胡鵬志,祝彥知,糾永志

(中原工學院 建筑工程學院,河南 鄭州 450007)

樁基礎(chǔ)作為深基礎(chǔ)中應用最廣的基礎(chǔ)形式,廣泛地應用于橋梁建設(shè)中。鉆孔灌注樁在施工過程中因受到環(huán)境因素和人為因素影響,常會出現(xiàn)鋼護筒變形、掉鉆、卡鉆、斜孔、塌孔等一系列問題。鉆孔灌注樁的施工工序較多且施工工藝復雜,具有典型的風險性,且施工安全的具體影響因素具有相當?shù)牟淮_定性。因此,開展施工風險評估并及時化解風險具有十分重要的意義。

造成鉆孔灌注樁施工風險的因素很多,且各因素之間的關(guān)系非常模糊,對其很難進行直觀描述和求解,所以常采用綜合評價方法進行評估。國內(nèi)外學者分別采用層次分析法、模糊綜合評判法、灰聯(lián)法及風險矩陣法等對鉆孔灌注樁的施工風險進行了評價,均取得了較好的效果。王詳?shù)萚1]采用多因素層次分析法對熔巖地區(qū)隧道盾構(gòu)法施工風險進行了評價,結(jié)果與現(xiàn)場施工情況擬合度較好。李星勇等[2]采用層次分析法建立了非線性模糊綜合評價模型,并對深大基坑施工風險進行了評價。于坤朋等[3]以重慶某工程的鉆孔灌注樁為例,采用層次分析法對其進行了施工風險分析。馬永峰等[4]利用模糊理論建立了鉆孔灌注樁塌孔風險評價體系,應用模糊綜合評判法對施工過程中的風險進行了分區(qū)。馮攀等[5]利用模糊綜合評判方法和層次分析法對某建筑鉆孔灌注樁施工風險進行分級評估,取得了滿意的效果。Prascevic等[6]提出了一種基于梯形模糊數(shù)的模糊層次分析法的權(quán)重確定方法,利用模糊數(shù)及其乘積的期望值來確定評價方案的特征值和特征向量,并將該方法用在塞爾維亞某個建筑項目的風險評估中,取得了較好的效果。Alvand等[7]提出了一種基于故障模式和影響分析、逐步權(quán)重分析和模糊環(huán)境下的加權(quán)綜合方法的集成模型,并將該模型用于伊朗某道路建設(shè)項目的風險研究,提高了風險識別的準確性。

通常認為,綜合評價指標體系應該是完整的、有代表性的、獨立的,工程項目中常因為沒有獨立性和完整性兼?zhèn)涞木C合評價指標體系,而降低了對綜合評價指標體系中指標間獨立性的控制,從而出現(xiàn)指標相互作用的情況。鉆孔灌注樁的施工工序較多,當出現(xiàn)多個質(zhì)量問題時,所產(chǎn)生的風險相互影響,而這些風險并不是簡單的線性相加。對此,傳統(tǒng)的評估方法是:必須預先假設(shè)指標是獨立的,并采用線性加法對這些獨立指標進行線性相加,以此作為評估的基礎(chǔ)。而模糊積分和模糊測度則放寬了對指標間獨立性的要求,只要求其具有單調(diào)性。因此,越來越多的研究選用模糊積分來評價指標間具有模糊性的項目。

1 基于模糊積分的鉆孔灌注樁施工風險評價方法

1.1 模糊測度和模糊積分

在綜合評價中,模糊測度可用來表示單一指標或指標集的重要程度。因為模糊測度是用單調(diào)性替代可加性的集函數(shù),所以能更準確地量化主觀評價。隨著對模糊數(shù)學的不斷研究,現(xiàn)在已經(jīng)有非可加模糊測度、擬測度、gλ模糊測度、似然模糊測度、k可加模糊測度等多種模糊測度,本文采用gλ模糊測度。模糊積分形式較多,應用比較廣泛的有 Sugeno積分和Choquet積分,本文采用Choquet積分。下面引入gλ模糊測度和Choquet積分[8-11]。

定義1:令λ∈(-1,∞),有限集合X={x1,x2,…,xn},|X|=n≥3,若(X,P(X))為可測空間,集函數(shù)g∶P(X)→[0,1],且滿足下列條件:

(1)gλ(φ)=0,gλ(X)=1;

(2)?A,B∈P(X),A∩B=φ,A∪B≠X,

(3)gλ(A∪B)=gλ(A)+gλ(B)+λgλ(A)gλ(B)

則稱gλ為λ的模糊測度。

令gi=g(xi)為變量xi(i=1,2,…,n)的模糊密度:

(1)

當gλ{x1,x2,…,xn}=1時,

(2)

則λ的值可以確定,其中g(shù)i的值可以利用專家調(diào)查法打分確定。當λ和gi(i=1,2,…,n)的值確定后,集合A?X的gλ模糊測度可由式(1)求解。

定義2:設(shè)有限集X={x1,x2,…,xn},h:X→[0,1]滿足h(x1)≤h(x2)≤…≤h(xn),則可測函數(shù)h關(guān)于λ的模糊測度gλ的Choquet模糊積分為:

