件汇总

4 结语

(1)该项目导致挡墙倒角气泡的末端原因共有16个，主要末端原因13个，对目标值重要且敏感的要因有8个。

(2)用振捣代替布料、倒角气泡逸出情况无法实时观测、搅拌车导管固定式布料、倒角部位技术交底无针对性、振捣设备单一、倒角分层与墙身分层无差异、倒角断面特殊难以振捣、未按序振捣应等8个要因应作为预防和减少挡墙倒角气泡的主要控制点。

(3)事故树分析法综合考虑了各基本事件与顶上事件的逻辑性和对顶上事件发生概率的敏感性，更加严谨，但目前关于悬臂挡墙倒角表面气泡基本事件的发生概率样本不足，建议建立基本事件发生概率数据库。