桥梁工程钢筋混凝土施工质量评价模型.pdf

第 5 8卷第 2期 2 0 1 4年 2月 铁 道 标 准 设 计 RAI LW AY S TANDARD DESI GN Vo 1 58 NO 2 Fe b r u a r y 2 01 4 文章编 号 ： 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 4 ) 0 20 0 6 1 0 3 桥梁工程钢筋混凝土施工质量评价模型 仇 志 明 ( 铁 道部工程质量安全监督 总站 乌鲁 木齐监督站 ，乌鲁木齐8 3 0 0 1 1 ) 摘 要 ： 钢 筋混凝 土工程 质量的优 劣与整体 工程 的耐久性直接相关。针对 当前桥 梁钢筋混凝 土施 工质 量评价方 法 主观 性强、 效 率低 等缺陷 ， 结合 已有 的研 究成果和现场 经验 ， 建立桥梁钢筋混凝 土施 工质量评价指 标体 系及 “ F A D ” 模 型， 并结合塔韩铁路 大罕 台川特 大桥钢 筋混凝 土工程 ， 对该 工程钢 筋混凝土质量进行 评价 ， 评价结果 与现场 实际 情况吻合 ， 表 明该模 型适 用于实际工程 。 关键 词 ： 钢 筋混凝土 ；施工质量 ；评价指标 ；“ F A D”模 型 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 l 文献标识码 ： A D OI ： 1 0 1 3 2 3 8 j i s s n 1 0 0 4 2 9 5 4 2 0 1 4 0 2 0 1 5 C o n s t r u c t i o n Qu a l i t y E v a l u a t i o n M o d e l o f R e i n f o r c e d Co nc r e t e o f Br i dg e En g i ne e r i n g Q I U Z h i m i n g ( U r u m q i S u p e r v i s i o n S t a t i o n ，S a f e t y a n d Q u a l i t y S u p e r v i s i o n C e n t e r ，t h e M i n i s t r y o f R a i l w a y s ， U r u m q i 8 3 0 0 1 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t：Th e c o ns t r u c t i o n q u a l i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e e ng i n e e r i ng i s d i r e c t l y r e l a t e d t o t he d u r a bi l i t y o f t h e w h o l e p r o j e c t I n t h i s p a p e r ，c o n s i d e r i n g t h a t t h e r e w e r e s o me d e f e c t s i n c u r r e n t q u a l i t y e v a l u a t i o n me t h o d s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b r i d g e e n g i n e e r i n g ，s u c h a s t h e s t r o n g s u b j e c t i v i t y a n d l o w e f f i c i e n t a n d S O o n，b a s e d o n p r e v i o u s r e s e a r c h r e s u l t s a n d fie l d e x p e r i e n c e，a c o n s t r u c t i o n q u a l i t y e v a l ua t i o n s y s t e m o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e