混凝土澆筑期施工荷載的統計分析

徐 輝（寧夏新宇建設工程有限公司，寧夏 銀川 750000）

在深入土建項目施工研究中發現，絕大多數施工中的模板支撐體系坍塌事故發生在混凝土澆筑施工期間，相比施工中的其他時段，澆筑施工期的荷載比較大。通過大量的經驗與統計數據分析可知，澆筑期的荷載具有分布不均的特點。為避免在混凝土澆筑施工期間內出現坍塌事故，提高土建工程施工的安全性，下述將開展澆筑期荷載的統計方法分析。

1 研究背景與意義

近年來，混凝土支撐模板體系造成的澆筑期安全事故數量正逐年呈現上升趨勢，由于此類事故造成的項目經濟損失數不勝數。

建設施工成果從開始建造到正式投入使用，再到后續老化的全壽命周期中，施工階段發生事故的概率最大，主要是由于在施工階段中，建筑主體結構尚處于不完善階段，與此同時，結構在施工中所需要承載的作用力較為復雜，整體結構的力學性能較差。因此，在此階段出現事故的概率與風險也是最高的。以建筑的三個主要階段為例，分析建筑澆筑混凝土失效變化規律與建筑結構抗力變化規律，見圖1。

圖1中，F代表混凝土失效概率，r代表結構整體抗力。

圖1 混凝土失效與結構抗力發展規律

隨著混凝土澆筑施工的持續進行，混凝土材料的失效率呈現下降趨勢，當完成施工正式投入使用后，混凝土失效率達到一個相對穩定的數值，后期隨著建筑的使用年限增加，混凝土材料綜合性能發生退化，與此同時，失效率再次提升，整體呈現凹形變化曲線。

在施工前，混凝土材料的抗力值為0，隨著施工行為的繼續，混凝土抗力值不斷提升，完成施工且投入使用后，混凝土的抗力值穩定在一個標準值，后隨著建筑使用頻次的增加，混凝土逐漸發生失效，此時建筑結構壽命周期達到老化階段，結構抗力下降最終達到失效值為0，整體呈現凸形變化曲線。

2 混凝土澆筑期施工荷載的統計分析

2.1 混凝土荷載測量

針對澆筑期間混凝土的施工荷載進行統計，首先需要采用正確的方法實現對其荷載具體數值的測定。在對混凝土的荷載進行等效均布分析過程中，混凝土板厚度是荷載測量和計算的重要依據，因此，可以針對不同工地條件以及不同設計厚度的混凝土板，在澆筑的過程中進行現場測量，如圖2所示。

圖2 混凝土澆筑現場測量

將通過現場測量得到的數據進行擬合分析，并求解出一個分布函數，再針對這一函數在特定區間當中的積分進行求解，得出的結果即為混凝土的具體澆筑體積。再根據混凝土體積數值計算得出混凝土在該特定區間當中的等效高度，并進一步求解出等效厚度和設計厚度的比值。為了確保混凝土材料在泵送過程中測量結果不會受到混凝土和易性的影響，采用下述統一的測量方法完成對混凝土荷載的測量：根據混凝土澆筑現場振搗前的堆積形狀以及大小，在澆筑過程中選取一塊面積為1m2的圓形作為測量單元。隨著設計厚度的不斷增加，混凝土在振搗之前的堆積面積也會發生改變，并呈現出明顯增加的趨勢。因此，基于這一特點，在測量過程中，為了方便測量，針對設計厚度為120mm的混凝土板，統一將其面積的取值設置為1.8m2；針對設計厚度為250mm的混凝土板，統一將其面積的取值設置為2m2。從圓形單元的圓心位置向四周延伸的方向設置三個具有代表性的測量點，分別為圓心點、半徑中心點和半徑邊緣點。針對三個節點，按照本文上述論述內容完成對混凝土荷載的測量，并將其作為最終的數據結果。

2.2 混凝土澆筑期施工現場人員體重與設備荷載統計

在對混凝土荷載進行測量時，現場人員的體重和設備荷載會在極大程度上影響到測量的結果，因此在統計過程中，需要對這兩方面產生的荷載進行統計。人員體重與設備荷載存在較大的不確定性，為了能夠確保測量得到的數據結果具備更高的精度，采用隨機采集子樣檢驗并計算平均值的方式進行統計。首先，將直觀測量得到的數據繪制成直方圖，根據直方圖的形狀判斷隨機變量的分布概型，再進行檢驗。分布概型的表達式為：

