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基于ISM模型的钻孔灌注桩质量事故影响因素分析 摘要：钻孔灌注桩技术适用于各种复杂的地质条件，以其质量好、承载力高、 造价低、 施工方便等优点，普遍应用于建筑施工技术中。但是受诸多因素的影响，钻孔灌注桩的质量缺陷和事故时有发生。通过构建钻孔灌注桩事故影响因素的ISM模型并进行计算分析，最终将影响钻孔灌注桩工程质量的各种因素划分为若干个层次，并通过有向图表示各因素之间的相互关系，对各因素进行分析，并结合钻孔灌注桩工程实例进行了具体的说明。 作文 关键词：钻孔灌注桩；质量事故；ISM模型；预防措施； 一、前言 桩基工程是项目施工中的一项非常重要的工程, 在所有桩基类型中，灌注桩应用较为普遍，其中以钻孔灌注桩为主。它具有低噪音、小震动、无挤土，对周围环境及邻近建筑物影响小，能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点【1】。然而钻孔灌注桩属于隐蔽工程，对其施工作业环境要求很高，稍有不慎，就会引发质量事故，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收，尤其对于长桩、大桩，其施工难度大，易发生质量事故，发生质量事故后，加固处理难度大，且费用较高。如果施工中的任何质量事故，发生质量事故后，加固处理难度大，且费用较高。如果施工中的任何一个环节出现问题，都将直接影响整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。为了更好地对钻孔灌注桩施工工艺进行控制，确保其工程质量，有必要对影响钻孔灌注桩质量的各种因素进行分析，识别质量事故发生的影响因素，理清因素之间的关系，在工程实践过程中有针对性地加以控制。 二、钻孔灌注桩质量事故及其影响因素 建筑工程质量事故是指在工程勘察、设计、施工和使用的全过程中，工程实体在适用、安全、美观、经济等特性方面存在较大的缺陷，造成人员伤亡和较大财产损失的事件【2】。钻孔灌注桩质量事故是建筑工程质量事故的一种，同样会产生很大的危害，影响钻孔灌注桩质量事故的因素很多，文章以收集的二百项典型钻孔灌注桩工程质量事故案例为基础，深入剖析事故影响因素，总结出以下几项造成工程质量事故的因素，如表1所示。例如，第四条“地质勘探资料不详细全面，不准确”包括：测量出现误差，基桩、钻孔发生位移；第六条提出的“施工单位不按照规范施工，偷工减料”主要包括配置砂浆不符合要求、缺乏对泥浆质量跟踪检查调整等。第七条提出的“施工工艺，方法不当，工作偷懒”主要包括钢筋笼安放无定位措施、在恶劣天气无保护施焊； 表1 钻孔灌注桩工程质量事故形成因素 表2中给出的是经过事故分析后得出的外在因素，对于本质因素很难观察到，通过查阅中外文文献，发现影响建筑工程事故的因素还包括法律法规不健全、政府监管不力和建筑市场不规范等隐性因素。桩基工程是建筑工程的一部分，也应该涵盖这三项因素。 三、建立钻孔灌注桩质量事故影响因素系统的ISM模型 1.ISM模型 解释结构模型(Interpretative Structural Modeling Method,简称ISM方法)是美国J.华费尔特教授于1973年作为分析复杂的社会经济系统有关问题的一种方法而开发的【3】。其特点是把复杂的系统分解为若干子系统(要素)，并应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，再利用人们的实践经验和知识，以及电子计算机的帮助，最终将系统构造成一个多级递阶的结构模型，并据此进行系统分析。此模型以定性分析为主，可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型。 钻孔灌注桩工程质量事故的影响因素众多、关系复杂而且结构不清晰，根据此特点，笔者通过建立ISM模型，以系统工程的方法分析钻孔灌注桩工程质量事故的原因，划分出层次，找出直接和间接因素，寻求因素之间的结构关系，最终找出处理事故最快速、最有效的办法。 2.建立邻接矩阵 邻接矩阵描述了系统各要素之间的直接关系，其矩阵A内部的元素aij定义如下： 首先，我们要确定此系统的因素构成，通常用Si表示。从表2可知此系统共包含十六项因素，我们将这些因素按顺序命名为S1S16。其次，分析这些因素之间的相互影响关系，通常各因素间的相互影响关系由专家意见或调查问卷的形式确定。根据分析结果，最终确定邻接矩阵A： A= 3.建立可达矩阵 可达矩阵通过邻接矩阵A加上单位矩阵I，并经过一定的演算后求得。具体计算步骤为：先求出矩阵A1=(A+I)，接着，设矩阵A2=(A+I)2，并用布尔代数运算规则(即0+0=0, 0+1=1, 1+0=1, 1+1=1, 00=0, 01=0, 11=1)进行运算，以此类推，直至得到结论：A1A2A3Ar-1Ar 。其中rn-1, n为矩阵阶数。则Ar-1=(A+I)r-1=M称之为可达矩阵，它表明各节点间经过长度不大于(r-1)的通路可以到达的程度。