基于AHP的墩柱钢筋保护层厚度影响因素综合研究

摘要 桥梁墩柱钢筋保护层厚度合格率受多种因素的控制，墩柱钢筋保护层厚度合格率偏低对桥梁工程结构的稳定性和安全性具有重要影响。为探究各影响因子对钢筋保护层厚度合格率影响的具体作用，选取了培训交底、测量设备、垫块布置等11个影响因子，并运用层次分析法（AHP）量化了各影响因子对钢筋保护层厚度控制的具体影响值。结果表明：垫块布置对钢筋保护层厚度合格率的影响值为27.39%，是导致钢筋保护层厚度合格率偏低的最主要因子，其次是钢筋笼运存，影响值为18.49%，最后是缆风绳设置，影响值为14.70%，三者影响值的总和达60.58%。此外，垫块质量、钢筋笼安装以及测量设备等因子对钢筋保护层厚度合格率也均有着重要的影响。

关键词 墩柱钢筋保护层厚度；影响因子；AHP；垫块；钢筋笼

中图分类号 U445 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0112-04

0 引言

桥梁墩柱作为桥梁结构的重要组成部分，其工程品质对于整个桥梁的安全性、稳定性和使用寿命至关重要。在桥梁墩柱的施工过程中，钢筋保护层厚度是一个关键的质量控制指标，并直接影响着墩柱的力学性能和耐久性。因此，分析桥梁墩柱钢筋保护层厚度的影响因素，对研究制定针对性的防治措施，提升墩柱工程品质具有重要的理论和实际意义。

目前，关于桥梁墩柱钢筋保护层厚度影响因素的研究，主要集中在人员综合素质、机械设备、材料性能、施工工艺和环境条件等方面。人员方面主要体现在质量意识、管理水平、作业水平和相关制度机制的执行落实情况，一般分为管理人员和作业人员两个层级。管理人员层级，主要体现在质量“三检制”“隐蔽工程验收制”以及各层级过程巡视检查等机制的执行情况；作业人员层级，主要体现在各工序作业人员的质量意识、操作技能水平高低等方面[1，2]。机械设备方面，一般体现在各工序所用机械设备的规格、型号以及性能，如钢筋加工设备、测量设备以及运输吊装等设备[3，4]。材料性能方面一般主要包含垫块、模板选择，其中垫块对钢筋保护层的影响主要体现在垫块的尺寸和材质两个指标，由于尺寸偏差或者材质问题导致垫块残缺，均会导致钢筋保护层厚度出现偏差，进而影响其合格率[5，6]。施工方案或工艺工法对钢筋保护层合格率的影响贯穿于墩柱施工始末，钢筋骨架加工及安装、钢筋运输存放、模板加工、垫块布置、缆风绳设置以及混凝土浇筑振捣等每一个环节，都对钢筋保护层厚度合格率有着至关重要的作用[7-12]。环境因素一般可以分为两个方面，分别是作业环境和运输环境。作业环境主要包含钢筋加工及安装环境、混凝土拌和及浇筑环境；运输环境主要体现在施工便道的路况[13]。

关于墩柱钢筋保护层厚度影响因素的研究已较为丰富，从前人的研究来看，致使钢筋保护层厚度出现偏差的主要因素大致可划分为人员培训交底与检查验收不到位、机械设备老旧或未标定、模板及垫块的质量不合格、钢筋笼制作安装及垫块布置方式不合理、作业及运输环境差等。不过，当前的研究主要聚焦于对单一因素的定性分析，缺少对所有因素的综合考量，尤其是对综合作用下墩柱钢筋保护层厚度合格率各影响因子的具体作用，鲜有量化研究。故而，该文借助层次分析法（AHP）探究各影响因子的具体作用，研究内容对于准确找出墩柱钢筋保护层厚度偏差过大的主要成因和探究有针对性的防治措施提升墩柱品质有着至关重要的意义。

1 层次分析法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种可以有效分解复杂实际问题，并将其描述为一个多层次结构的决策方法[14]。墩柱钢筋保护层厚度影响因子众多，评估各影响因子对钢筋保护层厚度影响值是一个复杂的体系，运用层次分析法可以很好地分析各因子对钢筋保护层厚度的影响程度。

1.1 评价因子的选取

根据相关文献资料，结合具体工程实例，该文总结出了影响钢筋保护层厚度合格率偏低的11个主要因子。分别为培训交底、旁站验收、测量设备、钢筋加工设备、缆风绳设置、垫块布置、钢筋笼运存、钢筋笼安装、垫块质量、模板质量以及施工环境。

1.2 层次模型的构建

层次分析模型主要是由目标层、准则层和指标层构建起来的评价系统，定量确定钢筋保护层厚度合格率各影响因子在钢筋保护层厚度控制过程中的作用是一个复杂的体系，根据相关文献和工程实例成果，该文层次模型的构建如图1所示。

1.3 判断矩阵构建

通过查阅相关资料、结合具体工程实例和听取专家意见，根据层次模型指标层中合格率影响因子两两之间的重要性程度，进行判断矩阵的构建，指标对比采用九标度法，所构造的判断矩阵如表1所示。

1.4 一致性检验

求解出的判断矩阵最大特征根λmax，当最大的特征根大于判断矩阵的阶数时，说明判断矩阵出现了一定的偏差。为了确保判断矩阵的准确性和可信性，需进行一致性检验。一致性检验主要通过CI和CR值进行判断，其计算公式如下。

