基于SEM 的沙漠公路路基工程施工风险研究

2024-03-22王首绪韩凌云

中外公路 2024年1期

王首绪，韩凌云

（长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410114）

0 引言

路基是沙漠公路重要的组成部分，既承担从路面向下传递的荷载，又能减少在自然环境作用下的基床下沉［1-2］。沙漠公路路基工程建设是在错综复杂的自然条件、多方合作的情况下进行的，在整个道路施工过程中所需的时间长、难度大、附属设施多，存在许多潜在风险因素，这些风险因素一旦“时机成熟”很可能给公路项目带来巨大的损失。做好路基工程的施工风险管理工作，降低风险发生的概率，能够确保沙漠公路施工计划顺利开展。

目前，大多学者从不同方面对沙漠公路施工进行研究。魏建慧［3］、李海［4］和张冰冰等［5］针对风积沙作为路基填料时出现的各种问题进行了具体讨论；范伟岩［6］发现推土机在沙漠地区作业时，空气中存在的大量沙尘极易造成进气系统的磨损；孙雨橦等［7］提出草方格沙障技术在固沙方面的独特优势及存在机械化铺设的困难；金可等［8］指出水资源在干旱沙漠区对改善生态环境、促进动植物生存起关键作用；郄林［9］基于路基原材料的选择，为荒漠化地区高速公路的低路基设计提供新思路；Reynolds 等［10］和王睿［11］基于沙漠的自然环境特点，从防风固沙、植被恢复、水土承载能力、光伏发电等方面对沙漠治理进行研究。

综上所述，大多以单一因素对沙漠公路路基工程施工进行研究，很少考虑到路基工程施工阶段各影响因素之间的耦合作用。鉴于此，本文基于4M1E理论构建沙漠公路路基工程施工风险结构方程模型，通过发放调查问卷，收集到人员、技术、材料、机械和环境风险的相关数据，并对调查问卷数据进行信效度检验，根据路径系数验证了人员、技术、材料、机械和环境风险均对施工风险有显著影响，进一步计算得到沙漠公路路基工程施工风险影响因素的权重；并根据构建的指标体系和分析结果，给出了对应的控制措施，可为中国沙漠公路路基工程建设的良好发展提供参考。

1 沙漠公路路基工程施工风险因素识别

构建完备且科学的指标体系是沙漠公路路基工程施工风险管理的基础和关键，应遵循全面性、针对性、可操作性、简明性的原则选取影响指标。在中国知网知识库输入“公路”“沙漠路基”“施工”等关键词，去除重复数据并剔除无参考价值文献，共获得近10 年内的163 篇文章。识别出这些文献中影响沙漠公路路基工程施工风险因素，选取关于沙漠公路路基工程的相关规定和技术规范等作为补充，将提取出的沙漠公路路基工程施工风险影响因素按照4M1E 理论进行整合，构建出沙漠公路路基工程施工风险清单，如表1 所示。

表1 风险指标清单Table 1 Risk indicators

2 问卷设计及数据分析

2.1 数据来源

基于表1 设计调查问卷，结合李斯特五级量表，通过邮件、微信、QQ 等多种渠道向沙漠公路相关工作人员、高校科研者及行业专家共发放340 份调查问卷，对问卷所列23 项影响指标进行1～5 分打分。收回321 份问卷，删除内容填写不合格的10 份无效问卷，最终共收回311 份有效问卷。对311 位受访者特征进行汇总整理，如图1 所示。

图1 受访者相关特征Figure 1 Relevant characteristics of respondents

2.2 信效度检验

信度分析是在测量方法、对象保持不变的情况下，经过重复测量分析结果的一致性程度。本文利用SPSS 24.0 对潜变量和总量表进行信度检验，分析Cronbachα系数，结果如表2 所示。Cronbachα系数越大，说明本研究收集到的问卷数据信度质量越高。效度是用来检验量表能够测量出所要测量的事物的准确程度，分析研究项是否具有意义，主要分析CKMO值与Bartlett。该量表CKMO值为0.924（CKMO＞0.8），显著性P值（Sig.）为0.000（P＜0.001），表明数据效度得到保证，可以进行下一步因子分析。

表2 信度检验Table 2 Reliability test

3 结构方程模型构建与检验

3.1 结构方程模型

结构方程模型（SEM）是基于变量的协方差矩阵来分析变量间关系的一种统计方法。在分析过程中可以同时处理多个因变量，允许自变量和因变量出现测量误差，最终探究出所建模型的因子关系与多因素间路径关系。结构方程模型中的变量包括潜变量和显变量，关系如图2 所示。

