基于SAD模型的预应力混凝土管桩施工质量控制研究——以天隆·三千海桃花岛一期项目为例

杨道欣 杨大田 范良宜

(广州高新工程顾问有限公司，广东 广州 510640)

0 引言

随着我国建筑业的快速发展，建设项目规模越来越大，预应力混凝土管桩的应用范围越来越广泛。2017年，住房和城乡建设部出台了预应力混凝土管桩相关技术标准[1]。但是，施工工艺不合理、作业不规范等导致的管桩施工质量问题时有发生，因此，如何开展科学有效的预应力混凝土管桩施工质量管理受到业界关注。

近年来，国内外许多学者在工程质量管理、预应力混凝土管桩施工质量缺陷产生原因、管桩施工质量控制、系统调整与发展分析方法(System Accommdation and Development，SAD)模型应用等方面开展了大量研究和实践。Elliott[2]认为，人是工程质量活动的主体，对施工参与方人员进行控制是工程质量控制的重点。Arditi等[3]认为，项目质量管理贯穿项目管理全过程。Daniel等[4]认为，质量管理是施工过程管理的核心。Willar[5]认为，提高施工单位自身管理水平是工程质量管理的关键。Meijer等[6]指出，工程质量控制的重点是作业人员的质量行为。甘元初等[7]通过对预应力混凝土管桩质量问题进行分析，提出相应的防治措施。陈晓东[8]结合工程实例，研究了静压预应力管桩施工过程中常见的质量问题与管控措施。郑晓伟等[9]分析了预应力管桩施工中的质量问题与质量控制和管桩防护。陈文国[10]结合工程实例从5个方面分析了PHC管桩施工质量缺陷产生的原因，并提出了4个方面的应对方案。周劲松[11]从沉桩终压值、斜桩、桩体破损三个方面分析了静压预应力管桩施工中存在的质量问题及防治策略。何凯等[12]从人、机、料、法、环5个维度分析了混凝土强度不足的原因，并提出了基于SAD的施工质量控制方法。宋俊杰等[13]应用SAD-AHP组合模型研究了建设工程评标指标影响因素。于春红[14]运用SAD分析法，分析了农田水利工程设计质量管理措施。李中胜[15]研究了SAD模型在农村小型水利工程中的应用问题。刘举进[16]结合工程实例，应用SAD模型对混凝土强度不足的问题进行了量化分析研究。

综上所述，虽然国内外学者针对施工质量管理以及预应力混凝土管桩施工质量缺陷产生原因及控制措施等方面开展了大量的研究，但是，有关SAD模型在预应力混凝土管桩施工质量控制方面的研究较少，特别是缺乏SAD-AHP-PDCA组合模型在预应力混凝土管桩施工质量控制领域的应用研究。基于此，本文以SAD模型为核心，结合工程实例，研究预应力混凝土管桩施工质量控制方法，以实现管桩工程质量过程控制，为预应力混凝土管桩工程质量精细化管理提供新的思路与方法。

1 SAD模型简介

1.1 基本理论

系统调整与发展分析方法(System Accommodation and Development，SAD)的基本原理是通过定量分析对影响总体目标完成的各种因素加以整合并计算其影响程度，针对原有控制系统的控制措施进行优化和改进，以强化管理效果，实现最终总体目标。

SAD模型是将质量问题的各影响因素按因果关系进行关联形成的矢量方框图，即方框B4、B5、B6到方框B1、B2、B3、B7、B8再到方框A三者之间的关系框图，如图1所示。在图1中，无输入线的方框(B4、B5、B6)表示“改善手段”，也称为外因问题；双实线方框(A)表示“最终总体目标”；其他单线方框(B1、B2、B3、B7、B8)表示“中间目标”，也称为内因问题。

图1 SAD模型示意图

从图1可以看出，只有经过多级“中间目标”(方框B1、B2、B3、B7、B8)和“改善手段”(方框B4、B5、B6)才能到达“最终总体目标”(方框A)。由此可知，改善手段需要通过两级或多级中间目标才能实现最终目标。

