朱森林 張 東

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，以及高公路網(wǎng)進(jìn)一步完善，交通量增長(zhǎng)迅速，呈現(xiàn)出先期建設(shè)的高公路運(yùn)輸能力水平下降，新一輪高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目提上日程。高速公路改擴(kuò)建工程既有橋梁如何利用成為項(xiàng)目實(shí)施的先決條件。由于規(guī)范的更新，既有橋梁的擴(kuò)建利用方案成為設(shè)計(jì)中的重難點(diǎn)之一。目前階段根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）最新規(guī)定進(jìn)行的高速公路橋梁改擴(kuò)建的工程案例較少，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。對(duì)老橋利用的研究存在以下幾個(gè)問題[1-2]：1）現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范給出的橋梁評(píng)價(jià)體系考慮指標(biāo)單一；2）對(duì)強(qiáng)度不足的橋梁處理方案；3）既有橋梁結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)方案雖然眾多但缺乏普遍適用性；陳亮[3]通過分析改建橋梁的施工方案對(duì)比，選取工程的最優(yōu)方案，朱坤[4]通過加固方案和拆除方案的從而優(yōu)化擴(kuò)建方案，朱衛(wèi)國(guó)[5]通過對(duì)既有橋梁的技術(shù)狀況評(píng)定、承載能力評(píng)定以及功能適應(yīng)性評(píng)定從而確定改建方案，盧超[6]對(duì)高速公路新舊橋拼寬施工工藝進(jìn)行了闡述，李光穎[7]和梁興勝[8]對(duì)高速公路擴(kuò)建技術(shù)進(jìn)行了研究。該文針對(duì)目前高速公路既有橋梁普遍強(qiáng)度不足這一現(xiàn)狀，對(duì)不同橋梁、不同結(jié)構(gòu)、不同加固方案的適用性進(jìn)行綜合比選研究，建立綜合評(píng)價(jià)體系。

1 評(píng)價(jià)體系建立

為達(dá)到精確評(píng)估在役橋梁利用方案的目的，該文從從既有橋梁全壽命周期[9]評(píng)價(jià)角度出發(fā)，分析施工期、運(yùn)營(yíng)期橋梁評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素，確定既有橋梁利用方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了三層次在役橋梁綜合利用評(píng)估模型，建立全面科學(xué)合理的既有橋梁評(píng)估指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)模型如圖1 所示。

圖1 高速公路擴(kuò)建既有橋梁利用評(píng)估層次分析模型圖

1.1 評(píng)估指標(biāo)

橋梁利用評(píng)價(jià)體系基于全壽命周期進(jìn)行研究，分施工期和運(yùn)營(yíng)期2個(gè)方面，考慮經(jīng)濟(jì)性、施工難易程度、交通影響、環(huán)境影響、安全適用性、養(yǎng)護(hù)工程量、耐久性及結(jié)構(gòu)美觀性8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖2 所示。

圖2 既有橋梁利用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確立

為了評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)權(quán)重的科學(xué)、合理，各層指標(biāo)權(quán)重的確定采用專家調(diào)查和1～9 標(biāo)度法相結(jié)合的方式，共調(diào)查23 位專家，見表1。

表1 權(quán)重表

2 既有橋梁綜合利用評(píng)估方法

既有橋梁利用方案評(píng)估的基本思路如下。

第一步，對(duì)每個(gè)底層評(píng)估指標(biāo)從定性和定量描述的角度細(xì)分為5 個(gè)標(biāo)度。針對(duì)具體橋梁，每個(gè)評(píng)估指標(biāo)都形成一個(gè)評(píng)定向量，底層指標(biāo)8 個(gè)評(píng)定向量形成典型橋梁的評(píng)價(jià)矩陣，如表2～表3。表4～表11 為各指標(biāo)的評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 底層指標(biāo)等級(jí)分類表

表3 定性指標(biāo)各等級(jí)評(píng)定向量

表4 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

表11 結(jié)構(gòu)美觀性指標(biāo)

第二步，基于模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)既有橋梁綜合利用進(jìn)行評(píng)估。

表5 施工難易程度指標(biāo)

表6 交通影響性指標(biāo)

表7 環(huán)境性指標(biāo)

表8 安全性指標(biāo)

表9 養(yǎng)護(hù)工程量指標(biāo)

表10 耐久性指標(biāo)

2.1 中間層指標(biāo)評(píng)估

分別對(duì)施工期、運(yùn)營(yíng)期對(duì)應(yīng)的4 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)估。

模糊綜合評(píng)估的基本模型為B＝A×R，即：

上式表示，評(píng)估因素與被評(píng)估事物的模糊關(guān)系通過模糊轉(zhuǎn)換器R 形成了被評(píng)估事物與評(píng)估等級(jí)間的模糊關(guān)系B。其中：B=[b1b2…bm]為施工期或運(yùn)營(yíng)期模糊綜合評(píng)價(jià)向量；A=[ω1ω2…ωm]為施工期或運(yùn)營(yíng)期對(duì)應(yīng)的4 個(gè)指標(biāo)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重矩陣。

為施工期或運(yùn)營(yíng)期對(duì)應(yīng)的底層指標(biāo)4 個(gè)評(píng)定向量形成典型橋梁的評(píng)價(jià)矩陣。

2.2 最高層指標(biāo)評(píng)估

由底層指標(biāo)模糊綜合評(píng)估得到的中間層指標(biāo)評(píng)價(jià)向量，與中間層評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，再次利用模糊綜合評(píng)估的基本模型，最終得到最高層的評(píng)判向量。

取評(píng)判向量中最大元素maxbj所對(duì)應(yīng)的責(zé)備集中的vk作為最終結(jié)果，即：

maxbj為評(píng)價(jià)向量（b1，b2，…，bm）中數(shù)值最大值；

V為最終評(píng)估等級(jí)。橋梁利用方案評(píng)估等級(jí)見表12。

表12 橋梁利用方案評(píng)估等級(jí)

3 結(jié)論

未來一長(zhǎng)段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)高速公路擴(kuò)建將成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重頭戲，在綠色公路、碳中和、碳達(dá)峰等大背景下，擴(kuò)建中既有橋梁如何利用成為關(guān)鍵問題，該文建立了既有橋梁的利用方案綜合評(píng)價(jià)體系，該體系有以下優(yōu)勢(shì)：1）對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程既有橋梁進(jìn)行科學(xué)、全面地評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)橋梁利用方案，盡量避免橋梁拆除或加固；2）橋梁利用方案評(píng)價(jià)中，在滿足安全性的基礎(chǔ)上，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、加固可行性、耐久性、施工期保通要求、社會(huì)影響、養(yǎng)護(hù)工作量等多種因素，提出既有橋梁在擴(kuò)建中的利用原則。3）該評(píng)估方法可在其他等級(jí)公路擴(kuò)建項(xiàng)目中應(yīng)用。