e n g i n e e r i n g o f b r i dg e a n d a “ FAD”mo d e l we r e e s t a b l i s h e d An d t he n i n c o mbi na t i o n w i t h t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e e n g i n e e r i n g o f D a h a n t a i c h u a n B r i d g e o n T a r a n g a o l e Ha n j i a c h u n R a i l w a y ， t h e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y e v a l u a t i o n f o r t h i s p r o j e c t w a s c a r r i e d o u t I t c a n b e s e e n t h a t t h e e v a l u a t i o n r e s u l t i s i n c o n c o r d a nc e wi t h t he fie l d a c t u a l s i t u a t i o n，S O i t i s p r a c t i c a b l e t o us e t h i s e v a l ua t i o n mo d e l f o r a c t u a l p r o j e c t s Ke y wo r d s：r e i n f o r c e d c o n c r e t e；c o n s t r uc t i o n q ua l i t y；e v a l u a t i o n i n d e x；“F AD” mo d e l 随着国家对基础设施投资的持续扩大， 各类工程在 全国兴起了建设高潮 ， 伴随而来的是大量的以钢筋混凝 土为结构的桥梁工程。钢筋混凝土的施工质量是影响 桥梁结构安全和耐久性 的主要问题 ， 在结构中起主要作 用 ， 钢筋混凝土工程质量的好坏 ， 直接影 响整个 工程 的 质量与使用寿命 。因此， 系统、 全面地评价钢筋混凝 土施工质量 ， 是工程施工管理工作的重要方面 。 目前 国内外有关 钢筋混凝 土施工质 量评价 的方 法 ， 有单因素预测 、 多 因素综合预测 、 模糊数学综合评 判 、 灰色系统评价法等。这些方法在钢筋混凝土施工 质量评估过程 中起 到了一定 的作用 ， 但 由于受人为 因 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 62 0； 修 回日期 ： 2 0 1 3 0 63 0 基金项 目： 国家 自然科 学基金资助( 5 1 1 0 8 2 2 0 ) 作者简介 ： 仇志明( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 素的影响较大， 尤其在实际预测过程 中不能方便 、 准确 地操作。鉴于此 ， 基于对影 响以钢筋混凝 土为结构的 公路桥梁各 因素的全面分析和参考大量文献 的基础 上 ， 建立 了钢 筋工 程混 凝土 施工 质量 的评 价指 标体 系 。 将模 糊 数 学 ( F u z z y ma t h e m a t i c s ) 、 层 次 比较 分 析 法 ( A n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s ) 、 德 尔 菲 专 家 法 ( D e l p h i e x p e r t s m e t h o d ) 相结 合 ， 建 立了桥梁钢筋 混凝土施工 质量评价 的“ F A D ” 综合评价模型 。模糊数学善于 处理不精确的、 模糊的信息， 模拟人的综合判断推理能 力 ， 在定性分析与定量分析之间建立联 系。层次 比较 分析法是一种定性分析与定量分析相结合的系统分析 方法。德尔菲专家法是一种在预测 、 决策和技术 咨询 中极为广泛应用 的能对复杂的决策问题作出群的判断 方 法 。 