对此例中的邻接矩阵进行计算得到：A1A2A3A4=M，可达矩阵M为： M= 4.可达矩阵的分解 (1)区域划分 所谓区域划分，即把系统分为有关系的几个部分或子部分，确定其可达不可达，并且判断哪些要素是连通的，具体操作是根据可达矩阵M得到各个要素的可达集合R(Si)与先行集合A(Si)并计算R(Si)A(Si)。其中： R(Si)=Sj(列)mij=1 A(Si)=Sj(列)mij=1 按照上述方法，根据可达矩阵M得到表3。 表2 可达集与先行集 首先需要确定最高级元素，如果Si是最上一级元素，它必须满足下述条件: R(Si)= R(Si)A(Si)。根据此条件找出最高级要素后，即可将其从可达矩阵M中划去相应的行和列。接着，再从剩下的可达矩阵中寻找新的最高级要素。依此类推，就可以找出各级所包含的最高级要素集合，若用L1，L2，Lk表示从上到下的级次，根据表3，我们可以看出第一层包括S7，S9，S10 S13 四个元素，以此方法划分等级最终结果为：6(Si)=L1，L2，L3， L4， L5，L6= S7，S9，S11 S13, S3，S5，S6 , S1，S4，S8 , S2，S14 , S12，S15，S16 ,S11 。 5. 建立结构矩阵M，做出递阶有向图 将可达矩阵M中行列按级别重新排序并分块，得到反映系统递阶结构的结构矩阵M。经过上面的划分，就可以构成系统的结构模型。图1即为钻孔灌注桩事故影响因素的分级递阶结构模型，该图清晰地反映出各级因素间的相互关系。 M= 四、模型结论 从图1可以看出，最高层因素 是与钻孔灌注桩工程质量事故最密切密切相关原因，属于直接原因，这四项因素将直接影响工程质量，我们在预防和处理事故问题中要重视，第二层到第四层，属于间接因素，它们属于管理层次，虽然不会直接导致事故发生，但将会是事故发生的导火索。根据结构模型分析结果，我们发现复杂的事故影响因素通过ISM建模分后有了条理性和层次性，从而使事故控制更加及时有效。第五，六层是事故发生的根本因素，我们不但需要政府和法律的力量，而且需要建设主体的共同努力，如何避免这些影响因素，我们需要根据实际情况来处理。 五、案例分析 1.工程概况 某工程为十六层综合楼，位于渭河南岸，设计采用混凝土钻孔灌注桩基础，设计单桩承载力为250KN，设计桩长约38米，工程场地自上而下主要土层为： 杂填土层、黄褐色淤泥粘土层、亚粘土层(软塑状约4米厚)、硬质基岩层， 呈可塑-软塑-硬塑状态。场地地下水位较高，稳定水位埋深6米，施工采用正循环泥浆护壁钻孔， 导管水下浇筑混凝土成桩。按规范要求，需要试桩9根。单桩承载力全部没有达到要求，有一根甚至不足100KN。为验证桩混凝土质量，开桩周围土层,于地表以下1.6m，发现桩身四周有水平裂缝，甚至出现桩芯破碎及断桩，还有一些出现了缩颈和混凝土离析现象。 图1 钻孔灌注桩事故因素分级递阶结构模型 2.原因分析 综合场地地质情况、 施工记录、 各检测结果进行分析，总结出造成以上质量事故的原因,主要有以下几点：地质条件差,土层含水率高，施工前未针对这类土层制定有效的施工方案就盲目施工；施工当中出现土层上涌情况不停机不处理 ,继续盲目施工；操作员没有控制好灌注工艺和操作, 拔管幅度过大，速度过快，导致孔壁坍落；桩身的混凝土质量存在问题。 从此例中可以看出，直接因素有，对应于结构模型中的第七点，它们是导致本次质量事最直接的原因。间接因素包括，分别对应模型中的第三点和第四点，这是事故发生的导火索。此例中，虽然不能通过现场调查找出模型最后一层的根本因素，但是直接因素和间接因素出现的罪魁祸首必定是法律政策不到位，人员素质不高等因素。 3.预防建议 此例中事故已经发生，我们应该从中受到启发，以便在以后的项目中提前预防。根据事故实际情况以及各个影响因素之间的因果关系，文章提出以下建议。 (1)施工单位、监理单位应该加强监督指导，及时处理施工过程出现的事故状况，阻止施工人员的盲目施工。而保证监理单位尽职尽责，需要通过法律政策规范建筑市场，同时政府应该加强管理。对于混凝土质量不合格，我们首先要购买质量达标的混凝土，其次设计好配合比和做好现场试配工作， 采用高标号水泥时， 应注意砼的初凝和终凝时间与单桩灌注时间的关系， 必要时添加混凝土缓凝剂。 (2)施工单位应该详细分析此类土质的特点，制定施工方案，严格按照施工方案进行施工，不应该投机取巧，造成不可挽回的严重后果。施工人员是方案的实施者，应该严格要求自己，对于每一步的操作都应该按照程序进行，施工单位在项目开工前，应对施工人员在施工技术和工艺上进行培训，提高工作人员的责任心。 六、结束语 钻孔灌注桩技术在桩工程中应用广泛，其质量事故问题一直是业内人士关注的焦点。我们知道，引起钻孔灌注桩常见质量事故取决于勘察、设计、施工等诸多因素【5】，由于因素繁多，杂乱，有必要通过构建ISM模型，对常见的质量事故因素划分层次，找出影响事故的关键因素以及因素之间的层次关系，其根本目的在于使施工单位能够在施工前全面有效预防事故的发生。 参考文献 赵志缙高层建筑基础工程施工M中国建筑工业出版社，1986 姚兵工程质量新概念体系的构建J工程管理学报，2010，24(2)：2-6 汪应洛系统工