图2 潜变量与显变量关系Figure 2 Relationship between latent variables and explicit variables

在图2 中，椭圆形F表示潜变量，长方形V1、V2表示显变量；圆形e1、e2表示残差变量。

3.2 模型假设与构建

根据表1 风险指标清单进行结构方程建模，对沙漠公路路基工程施工风险提出以下假设：

假设1：人员风险对施工风险有显著影响；

假设2：技术风险对施工风险有显著影响；

假设3：材料风险对施工风险有显著影响；

假设4：机械风险对施工风险有显著影响；

假设5：环境风险对施工风险有显著影响。

3.3 验证性因素分析

3.3.1 1 阶结构方程模型分析

本文采用Amos 24.0 构建沙漠公路路基工程施工风险结构方程模型，如图3 所示。所建模型的估计误差全为正，23 项指标的因子载荷量在0.71～0.90，符合0.60～0.95 的适配标准，标准化残差变量e1～e23为0.51～0.82，符合0.36～0.90 的适配标准，该模型通过“违规估计”检验。对模型进行拟合度检验，χ2/df（卡方自由度比）=2.580＜3，GGFI（拟合优度指数）=0.857＞0.8，AGFI（调整的拟合优度指数）=0.820＞0.8，CCFI（比较拟合指数）=0.924＞0.9，IIFI（增值拟合指数）=0.925＞0.9，TTLI（Tucker-Lewis 指数）=0.913＞0.9，RRMSEA（近似误差均方根）=0.071＜0.08。所建模型拟合度指标较为理想，模型拟合度高，不须进行修正。

图3 沙漠公路路基施工风险1 阶结构方程模型Figure 3 First-order SEM of desert highway subgrade construction risk

3.3.2 2 阶结构方程模型分析

从1 阶结构方程模型分析中可以发现：沙漠路基施工风险中5 个潜变量之间的关联性较强，均大于0.5。本文将沙漠公路路基工程施工风险作为2 阶内生潜变量，人员、技术、材料、机械、环境作为2 阶外生潜变量，进行2 阶验证性因素分析，如图4 所示。对模型进行拟合度检验：χ2/df=2.555＜3，GGFI=0.856＞0.8，AGFI=0.823＞0.8，CCFI=0.924＞0.9，IIFI=0.924＞0.9，TTLI=0.914＞0.9，RRMSEA=0.071＜0.08。说明2阶验证性因素分析模型整体适配良好。

图4 沙漠公路路基施工风险2 阶结构方程模型Figure 4 Second-order SEM of desert highway subgrade construction risk

3.3.3 指标权重分析

沙漠公路路基工程施工风险影响指标的重要程度可以用标准化路径系数表示［19］，计算权重Pi：

式中：ti为指标i的标准化路径系数。

根据图4 各影响指标的标准化路径系数，由式（1）算出权重，结果如表3 所示。

表3 指标权重及排序Table 3 Indicator weight and ranking

将表3 中一级指标按权重大小进行排序，结果为：环境风险＞人员风险＞技术风险＞材料风险＞机械风险。恶劣气候、人员三违行为、技术交底完整性、风积沙质量、机械维修与保养是沙漠公路在路基工程施工中应重点考虑的因素。进一步对表3分析，得出如下结论：

（1）环境风险对沙漠公路路基工程施工风险的影响最大。恶劣气候的权重为0.222 8，不良地质条件和水文风险的权重分别为0.210 4 和0.180 7。在进行沙漠公路路基施工方案设计时，严格做好现场勘察工作，对工程建设地段的水文地质、气候条件等做好把控，避免因前期现场勘测工作不到位产生重大的设计缺陷。

（2）人员风险对沙漠公路路基工程施工风险的影响程度很大。人员三违行为和操作水平的权重分别为0.205 3 和0.202 7。目前，中国公路工程仍处于粗放式发展阶段，项目相关人员在一定程度上追求经济效益，容易产生违规作业和违章指挥，加大路基施工风险，对沙漠公路的发展产生直接影响。此外，沙漠公路的施工工艺和施工机械都区别于普通公路，要求加大施工人员的技术水平培训。

（3）技术风险和材料风险对沙漠公路路基工程施工风险的影响大致相同。在技术风险中，技术交底完整性的权重为0.212 0，专业技术人员根据沙漠公路实际情况及有关规范向施工人员进行完整的技术性交代，可有效降低技术质量等事故的发生。在材料风险中，风积沙和土工布质量的权重分别为0.273 9 和0.261 2，说明作为路基主要填料的风积沙和提高沙基抗剪强度的土工布对路基施工质量具有关键影响。

