混凝土浇筑期施工荷载的统计分析

徐 辉（宁夏新宇建设工程有限公司，宁夏 银川 750000）

在深入土建项目施工研究中发现，绝大多数施工中的模板支撑体系坍塌事故发生在混凝土浇筑施工期间，相比施工中的其他时段，浇筑施工期的荷载比较大。通过大量的经验与统计数据分析可知，浇筑期的荷载具有分布不均的特点。为避免在混凝土浇筑施工期间内出现坍塌事故，提高土建工程施工的安全性，下述将开展浇筑期荷载的统计方法分析。

1 研究背景与意义

近年来，混凝土支撑模板体系造成的浇筑期安全事故数量正逐年呈现上升趋势，由于此类事故造成的项目经济损失数不胜数。

建设施工成果从开始建造到正式投入使用，再到后续老化的全寿命周期中，施工阶段发生事故的概率最大，主要是由于在施工阶段中，建筑主体结构尚处于不完善阶段，与此同时，结构在施工中所需要承载的作用力较为复杂，整体结构的力学性能较差。因此，在此阶段出现事故的概率与风险也是最高的。以建筑的三个主要阶段为例，分析建筑浇筑混凝土失效变化规律与建筑结构抗力变化规律，见图1。

图1中，F代表混凝土失效概率，r代表结构整体抗力。

图1 混凝土失效与结构抗力发展规律

随着混凝土浇筑施工的持续进行，混凝土材料的失效率呈现下降趋势，当完成施工正式投入使用后，混凝土失效率达到一个相对稳定的数值，后期随着建筑的使用年限增加，混凝土材料综合性能发生退化，与此同时，失效率再次提升，整体呈现凹形变化曲线。

在施工前，混凝土材料的抗力值为0，随着施工行为的继续，混凝土抗力值不断提升，完成施工且投入使用后，混凝土的抗力值稳定在一个标准值，后随着建筑使用频次的增加，混凝土逐渐发生失效，此时建筑结构寿命周期达到老化阶段，结构抗力下降最终达到失效值为0，整体呈现凸形变化曲线。

2 混凝土浇筑期施工荷载的统计分析

2.1 混凝土荷载测量

针对浇筑期间混凝土的施工荷载进行统计，首先需要采用正确的方法实现对其荷载具体数值的测定。在对混凝土的荷载进行等效均布分析过程中，混凝土板厚度是荷载测量和计算的重要依据，因此，可以针对不同工地条件以及不同设计厚度的混凝土板，在浇筑的过程中进行现场测量，如图2所示。

图2 混凝土浇筑现场测量

将通过现场测量得到的数据进行拟合分析，并求解出一个分布函数，再针对这一函数在特定区间当中的积分进行求解，得出的结果即为混凝土的具体浇筑体积。再根据混凝土体积数值计算得出混凝土在该特定区间当中的等效高度，并进一步求解出等效厚度和设计厚度的比值。为了确保混凝土材料在泵送过程中测量结果不会受到混凝土和易性的影响，采用下述统一的测量方法完成对混凝土荷载的测量：根据混凝土浇筑现场振捣前的堆积形状以及大小，在浇筑过程中选取一块面积为1m2的圆形作为测量单元。随着设计厚度的不断增加，混凝土在振捣之前的堆积面积也会发生改变，并呈现出明显增加的趋势。因此，基于这一特点，在测量过程中，为了方便测量，针对设计厚度为120mm的混凝土板，统一将其面积的取值设置为1.8m2；针对设计厚度为250mm的混凝土板，统一将其面积的取值设置为2m2。从圆形单元的圆心位置向四周延伸的方向设置三个具有代表性的测量点，分别为圆心点、半径中心点和半径边缘点。针对三个节点，按照本文上述论述内容完成对混凝土荷载的测量，并将其作为最终的数据结果。

2.2 混凝土浇筑期施工现场人员体重与设备荷载统计

在对混凝土荷载进行测量时，现场人员的体重和设备荷载会在极大程度上影响到测量的结果，因此在统计过程中，需要对这两方面产生的荷载进行统计。人员体重与设备荷载存在较大的不确定性，为了能够确保测量得到的数据结果具备更高的精度，采用随机采集子样检验并计算平均值的方式进行统计。首先，将直观测量得到的数据绘制成直方图，根据直方图的形状判断随机变量的分布概型，再进行检验。分布概型的表达式为：

