混凝土澆筑期施工荷載的統(tǒng)計(jì)分析

徐 輝（寧夏新宇建設(shè)工程有限公司，寧夏 銀川 750000）

在深入土建項(xiàng)目施工研究中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)施工中的模板支撐體系坍塌事故發(fā)生在混凝土澆筑施工期間，相比施工中的其他時(shí)段，澆筑施工期的荷載比較大。通過(guò)大量的經(jīng)驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析可知，澆筑期的荷載具有分布不均的特點(diǎn)。為避免在混凝土澆筑施工期間內(nèi)出現(xiàn)坍塌事故，提高土建工程施工的安全性，下述將開(kāi)展?jié)仓诤奢d的統(tǒng)計(jì)方法分析。

1 研究背景與意義

近年來(lái)，混凝土支撐模板體系造成的澆筑期安全事故數(shù)量正逐年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，由于此類事故造成的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)損失數(shù)不勝數(shù)。

建設(shè)施工成果從開(kāi)始建造到正式投入使用，再到后續(xù)老化的全壽命周期中，施工階段發(fā)生事故的概率最大，主要是由于在施工階段中，建筑主體結(jié)構(gòu)尚處于不完善階段，與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)在施工中所需要承載的作用力較為復(fù)雜，整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能較差。因此，在此階段出現(xiàn)事故的概率與風(fēng)險(xiǎn)也是最高的。以建筑的三個(gè)主要階段為例，分析建筑澆筑混凝土失效變化規(guī)律與建筑結(jié)構(gòu)抗力變化規(guī)律，見(jiàn)圖1。

圖1中，F(xiàn)代表混凝土失效概率，r代表結(jié)構(gòu)整體抗力。

圖1 混凝土失效與結(jié)構(gòu)抗力發(fā)展規(guī)律

隨著混凝土澆筑施工的持續(xù)進(jìn)行，混凝土材料的失效率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)完成施工正式投入使用后，混凝土失效率達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，后期隨著建筑的使用年限增加，混凝土材料綜合性能發(fā)生退化，與此同時(shí)，失效率再次提升，整體呈現(xiàn)凹形變化曲線。

在施工前，混凝土材料的抗力值為0，隨著施工行為的繼續(xù)，混凝土抗力值不斷提升，完成施工且投入使用后，混凝土的抗力值穩(wěn)定在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，后隨著建筑使用頻次的增加，混凝土逐漸發(fā)生失效，此時(shí)建筑結(jié)構(gòu)壽命周期達(dá)到老化階段，結(jié)構(gòu)抗力下降最終達(dá)到失效值為0，整體呈現(xiàn)凸形變化曲線。

2 混凝土澆筑期施工荷載的統(tǒng)計(jì)分析

2.1 混凝土荷載測(cè)量

針對(duì)澆筑期間混凝土的施工荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，首先需要采用正確的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)其荷載具體數(shù)值的測(cè)定。在對(duì)混凝土的荷載進(jìn)行等效均布分析過(guò)程中，混凝土板厚度是荷載測(cè)量和計(jì)算的重要依據(jù)，因此，可以針對(duì)不同工地條件以及不同設(shè)計(jì)厚度的混凝土板，在澆筑的過(guò)程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，如圖2所示。

圖2 混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

將通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，并求解出一個(gè)分布函數(shù)，再針對(duì)這一函數(shù)在特定區(qū)間當(dāng)中的積分進(jìn)行求解，得出的結(jié)果即為混凝土的具體澆筑體積。再根據(jù)混凝土體積數(shù)值計(jì)算得出混凝土在該特定區(qū)間當(dāng)中的等效高度，并進(jìn)一步求解出等效厚度和設(shè)計(jì)厚度的比值。為了確保混凝土材料在泵送過(guò)程中測(cè)量結(jié)果不會(huì)受到混凝土和易性的影響，采用下述統(tǒng)一的測(cè)量方法完成對(duì)混凝土荷載的測(cè)量：根據(jù)混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)振搗前的堆積形狀以及大小，在澆筑過(guò)程中選取一塊面積為1m2的圓形作為測(cè)量單元。隨著設(shè)計(jì)厚度的不斷增加，混凝土在振搗之前的堆積面積也會(huì)發(fā)生改變，并呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢(shì)。因此，基于這一特點(diǎn)，在測(cè)量過(guò)程中，為了方便測(cè)量，針對(duì)設(shè)計(jì)厚度為120mm的混凝土板，統(tǒng)一將其面積的取值設(shè)置為1.8m2；針對(duì)設(shè)計(jì)厚度為250mm的混凝土板，統(tǒng)一將其面積的取值設(shè)置為2m2。從圓形單元的圓心位置向四周延伸的方向設(shè)置三個(gè)具有代表性的測(cè)量點(diǎn)，分別為圓心點(diǎn)、半徑中心點(diǎn)和半徑邊緣點(diǎn)。針對(duì)三個(gè)節(jié)點(diǎn)，按照本文上述論述內(nèi)容完成對(duì)混凝土荷載的測(cè)量，并將其作為最終的數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.2 混凝土澆筑期施工現(xiàn)場(chǎng)人員體重與設(shè)備荷載統(tǒng)計(jì)

在對(duì)混凝土荷載進(jìn)行測(cè)量時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員的體重和設(shè)備荷載會(huì)在極大程度上影響到測(cè)量的結(jié)果，因此在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)這兩方面產(chǎn)生的荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。人員體重與設(shè)備荷載存在較大的不確定性，為了能夠確保測(cè)量得到的數(shù)據(jù)結(jié)果具備更高的精度，采用隨機(jī)采集子樣檢驗(yàn)并計(jì)算平均值的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。首先，將直觀測(cè)量得到的數(shù)據(jù)繪制成直方圖，根據(jù)直方圖的形狀判斷隨機(jī)變量的分布概型，再進(jìn)行檢驗(yàn)。分布概型的表達(dá)式為：