（1）

（2）

式中：CI——一致性指标；CR——随机一致性比率；RI——平均随机一致性指标；λmax——最大特征根；n——判断矩阵阶数。随机一致性指标RI，通过表2得到，然后按照式（1）、式（2）求解得到CI值和CR值。当CR＜0.1时，判断矩阵通过了一致性检验，满足一致性要求，证明判断矩阵可用作墩柱钢筋保护层各影响因子的影响值的确定。

2 结果分析

根据表3和图2AHP层次分析结果，在墩柱钢筋保护层厚度控制过程中，垫块布置是影响钢筋保护层厚度合格率的最主要因素，其影响值达到27.39%，结合现场施工实际，由于垫块的布置间距过大或布置密度过小，容易出现钢筋骨架与模板之间的间隙难以控制的现象，从而影响墩柱实体钢筋保护层厚度不符合要求。对钢筋保护层厚度合格率影响因素位居第二的是钢筋骨架运存不合理，影响值为18.49%。具体工程施工中，钢筋笼在吊装、运输及存放过程中的任何不规范的施工行为，如吊装方式不合理、运输及存放过程中未做到下垫上盖或者堆叠过高，均会导致钢筋笼出现形变，从而导致保护层厚度难以控制。影响因素排在第三位的是缆风绳的设置不合理，其影响值达到14.70%，大多数情况下桥梁墩柱一般较高，因此当墩柱钢筋笼安装后，若未及时设置缆风绳进行科学合理的固定，同样会有很大概率引起钢筋笼变形，进而影响墩柱实体最终钢筋保护层厚度合格率。

除上述因子外，垫块的质量、钢筋笼安装及测量设备的精密性均对钢筋保护层厚度合格率有着重要影响，其影响值分别为10.74%、7.70%和7.37%。相比之下，模板的质量、钢筋笼加工及施工环境对钢筋保护层厚度合格率影响较小，其影响值分别为1.15%、2.10%、2.29%，深究其原因，主要得益于目前项目所用墩柱模板基本是定制模板，模板材质、刚度和平整度等性能指标优异，标准化程度高；钢筋加工多采用智能化数控钢筋加工设备，机械化程度高，消除了人为操作不当导致的潜在误差，钢筋骨架制作质量有保障；关于施工环境，目前钢筋加工厂、拌和站标准化水平高，材料分区设置合理、标识清晰，施工便道硬化程度高，良好的作业和运输环境极大地保障了钢筋骨架和混凝土质量。

3 讨论

（1）该研究通过引入层次分析法，量化了各影响因子在墩柱钢筋保护层厚度控制中所起到的具体作用，该方法同样可适用于其他实体工程钢筋保护层厚度各影响因子量化评估。

（2）影响墩柱钢筋保护层厚度的影响因素众多，不同工程影响因子的选取可能存在差异，并且不同工程各影响因子的判断矩阵构建同样会存在差别，运用层次分析法，评估某工程墩柱钢筋保护层厚度各影响因子的作用，应立足工程实际，具体问题具体分析。

4 结论

该文结合具体工程实例和有关文献资料，总结出了导致钢筋保护层厚度偏差的11个影响因子，通过构建层次模型，运用层次分析法对所有影响因子的影响值进行计算，结果显示：所有影响因子中，垫块布置对钢筋保护层厚度合格率的影响值最大，影响值为27.39%，是导致钢筋保护层厚度偏差的最主要因子。其次是钢筋笼运存和缆风绳的设置，二者的影响值分别为18.49%和14.70%。此外，垫块质量（10.74%）、钢筋笼安装（7.70%）以及测量设备（7.37%）等因子对钢筋保护层厚度合格率也均有着重要的影响。

参考文献

[1]王永奋.公路桥梁墩柱钢筋保护层合格率偏低成因及施工控制措施[J].现代工业经济和信息化， 2017（12）：72-73+75.

[2]林海波.钢筋混凝土保护层的重要性及控制措施[J].居舍， 2021（20）：167-168+172.

[3]杨波.浅议如何控制墩柱钢筋混凝土保护层厚度[J].建材与装饰， 2017（52）：257-258.

[4]彭镇东，刘中华，易强，等.混凝土保护层厚度控制装置在桥梁墩柱施工中的应用研究[J].工程技术研究， 2018（6）： 133-134.

[5]闫婷婷.桥梁钢筋保护层厚度控制管理方法研究[J].四川建材， 2019（10）：150-151.

[6]肖红，卢刚旭.桥梁墩柱钢筋混凝土保护层厚度质量控制要点[J].黑龙江交通科技， 2019（3）：131-132.

[7]李栋臣.桥梁墩柱钢筋混凝土保护层厚度质量控制[J].科技创新与应用， 2023（7）：145-148.

[8]党彦，祁清宝，董鹏达.桥梁下部结构混凝土钢筋保护层控制措施研究[J].内蒙古公路与运输， 2021（5）：37-39.

[9]木玉泉.墩柱钢筋保护层厚度控制[J].科技创新与应用， 2020（20）：126-127+130.

[10]陈一闻.桥梁立柱钢筋保护层控制技术探究[J].黑龙江交通科技， 2020（9）：144-145.

[11]薛倬昆，黄伟韬.公路桥梁钢筋混凝土保护层厚度检测问题的探讨[J].公路交通科技（应用技术版）， 2018（6）：199-201.

[12]唐小军，袁仕贵.桥梁墩柱混凝土保护层厚度控制[J].建筑机械化， 2020（11）：49-51.

[13]洪华，徐建红.考虑环境影响因子的钢筋混凝土保护层厚度检测[J].上海公路， 2021（2）：99-103+168.

[14]何光洪，梁燕，邓炎倩，等.基于层次分析法的泾阳南塬黄土滑坡影响因素综合研究[J].水利与建筑工程学报， 2021（2）：66-70+148.