（4）机械风险对沙漠公路路基工程施工风险的影响相对最小。机械维修与保养的权重为0.274 7，这是因为在沙漠地区施工，施工机械的发动机气缸容易受到空气中粉质沙土的磨损产生串气现象，导致施工机械工作动力不足、效率降低。因此，机械维修与保养不及时，不仅影响施工进度，不符合条件的机械对工程质量也有一定的影响，会增大沙漠公路路基工程施工风险。

4 控制对策

根据以上分析结果，针对沙漠公路路基工程施工风险的主要影响因素，提出以下控制措施。

（1）环境因素

做好施工前准备工作，提前搜集整理公路沿线有关气候的历史数据资料，在工程建设中，根据现场天气及时做出调整，减轻或避免由于天气变化引起沙尘暴等自然灾害，给人员健康、施工机械造成的伤害，可有效降低返工或停工所引起的费用损失；做好公路沿线的地质、水文等调查研究，有针对性地制定合理的路基施工方案，并重点预防路基风蚀与沙埋两种病害的发生；沙漠公路大多途经少数民族聚居区，面临复杂的路地关系，项目部要尊重当地文化、风俗习惯，做好沟通工作，减少征地拆迁引起的纠纷，平等、团结、互助、和谐的民族关系在工程建设中占有举足轻重的地位；沙漠公路具有工程量大、工期长的特点，要对行业的最新政策、材料价格具有一定的敏锐度，可有效降低成本。

（2）人员因素

对于底层施工人员，其承受高强度的施工作业、缺乏文化教育，没有正确的安全意识、技术水平也参差不齐，导致项目、人员本身安全事故的发生，所以在实际操作中应遵守相关章程准则；沙漠公路路基工程施工工艺区别于普通公路，定期邀请专业人员组织技术培训提升施工人员的操作水平；针对相关人员在施工现场存在的侥幸和冒险心理，造成安全意识的薄弱，在新工人进入施工现场前必须做好三级安全教育培训，提高现场人员的安全事故防范意识，增强法制观念；规避高温施工，针对夏季高温制定专项作业劳动方案和休息制度，严格把控施工现场作业时间，降低人员劳动强度。

（3）技术因素

为了避免不必要的安全隐患，在沙漠公路路基工程施工过程中，总结类似工程经验，采取成熟的施工技术，可以有效从多方面降低损失，在工期上也能争取到更多的时间；要完善技术交底制度，加强图纸会审，在设计图纸时综合考虑到路基施工时的各方面风险；要根据设计图纸和投标文件的要求，结合现场水料场的运距等问题，对风积沙填筑路基采用干、湿压法施工工艺进行选择；根据边施工边防护的原则选择合适的防风固沙方案；在风积沙干压填筑路段容易发生施工碾压不合格等质量事故，要严格按照专项施工方案进行施工，根据施工特点制定夏季高温施工方案、大风季节施工方案等专项施工方案。

（4）材料因素

按照设计施工图纸进行物料选择，严格把控风积沙填料质量，确保风积沙压实度、风积沙含水量、风积沙承载比（RCBR）满足国家规定相关质量检测标准；选择具有足够强度和一定抗老化能力的土工布铺设在沙漠公路路基上，一方面可以避免砾石渗入风积沙中，提高沙漠路基的承载力；另一方面可以减缓沙漠路基在上部荷载作用下发生的变形，起到加固沙基的作用；由于材料成本占整个工程成本的60%～70%，在沙漠路基工程中，除风积沙填料外还需要其他材料，因此对主要材料实行限额领用，避免损失浪费，同时还要根据施工计划提前做好材料采购工作，避免因为采购不及时延误工期。

（5）机械因素

机械设备是施工过程中不可或缺的物质因素，它的安全状态对工程安全具有直接影响，所以必须按照相关规定设置专业人员对机械设备定期开展检修和保养；根据沙漠公路施工现场环境条件，对机械设备型号有更高要求，例如选择附着力大、性能好、爬坡能力强的大功率履带式推土机，具有较好压实效果的双驱振动压路机；机械工按照操作要求逐个作业面展开工作，一次向前推进，在施工时做到井然有序；确定施工机械数量时，要遵循单位工作面施工效率最大的原则，避免数量过少，延误工期，数量过多，难以充分开展工作，浪费机械资源。