1.2 应用流程

SAD模型在预应力混凝土管桩施工质量控制中的应用思路是：首先，通过对预应力混凝土管桩施工过程中质量控制的PDCA循环检查，及时发现质量问题；其次，运用鱼骨图分析影响质量问题的各种因素[17]，并通过层次分析法(AHP)确定各影响因素权重；再次，构建SAD模型，量化分析质量问题各影响因素，并计算各因素影响程度；最后，制定相应的整改措施，并将改进措施应用于下一轮的PDCA循环控制过程。具体步骤如下：

(1)针对PDCA闭环质量控制过程中存在的质量问题，围绕人员、设备、材料、方法和环境五大因素(4M1E)，将质量问题影响因素逐级分层，从小到大、从粗到细，初步筛选出主要的质量问题影响因素，并绘制鱼骨图。

(2)梳理和分析各质量问题影响因素及相互关系，基于AHP分析法建立阶梯层次结构模型，构建比较判断矩阵，计算各质量问题影响因素权重。

(3)根据因果关系构建质量问题SAD模型，并计算各因素的影响程度(对外因问题进行加权求和，得到其影响程度)，明确改进对象。SAD模型定量计算步骤如下：

1)设总体目标为Y，Y≤1。设影响总体目标的外因问题为X1，X2，…，Xn，且0≤X1，X2，…，Xn≤1。

2)Y和Xi(i=1，2，…，n)之间的关系用线性数学方程式表示，即

Y=A1X1+A2X2+…+AnXn

式中，A1，A2，…，An为各影响因素Xi对总体目标影响程度的权重，0≤A1，A2，…，An≤1，且A1+A2+…+An=1。

(4)对计算结果进行分析，并按影响程度对各影响因素进行排序，确定影响质量问题的主要因素和次要因素。针对影响质量问题的主要因素制定相应的改进措施，并将改进措施应用于下一轮的PDCA闭环控制过程。

2 案例分析

2.1 项目概况

天隆·三千海桃花岛一期项目(1、2、3、4栋住宅楼及地下室)位于广西北海市银海区美景路88号，总建筑面积约9.4万m2。其中，地下一层高度为5.3m，建筑面积约1.4万m2；地上4栋33层住宅，首层架空层高为5.3m，2～33层层高为2.95m，总高度为99.55m，建筑面积约7.5万m2。建筑抗震设防烈度为6度，耐火等级为一级，屋面防水等级为一级。结构类型为框架、剪力墙结构，塔楼外为天然地基筏板基础，塔楼内采用PHC管桩基础(静压预应力高强混凝土Φ500mm×125mm(AB型)管桩)。该项目于2018年6月1日开工建设，2020年12月25日竣工验收。

该项目属于创优工程，桩基工程施工工期紧、质量要求高，保证桩基工程施工质量是实现项目创优目标的关键所在。

2.2 桩基施工概况

按照桩基施工程序，施工前进行了试桩，确定了压桩标准。在施工过程中，通过PDCA质量控制例行检查发现了一些质量问题，如管桩出现孔洞及表面裂纹、管壁厚度不够等。经过工程现场处理，顺利完成了桩基施工。通过桩基检测发现，在198根动测桩中，Ⅰ类桩为195根，Ⅱ类桩为3根。在管桩施工过程中采取了基于PDCA质量闭环管控措施，保证了管桩施工质量，取得了良好的控制效果。

2.3 质量影响因素分析

限于篇幅，本文仅对管桩沉桩达不到设计要求的质量问题进行分析，确定质量影响因素，绘制鱼骨图，如图2所示。

2.4 确定质量影响因素权重

运用AHP分析法对该质量问题进行多因素决策分析，建立层次结构模型，计算各影响因素权重。首先，邀请来自项目施工和监理等单位的10名具有高级工程师职称的技术专家依据项目工程特点及岩土勘察报告等资料，基于SAD-AHP模型，按照1～9标度法对比较判断矩阵进行赋值，并将赋值的平均值作为最终数据输入MATLAB软件进行计算，得到各影响因素权重。