式中x2-为分布概型；k为划分的区间数量；

nph-为数据落入到规定区间中的理论值；

N-为数据落入到规定区间中的实际值。

再结合检验法的要求，将人员体重的测量数据按照从大到小的顺序进行排列，并划分出多个区段，对各个区段上的实际频数和不同假设下的理论频数进行对比。根据拟合优度检验得到的结果可知，人员体重数据的分布概率模型符合正态分布。

再对设备荷载进行统计，混凝土浇筑过程中，设备荷载主要产生于布料杆和振捣棒。因此，在设备荷载统计时，主要针对这两种设备在使用过程中产生的荷载进行测量和统计。在浇筑施工过程中，布料杆的重量在2.0t～5.0t范围内，不同规格的布料杆其重量差异较大，但其数值都是固定不变的。因此，在对这一设备的荷载统计时，可只考虑布料杆上四个支撑脚组成的支撑体系。根据一般布料杆的结构特点，其三个支撑脚通常均匀地落在三个区域当中，考虑到各个区域的荷载对布料杆轴力的贡献较小，因此，可忽略三个撑脚上设备的自身重量，只考虑布料杆其中一个支撑脚的重量，其取值为总重量的1/4。在混凝土振捣装置当中包含了振动棒、软轴软管以及电动机共三个部分，每一个小型设备上基本都会有一个振捣棒，而振捣棒的荷载标准取值为0.3kN。

2.3 基于等效施工荷载标准值取值的统计分析

通过上述论述，明确混凝土在浇筑期间产生的施工荷载包括人员体重和设备重量，在结合影响面理论的基础上，通过等效施工荷载标准值，实现对其取值的统计与分析。表1为不同搭设间距条件下等效影响面的高度对应表。

表1 不同搭设间距条件下等效影响面的高度对应表

结合表1中统计数据可知，等效影响面高度H1取值在0.31～0.29范围内；H2取值在-0.014～-0.022范围内；H3取值在0.0020～0.0032范围内。结合上述得到的等效影响面高度统计结果，对混凝土浇筑期施工的等效均布活荷载进行计算，其公式为：

式中Q-为混凝土浇筑期施工的等效均布活荷载；

N-为常数；

G-为人员体重或设备荷载标准值。根据上述公式实现对混凝土浇筑期施工的等效均布活荷载计算，并将这一数值作为最终的统计结果。

3 应用分析

为检验本文设计的混凝土浇筑期荷载统计方法是否具有可行性，以某建筑工程为例，对该建筑施工中的浇筑工程进行实验研究。与工程方进行安全技术交底，获取与此次建筑施工相关的工程信息，具体内容见表2。

表2 混凝土浇筑施工安全技术交底内容

完成对施工现场相关信息的获取后，按照本文设计的统计方法，对施工过程中混凝土的荷载值进行分析。

以施工浇筑面为例，随机选择10个测点作为统计对象，先使用本文设计的方法，对测点的当下时刻的荷载进行统计，再使用高精度测量仪器与装置进行荷载作用力的实测，对比两个结果的误差，将其作为本次实验的结果。整理结果见表3。

表3 随机测点在浇筑期的施工荷载统计结果与实测荷载结果对比

从上述实验结果可知，随机测点在浇筑期的施工荷载统计结果与实测荷载结果几乎无差异，仅有较少的几个测点统计结果与实测荷载结果存在0.01kN/m2的误差，可以在实际施工中忽略不计，因此，在完成上述研究后，得出结论：本文设计的方法可以实现对混凝土浇筑期施工荷载的统计，统计结果精准度较高。

4 结语

混凝土浇筑期荷载的研究，可以保证在施工中作业人员的人身安全，避免由于模板支撑体系承载力不足，导致施工现场出现坍塌等安全事故。为此，本文开展了此方面内容的研究，通过实验证明了此方法的可行性。因此，可以在后期的研究中，将此方法投入使用，将其应用到真实的工程环境中，进一步实现对此方法性能的优化。