式中x2-為分布概型；k為劃分的區間數量；

nph-為數據落入到規定區間中的理論值；

N-為數據落入到規定區間中的實際值。

再結合檢驗法的要求，將人員體重的測量數據按照從大到小的順序進行排列，并劃分出多個區段，對各個區段上的實際頻數和不同假設下的理論頻數進行對比。根據擬合優度檢驗得到的結果可知，人員體重數據的分布概率模型符合正態分布。

再對設備荷載進行統計，混凝土澆筑過程中，設備荷載主要產生于布料桿和振搗棒。因此，在設備荷載統計時，主要針對這兩種設備在使用過程中產生的荷載進行測量和統計。在澆筑施工過程中，布料桿的重量在2.0t～5.0t范圍內，不同規格的布料桿其重量差異較大，但其數值都是固定不變的。因此，在對這一設備的荷載統計時，可只考慮布料桿上四個支撐腳組成的支撐體系。根據一般布料桿的結構特點，其三個支撐腳通常均勻地落在三個區域當中，考慮到各個區域的荷載對布料桿軸力的貢獻較小，因此，可忽略三個撐腳上設備的自身重量，只考慮布料桿其中一個支撐腳的重量，其取值為總重量的1/4。在混凝土振搗裝置當中包含了振動棒、軟軸軟管以及電動機共三個部分，每一個小型設備上基本都會有一個振搗棒，而振搗棒的荷載標準取值為0.3kN。

2.3 基于等效施工荷載標準值取值的統計分析

通過上述論述，明確混凝土在澆筑期間產生的施工荷載包括人員體重和設備重量，在結合影響面理論的基礎上，通過等效施工荷載標準值，實現對其取值的統計與分析。表1為不同搭設間距條件下等效影響面的高度對應表。

表1 不同搭設間距條件下等效影響面的高度對應表

結合表1中統計數據可知，等效影響面高度H1取值在0.31～0.29范圍內；H2取值在-0.014～-0.022范圍內；H3取值在0.0020～0.0032范圍內。結合上述得到的等效影響面高度統計結果，對混凝土澆筑期施工的等效均布活荷載進行計算，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；

G-為人員體重或設備荷載標準值。根據上述公式實現對混凝土澆筑期施工的等效均布活荷載計算，并將這一數值作為最終的統計結果。

3 應用分析

為檢驗本文設計的混凝土澆筑期荷載統計方法是否具有可行性，以某建筑工程為例，對該建筑施工中的澆筑工程進行實驗研究。與工程方進行安全技術交底，獲取與此次建筑施工相關的工程信息，具體內容見表2。

表2 混凝土澆筑施工安全技術交底內容

完成對施工現場相關信息的獲取后，按照本文設計的統計方法，對施工過程中混凝土的荷載值進行分析。

以施工澆筑面為例，隨機選擇10個測點作為統計對象，先使用本文設計的方法，對測點的當下時刻的荷載進行統計，再使用高精度測量儀器與裝置進行荷載作用力的實測，對比兩個結果的誤差，將其作為本次實驗的結果。整理結果見表3。

表3 隨機測點在澆筑期的施工荷載統計結果與實測荷載結果對比

從上述實驗結果可知，隨機測點在澆筑期的施工荷載統計結果與實測荷載結果幾乎無差異，僅有較少的幾個測點統計結果與實測荷載結果存在0.01kN/m2的誤差，可以在實際施工中忽略不計，因此，在完成上述研究后，得出結論：本文設計的方法可以實現對混凝土澆筑期施工荷載的統計，統計結果精準度較高。

4 結語

混凝土澆筑期荷載的研究，可以保證在施工中作業人員的人身安全，避免由于模板支撐體系承載力不足，導致施工現場出現坍塌等安全事故。為此，本文開展了此方面內容的研究，通過實驗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，將其應用到真實的工程環境中，進一步實現對此方法性能的優化。