式中x2-為分布概型；k為劃分的區(qū)間數(shù)量；

nph-為數(shù)據(jù)落入到規(guī)定區(qū)間中的理論值；

N-為數(shù)據(jù)落入到規(guī)定區(qū)間中的實(shí)際值。

再結(jié)合檢驗(yàn)法的要求，將人員體重的測(cè)量數(shù)據(jù)按照從大到小的順序進(jìn)行排列，并劃分出多個(gè)區(qū)段，對(duì)各個(gè)區(qū)段上的實(shí)際頻數(shù)和不同假設(shè)下的理論頻數(shù)進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)得到的結(jié)果可知，人員體重?cái)?shù)據(jù)的分布概率模型符合正態(tài)分布。

再對(duì)設(shè)備荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，混凝土澆筑過(guò)程中，設(shè)備荷載主要產(chǎn)生于布料桿和振搗棒。因此，在設(shè)備荷載統(tǒng)計(jì)時(shí)，主要針對(duì)這兩種設(shè)備在使用過(guò)程中產(chǎn)生的荷載進(jìn)行測(cè)量和統(tǒng)計(jì)。在澆筑施工過(guò)程中，布料桿的重量在2.0t～5.0t范圍內(nèi)，不同規(guī)格的布料桿其重量差異較大，但其數(shù)值都是固定不變的。因此，在對(duì)這一設(shè)備的荷載統(tǒng)計(jì)時(shí)，可只考慮布料桿上四個(gè)支撐腳組成的支撐體系。根據(jù)一般布料桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其三個(gè)支撐腳通常均勻地落在三個(gè)區(qū)域當(dāng)中，考慮到各個(gè)區(qū)域的荷載對(duì)布料桿軸力的貢獻(xiàn)較小，因此，可忽略三個(gè)撐腳上設(shè)備的自身重量，只考慮布料桿其中一個(gè)支撐腳的重量，其取值為總重量的1/4。在混凝土振搗裝置當(dāng)中包含了振動(dòng)棒、軟軸軟管以及電動(dòng)機(jī)共三個(gè)部分，每一個(gè)小型設(shè)備上基本都會(huì)有一個(gè)振搗棒，而振搗棒的荷載標(biāo)準(zhǔn)取值為0.3kN。

2.3 基于等效施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值的統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)上述論述，明確混凝土在澆筑期間產(chǎn)生的施工荷載包括人員體重和設(shè)備重量，在結(jié)合影響面理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)等效施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)其取值的統(tǒng)計(jì)與分析。表1為不同搭設(shè)間距條件下等效影響面的高度對(duì)應(yīng)表。

表1 不同搭設(shè)間距條件下等效影響面的高度對(duì)應(yīng)表

結(jié)合表1中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，等效影響面高度H1取值在0.31～0.29范圍內(nèi)；H2取值在-0.014～-0.022范圍內(nèi)；H3取值在0.0020～0.0032范圍內(nèi)。結(jié)合上述得到的等效影響面高度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)混凝土澆筑期施工的等效均布活荷載進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

式中Q-為混凝土澆筑期施工的等效均布活荷載；

N-為常數(shù)；

G-為人員體重或設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)上述公式實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土澆筑期施工的等效均布活荷載計(jì)算，并將這一數(shù)值作為最終的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

3 應(yīng)用分析

為檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)的混凝土澆筑期荷載統(tǒng)計(jì)方法是否具有可行性，以某建筑工程為例，對(duì)該建筑施工中的澆筑工程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。與工程方進(jìn)行安全技術(shù)交底，獲取與此次建筑施工相關(guān)的工程信息，具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 混凝土澆筑施工安全技術(shù)交底內(nèi)容

完成對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)信息的獲取后，按照本文設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)施工過(guò)程中混凝土的荷載值進(jìn)行分析。

以施工澆筑面為例，隨機(jī)選擇10個(gè)測(cè)點(diǎn)作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，先使用本文設(shè)計(jì)的方法，對(duì)測(cè)點(diǎn)的當(dāng)下時(shí)刻的荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再使用高精度測(cè)量?jī)x器與裝置進(jìn)行荷載作用力的實(shí)測(cè)，對(duì)比兩個(gè)結(jié)果的誤差，將其作為本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。整理結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 隨機(jī)測(cè)點(diǎn)在澆筑期的施工荷載統(tǒng)計(jì)結(jié)果與實(shí)測(cè)荷載結(jié)果對(duì)比

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨機(jī)測(cè)點(diǎn)在澆筑期的施工荷載統(tǒng)計(jì)結(jié)果與實(shí)測(cè)荷載結(jié)果幾乎無(wú)差異，僅有較少的幾個(gè)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與實(shí)測(cè)荷載結(jié)果存在0.01kN/m2的誤差，可以在實(shí)際施工中忽略不計(jì)，因此，在完成上述研究后，得出結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土澆筑期施工荷載的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果精準(zhǔn)度較高。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土澆筑期荷載的研究，可以保證在施工中作業(yè)人員的人身安全，避免由于模板支撐體系承載力不足，導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)坍塌等安全事故。為此，本文開(kāi)展了此方面內(nèi)容的研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了此方法的可行性。因此，可以在后期的研究中，將此方法投入使用，將其應(yīng)用到真實(shí)的工程環(huán)境中，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)此方法性能的優(yōu)化。