图2 沉桩质量问题影响因素鱼骨图

2.5 基于SAD模型的质量控制分析

2.5.1 构建SAD模型

为了确定管桩沉桩质量问题的主要影响因素和次要影响因素，以更好地优化项目资源，提高管桩施工质量控制水平，根据管桩沉桩质量问题因果分析结果，建立SAD模型(图3)。图3中数据为各影响因素权重。

2.5.2 计算各因素影响度

假设管桩沉桩质量Y=1，造成管桩沉桩质量达不到设计要求的外因为Xi(i=1，2，…，19)，按SAD模型计算步骤及方法，得到各影响因素的权重，结果如下：

δx1=0.405×0.374+1.000×0.164×0.272×0.177+1.000×0.418×0.372×0.177+1.000×0.328×0.372×0.177+1.000×0.200×0.372×0.177+1.000×0.163×0.079=0.24，同理可得：δx2=0.24，δx3=0.06，δx4=0.02，δx5=0.01，δx6=0.07，δx7=0.02，δx8=0.02，δx9=0.03，δx10=0.04，δx11=0.09，δx12=0.02，δx13=0.03，δx14=0.03，δx15=0.01，δx16=0.03，δx17=0.01，δx18=0.01，δx19=0.02。

根据以上计算结果，绘制沉桩质量问题影响因素权重分布图，如图4所示。

图3 管桩沉桩质量问题SAD模型图

图4 沉桩质量问题影响因素权重分布图

2.5.3 结果分析与对策

从图4可知，人员、设备、材料、方法和环境五大因素(4M1E)影响权重分别为：“人员”因素影响权重0.64(0.24+0.24+0.06+0.02+0.01+0.07=0.64)；“设备”因素影响权重0.11(0.02+0.02+0.03+0.04=0.11)；“材料”因素影响权重0.09；“方法”因素影响权重0.09(0.02+0.03+0.03+0.01=0.09)；“环境”因素影响权重0.07(0.03+0.01+0.01+0.02=0.07)。因此，在管桩沉桩质量达不到设计要求的五大影响因素中，影响最大的因素是“人员”，高达64%；排名第2的是“设备”；排名第3的是 “材料”和“方法”；影响最小的是“环境”。

在管桩沉桩质量达不到设计要求的各影响因素中：排在第1位的是“施工人员缺乏责任心”和“管理人员管理不到位”，其影响度均为24%；排在第2位的是“管桩强度不符合要求”，影响度为9%；排在第3位的是“技术交底不明确”，影响度为7%；排在第4位的是“施工人员操作经验不足”，影响度为6%；排在第5位的是“设备故障”，影响度为4%；排在第6位的是“未配置应急电源”“接桩质量不良”“施工方案不合理”“雨季、台风天气施工”，影响度均为3%；排名第7位的是“施工人员不听从专业指挥”“设备老旧，保养不当影响正常使用”“未对压桩设备进行性能检查”“沉桩顺序不当”“管桩持力层发生变化”5个因素，影响度均为2%；其他因素(施工人员流动性大、未按作业指导书施工、地下有障碍物、有厚度较大的硬夹层)影响度最低，均为1%。

综上所述，“管桩沉桩质量达不到设计要求”这一质量问题主要影响因素是“人员”。为提高预应力混凝土管桩工程施工质量，应针对“施工人员缺乏责任心”“管理人员管理不到位”“施工人员操作经验不足”“技术交底不明确”等因素采取以下措施：①贯彻落实质量责任制，强化作业人员教育；②建立施工动态协同管理机制，强化现场协同管理；③增强学习意识，积累管理经验，实施创新管理；④强化施工队伍的专业技术和施工规范、施工工艺标准的学习和考核；⑤细化技术交底内容，严格执行将交底内容落实到施工过程中等有针对性的措施。

3 结语

本文基于SAD模型，将决策分析方法(AHP)与PDCA质量闭环管理方法相结合，应用于预应力混凝土管桩施工质量控制研究，拓宽了SAD-AHP-PDCA组合模型理论工程应用领域，丰富了桩基工程施工质量控制理论体系，提供了预应力混凝土管桩工程质量过程管理与精细化管控的新思路，优化了预应力混凝土管桩施工质量控制措施，提升了管桩工程施工质量管理效能。