6 2 铁道标准设计 第 5 8卷 1 桥梁 工程钢筋 混凝土施 工质 量评价 指标体 系的 建 立 指标体系是进行钢筋混凝土施工质量评价的重要 基础 ， 直接关系到评价结果的科学性和准确性。在综 合参考前人 已有 的研究成果基础上， 考虑满足工程技 术需要 、 更加接近现场实用的思想指导下 ， 建立了相应 桥梁 工程钢 筋混凝土施 工质量评 价指标体 系 ， 如表 1所 示 。 表 1 桥梁工程钢筋混凝土施工质量评价指标 混凝土制备质量 u 混凝土配合 比 Ul 1 砂石含泥量 U1 2 砂石含水量 U1 3 混凝土搅拌时 间的合理性 u 泵送混凝 土输送管配管 的合理性 U 混凝土运输质 运输混凝土工具吸水 U 2 4 混凝土浇筑质量 U 浇筑层太厚 U ， 。 振捣不均 U 3 2 坍 落度不满足要求 U ， 模板及支架变形或变位 U ， 施工缝处理不 当 u 3 5 养 护不及 时 U 4 混凝土养护质量 u 洒 水养 护时间不足 u ： 养护强度不 足就上荷载 u 2 桥 梁工 程钢 筋混 凝土施 工质 量评 价模 型 的建立 2 1 钢筋混凝土施工质量评价的数学模型 借鉴文献 4 研究成果 ， 模糊评判需要达 到的 目 标集为 =(V 。 ，V 2 ， V 3 ) = 优秀 ， 良好 ， 一般 。一级 模糊综合评判 因素集( 母集) 可记为 U： U ， U 2 ， ， U ， U ( i =1 ， 2 ， ， m) 二级模糊综合评判 因素集( 子集) 可记为 U 1 = 1 1 ， 1 2 ， 1 ， ， ， U 2= U 2 1 ， U 2 2 ， U 2 一， 2 2 U =U ， U ， ， ， 其 中 表示第 i 类 因素中所包含的第 个因素。 此时， 二级子集综合评判模型为 ： 对于 U 得到 上关 于 ： u 一 F ( ) 的模糊影射 一 ( r r 啦， r 沪) 。可得 判 断矩 阵 R Rf= El l l F i l 2 Ti 2 1 F i 2 2 r l r 啦 ri k l l ri ki 2 其 中 r 第 i 类 因素 中第 个 因子对 于 目标集 中的 权重值 ； r 第 i 类因素 中第 个 因子对于 目标集 中V ， 的权重值 ； r 沁 第 i 类因素 中第 个 因子对于 目标集 中 的权重值。 模糊判断矩阵中 r 值有待确定 ， 这里采用层 次分 析法。具体方法如下 。 按 成对 比较 法方 式 列 出 比较 矩 阵 ， 按 左 边列 中 每 一 元素与上边行 中元素一一比较的顺序进行 。并规定 其重要 程 度 比不重要 程 度 大 很 多 时 为 4， 大 时 为 3 ， 稍 大 时为 2 ， 同样时 为 1 。如表 2所示 。 表 2成对比较法方式列 出的 比较矩 阵 注 ： k ， m， P按实 际情况取 1 ， 2， 3， 4 。 将该矩阵每个列 的和分别 记为 c 、 c 、 C ， 然 后用 每个列的和除以列 中的每一元素 ， 得 到一个归一化矩 阵 ( 表 3 ) 。 表 3 比较 矩阵归一化矩阵 将上面矩阵的每行求和 l= 1 c 1+ k c 2+ k c 2 2= 1 k c 1+ 1 c 2+p c 3 毛 =1 m c 1+1 p c 2+1 c 3 可得到权重值 r l=1 3 2l 啦 = 1 3 2 r 口= 1 3 Y , 3 2 2德尔 菲法 确定权 重值 找到各子 因素 u 相对于 目标集 的判断矩阵 以后 ， 就要确定各 因素及其相应子 因素 的权重集 A 。 这里采用德尔菲 ( D e l p h i ) 专家打分法 ， 由 n个专家独 立打分 。对于 m类 因素 ( i ：1 ， 2 ， ， m) ， 其权重集如 表 4、 表 5所 示 。 表 4子 因素 权 重 集 l 2 。 a2 2 P o P 1 0P 2 口P i a 1 m a2 m n a nl 2 “ a i 。 an 注 ： a p i 表示第 P个专 家对第 i 类因素的打分值 ， 。 0， 1 。 3 3 3 一 第 2期 仇志 明一 桥梁 工程钢筋混凝土施工质量评 价模 型 6 3 表 5母 因素权重 集 nIn n2i 2 。 n n n 注 ： o 硝表示第 P个专 家对第 i 类因素的第 个 因子 的打分值 。 由此可确定母集 U的权重集 A1=( 。 l l ， 0 l 2 ， ， 17 , l ， ， 0 1 ) A 2 ：( 0 2 l ， 0 2 2 ， ， ( 上 2 ， ， 2 m ) A =( 。 1 ， 0 2 ， ， 0 ， ， 。 ) 子集 u 权重值集 A l ：( 0 1 “ ， 0 1 2 ， ， 0 l ， ， 0 l ) A 2 =( n 2 “ ， 0 2 2 ， ， 0 2 ， ， 0 2 ) A =( 。 l ， 0 2 ， ， 0 ， ， ) 2 3 评判 过 程 利用多级模糊综合评判法可得到子集综合评判 C =ApiR =( 0 p 1 ， 。 p 2 ， ， 0 p 氓) Fi l 1 Fi l 2 Fi 21 Fi 2 2 r l r 啦 ri k i l ri ki 2 ( 2) 由子集综合评判所得 到的 C ， 可进而得到母集综 合评价结果 B p = A p C=( 0 p 1 ， 0 P 2 ， ， 0 p ) C1 C2 Cm ( 3 ) 2 4评价 结 果处 理 由多位专家评价得 到 的结 果采用加权 平均法处 理 ， 最后得到桥梁结构钢筋混凝土施工质量评 价等级 结 果 B =S i B ( 4 ) 2 5 结 果分 析 由以上计算得 出的结果 ， 按照最大隶属度原则 ， 找 出最大值 ， 即可得出所评价 的桥梁工程施工阶段质量 评 价结 果 。 3应 用 实例 塔韩铁路大罕台J I 特大桥位于 内蒙古鄂尔多斯境 内， 其跨径为 ( 3 2 + 4 8 + 3 2 )m 的预应力混凝土连续梁 桥 ， 梁体采用单箱单室箱形截面， 全联梁共设置 4道横 隔板 ， 采用悬臂现浇施工 ， 梁段按施工顺序划分为 8种 2 7个梁段。在工程施工阶段 ， 针对混凝 土施工质量采 用本文提出的模型进行评价 ， 验证该模型的可行性 。 3 1 子 因素相 对 于 目标 集 的隶属 度 采 用层 次 比较 分析法 ， 确 定模 糊判 断矩 阵 中 r 值 ， 由于篇幅所限 ， 以 对 目标集的隶属度为例， 结果见 表 6 。 表 6 U 1 ， 对 目标集的隶属度 经 过 表 ( 3)的 归 一 化 处 理 ， 可 以 得 到 r = 0 1 1 9 9， r 2 ： 0 2 7 2 1 ， r = 0 6 0 8 0 。用 同样 的方法 可 得到其他因素对 目标集 的隶属度。 R1： 01 1 9 9 O 1 0 9 3 0 1 9 5 3 01 4 2 9 0 2 7 2 1 0 2 9 6 8 0 2 51 9 0 4 28 6 0 6 0 8 0 0 5 9 4 0 0 5 8 8 9 0 4 28 6 3 2子 因素权 重 的确定 子因素权重的确定由德尔菲( D e l p h i ) 专家打分法 确定 ， 共有 3位专家 ， 其中一位的打分结果如下 ： A =( 0 1 0 ， 0 1 5 ， 0 0 8 ， 0 1 2， 0 1 5 ， 0 2 5 ， 0 1 5 ) A】 2=( 0 2 O， 0 1 5， 0 1 5， 0 1 5， 0 1 5， 0 1 5， 0 0 5 ) A ：( 0 1 0 ， 0 2 5 ， 0 2 0， 0 2 5， 0 1 0 ， 0 1 0 ) A =( 0 2 ， 0 2 ， 0 1 ， 0 1 ， 0 1 ， 0 1 ， 0 2 ) 3 3子因素的综合评判 利用式( 2 ) 进行子因素的综合评判 ， 得 到如下的 结果 C =A ， 】 R 1 =( 0 1 4 1 8 ， 0 3 0 8 5 ， 0 5 4 9 7 ) C 2=( 0 1 4 1 7， 0 3 1 0 3 ， 0 5 4 8 0 ) C =( 0 1 4 9 5， 0 2 8 3 0， 0 5 6 7 6) C =( 0 1 2 7 2 ， 0 3 0 3 7， 0 5 6 9 1 ) 3 4母 因素 的综合 评价 专家给出的母 因素的权重 A =( 0 2 ， 0 2 0 ， 0 1 5， 0 1 5 ， 0 2 ， 0 1 0 ) ， 同时， 通过( 3 ) 式得出母集的综合评 价结果 B =( 0 1 3 7 0 ， 0 3 0 8 1 ， 0 5 5 4 5 ) ， 同理可求 出 曰 2 、 B 3 。 B 2= ( 0 1 0 9 3 ， 0 2 8 3 6 ， 0 6 0 7 1 ) ， B 3= ( 0 1 5 4 2， 0 3 2 5 4 ， 0 5 2 0 4 ) 。 ( 下转 第 8 3页 ) 3 3 3 p l 2 V 一 一 第 2期 何明磊 ， 胡 磊 ， 孟祥 磊一 隧道衬砌水压力荷载及 内力研究 8 3 6 结论 通过轴对称解析解计算 和有 限元数值计算 ， 得到 以下结 论 ： ( 1 ) 衬砌不透水时 ， 水荷载系数不折减 ； ( 2 ) 水荷载作用下 ， 衬砌最不利位置在拱腰 ； 衬砌 渗透系数从全透水减小到不透水 ， 对拱腰有利 ， 安全系 数提高 8 ， 对 拱顶 、 仰 拱不 利 ， 安 全 系数 依 次降 低 1 1 4 ， 9 9 ； 注浆半径对衬砌内力影响不显著 ； 衬砌 厚度增大 ， 显著增大了衬砌的安全 系数 ， 在测点 2处 ， 每增大 0 2 1T I ， 安全系数依次增大 2 1 ， 1 5 8 ； ( 3 ) 衬 砌 渗 透 系 数 从 全 透 水 减 小 到 不 透 水 ， 水 压 力增大 ， 流量减小 ， 渗透系数每缩小 1 0倍 ， 流量依次减 小 1 8 4 ， 6 4 9 ， 8 6 4 ， 水压力依次增 大 8 7 7 ， 7 1 4 ， 2 4 9 ； 注浆增加 1 1 T I ， 水压力依次减小 1 6 ， 1 3 6 ， 9 6 ，流 量 依 次 减 小1 6 2 ，1 2 0 ， 9 7 6 ； 衬砌厚度增大 。 水压力增大 ， 流量减小 ， 每增大 0 2 m， 水压力依次增大 1 0 0 ， 6 7 ， 流量依次减小 31 4 ， 2 2 8 。 可以通过排水措施 减小水荷载 ； 可以通过 围岩注 浆 、 减小衬砌渗透系数减 小排水量 。在解决实际问题 过程中， 可通过调节此二者的关系 ， 达到控制排水的 目 的； 将设计阶段水荷载计算作为正算 ， 施工监测流量计 I l 算水荷载作为反算 ， 可以验算和修正设计 阶段 的水荷 载计算值 。 参 考文献 ： 1 北京城建设计研究 总院 G B 5 0 1 5 7 -2 0 0 3 地 铁设计规 范 S 北 京 ： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 3 2 铁道第 二勘察 设计研 究院 T B 1 0 0 0 3 -2 0 0 5 铁路 隧道 设计规 范 S 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 5 3 水 利部 东北 勘测设 计研究 总 院 S L 2 7 9 -2 0 0 2 水 工隧 洞设计 规 范 S 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 4 4 重庆交 通科研设计 院 J T G D 7 0 -2 0 0 4 公 路隧道设计 规范 S 北 京 ： 人民交 通出版社， 2 0 0 4 5 张有 天 ， 张武 功 隧洞 水 荷 载 的静 力计 算 J 水 利学 报 ， 1 9 8 0 ( 3 ) ： 5 36 2 6 宋超业 ， 周 书明， 谭 志文 海底 隧道衬砌水荷载计算 J 现代 隧道 技术 ， 2 0 0 8 ( S ) ： 1 3 41 3 8 7 汪磊 ， 李涛 ， 王全胜 海底 隧道预 注浆加 固效果与评价 J 铁 道标 准设计 ， 2 0 1 0 ( 1 2 )： 8 38 8 8 王建秀 ， 杨立中 ， 何静 深埋隧道衬 砌水荷 载计算 的基本理论 J 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 9 ) ： 1 3 3 91 3 4 3 9 张宪堂 ， 王洪立 ， 周 红敏 ， 等 F L A C 3 D在 海底 隧 道涌水 量预 测中 的应用 J 岩土力学 ， 2 0 0 8 ( 2 9 ) ： 2 5 92 6 2 1 O 李苍松 ， 胡元芳 ， 丁建芳 ， 等 隧道地 下水处治 的设计理 论及方法 研究 J 工程地质学报 ， 2 0 1 2 ， 2 0 ( 5 ) ： 8 3 2 8 3 9 1 1 马志富 铁路隧道 防排水设计探 讨 J 铁道标准设 计 2 0 1 1 ( 5 ) ： 7 67 8 1 2 王建秀 ， 朱合华 ， 叶为 民 隧道涌水量的预测及其工程应 用 J 岩 石力学与工程学报 ， 2 0 0 4， 2 3 ( 7 ) ： 1 1 5 01 1 5 3 ( 上接 第 6 3页 ) 3 5 桥 梁工 程钢 筋混 凝 土施 工质 量评 价结 果 采用( 4 ) 式计算 出最终的评价结果 B=( 0 5 6 0 1 ， 0 3 0 5 9 ， 0 1 3 3 9 ) ， 根据最大隶属度原则 ， 可 以认 定该 桥梁工程钢筋混凝土施工质量的评价等级结果为 “ 优 秀 ” ， 至此 完成 了整 个评 价 过程 。 4 结语 针对桥梁工程钢筋混凝土施工质量 的评价问题 ， 建立了由 4个一级指标 ， l 6个 二级指标 组成的更加科 学、 全面的评价指标体系 ， 并将模糊数学 、 层次 比较分 析法 、 德尔菲专家法相结合 ， 建立了桥梁工程钢筋混凝 土施工质量评价 的“ F A D” 综合评价模型 ， 使评价 的结 果更加准确 ， 更有科学性 ， 并通过实际工程验证 了该模 型的可行性 ， 为钢筋混凝土施工质量的评价问题提供 另一种解决办法 。 参考文献 ： 1 龙玉杰 钢筋混 凝土施工质量评 价的多元识 别方 法 J 混 凝土 ， 2 0 1 2 ( 4) ： 2 42 6 2 吕文晓 钢筋混 凝土 施工质 量评 价的加 权距 离判 别模 型及应 用 J 混凝 土 ， 2 0 1 l ( 8 ) ： 3 74 1 3 马素芳 浅谈工程项 目管理 中的质量控制 J 经 济师 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 2 9 02 9 2 4 金浩 ， 邵钢 ， 杨培 中， 金先龙 隧道 火灾安 全的 “ F A D” 综 合评价模 型及其工程应用 J 防灾减灾工程学报 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 3 ) ： 2 8 4 2 8 9 5 钱桂枫 ， 程 飞 沪杭高速铁 路大跨 径预应力混 凝土桥 梁工程 与技 术创新 J 铁道标准设 计 。 2 0 1 1 ( 6 )： 6 36 6 6 孙树 礼 京 沪高速 铁路桥 梁工程 J 铁道 标准设 计 ， 2 0 0 8 ( 6 )： 14 7 刘扬 混凝土斜 拉桥施工 期 的时变可 靠性研 究 D 长沙 ： 湖南 大学 ， 2 0 0 5 8 吴文清 ， 陈小刚 ， 李波 ， 等 预应 力混凝土 连续箱梁施 工质量 评价 指标调查 J 建筑科学与工程学报 ， 2 0 0 9 ( 3 )： 4 24 8 【 9 陆盛阳 预应力混凝 土结构 工程 施工 质量的模糊 综合评 价【 D 南京 ： 东南大学 ， 2 0 0 5 1 O 郑少瑛 ， 陈静茹 基于神经 网络在钢筋 混凝土施 工质量评 价 中的 应用研究 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 3 0 1 3 0 3 1 1 陈菡清 公路隧道初期支护质量检测及评价系统研究 D 成都 ： 西南交通大学 ， 2 0 1 2 1 2 梁才 基于 B a y e s 判别理论 的钢筋混凝 土施工质量综合评 价方法 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 5 05 2 1 3 张颖红 ， 黄 中伟 钢筋混凝 土施工 质量综合评 价的模糊 可变评价 模型 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 4 54 7 1 4 张颖红 钢筋 混凝土 施工质 量评 价 的 F i s h e r 判 别模 型 J 混凝 土， 2 0 1 1 ( 4 )： 1 3 41 3 6 1 5仲伟秋 ， 贡金 鑫 ， 赵 国藩， 等 钢筋 混凝土 构件质量综 合评判 的变 权模 型 J 哈尔滨工业大学学报 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 1 4 5 21 4 5 4