1.2.2 SMILE 術(shù)前用4 g/L鹽酸奧布卡因滴眼液表面麻醉，沖洗結(jié)膜囊，消毒，再次表面麻醉后將術(shù)眼置于VisuMax全飛秒激光屈光手術(shù)系統(tǒng)（德國Carl Zeiss公司），顯微鏡下中心對位，負壓吸引固定術(shù)眼，開啟飛秒激光，先進行透鏡后表面切削，再進行透鏡前表面切削，120°位置制作2.5 mm角膜微切口取出基質(zhì)透鏡。角膜帽直徑7.5 mm，厚120 μm，基質(zhì)透鏡直徑6.5 mm，透鏡邊切及微切口邊切角度為90°。術(shù)后用藥：左氧氟沙星滴眼液連續(xù)點眼1周，4次/d；0.1%氟米龍滴眼液點眼1個月，第1周4次/d，后改為3次/d；人工淚液點眼2個月，4次/d。

(3)

式中:“°”為模糊算子;h(x0)=0;Ai={xi,xi+1,…,xn};δi=gλ(Ai)-gλ(Ai+1);gλ(An+1)=0。

1.2 模糊測度的計算

模糊測度是處于同一系統(tǒng)內(nèi)被評價因素的相對重要程度的度量數(shù)值。本文用層次分析法來計算模糊測度。層次分析法是一種多準則決策方法,可以對多指標、多層級的項目問題進行定性和定量分析,使復雜的問題清晰明了。先將問題分解成多個因素,再將這些因素按照隸屬關(guān)系組成遞階層次結(jié)構(gòu),通過事先確定的標度方法對各要素進行兩兩比較來確定各要素在系統(tǒng)中的相對重要程度,最后結(jié)合技術(shù)人員的意見,確定各要素的相對重要性排序。

本文采用9標度法得到比較值矩陣,對比較值數(shù)據(jù)進行歸納整理后得到判斷矩陣A。可使用算數(shù)平均法、幾何平均法、最小二乘法和特征根方法求解判斷矩陣A中各要素的權(quán)重。本文將使用特征根法計算滿足AW=λmaxW條件的特征值與特征向量。式中λmax為A的最大特征根;W為λmax的正規(guī)化特征向量;W的分量Wi(i=1,2,…,n)為對應的單因素元素的相對重要程度。

模糊測度表示的是屬性的重要程度,由定義1可知,gλ模糊測度取值范圍在0～1之間,且每個屬性的重要程度之和不必為1。為滿足要求,本文采用改進的方根法計算模糊測度[12]

(4)

(5)

其中,wi∈(0,1),則w=(w1,w2,…,wn),為指標的模糊測度。

1.3 鉆孔灌注樁施工風險評價模型

鉆孔灌注樁普遍存在的施工風險有掉鉆、卡鉆、斜孔、塌孔、卡管、堵管、灌注質(zhì)量缺陷等。本文對施工工序進行分解,結(jié)合實際工程中的地質(zhì)條件和現(xiàn)場設(shè)備、施工人員配置情況對施工工序逐項進行風險識別,列出風險因素清單,同時也使用問卷調(diào)查的方式向業(yè)主代表、設(shè)計院代表、施工方代表和行業(yè)內(nèi)專家征詢意見。最后結(jié)合風險因素清單和專家意見確定了最終的風險因素清單,建立層次結(jié)構(gòu)模型如表1所示。

表1 灌注樁施工風險評價指標模型

2 工程實例分析

本文以廣西荔浦市東環(huán)大橋工程為例,對該工程的鉆孔灌注樁施工安全風險進行評價。

東環(huán)大橋全長247 m,上部結(jié)構(gòu)采用8～30 m裝配式預應力先簡支后連續(xù)小箱梁設(shè)計,下部結(jié)構(gòu)的橋臺采用樁柱式橋臺,橋墩采用三柱式蓋梁墩,基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。

從鉆探資料可知,沿線橋梁橋位處上覆蓋層主要為黏土、卵石土,或者雜填土,下覆蓋層為泥巖,風化程度為強風化到微風化,且橋位處巖溶發(fā)育程度較低,橋梁基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ),樁基設(shè)計均按端承樁設(shè)計,樁端進入中風化巖層的深度不小于2 m,共使用直徑180 cm、長度17～37 m的灌注樁30根。

風險評價步驟如下:

第1步:將鉆孔灌注樁施工安全風險等級劃分為優(yōu)、良、中、差4個等級,等級的具體含義見表2。

表2 評價等級及說明

第2步:采用層次分析法求解模糊測度。通過現(xiàn)場調(diào)查和問卷調(diào)查,整理了工程技術(shù)人員對鉆孔灌注樁施工風險因素的重要性排序,并列表求解模糊測度,見表3-表7所示。

表3 第一層指標模糊測度

表4 第二層x1指標模糊測度

表5 第二層x2指標模糊測度

表6 第二層x3指標模糊測度

表7 第二層x4指標模糊測度

λmax=4,C.I.=0,R.I.=0.89,C.R.=0<0.1,滿足一致性檢驗。

λmax=3,C.I.=0,R.I.=0.52,C.R.=0<0.1,滿足一致性檢驗。

λmax=3,C.I.=0,R.I.=0.52,C.R.=0<0.1,滿足一致性檢驗。

λmax=3,C.I.=0,R.I.=0.52,C.R.=0<0.1,滿足一致性檢驗。

λmax=3,C.I.=0,R.I.=0.52,C.R.=0<0.1,滿足一致性檢驗。

第3步:求各層指標的λ值,計算各層指標集的λ模糊測度,結(jié)果見表8。

表8 鉆孔灌注樁評價指標模糊測度

第4步:由專家確定二層指標的模糊隸屬度評價矩陣。

利用Choquet模糊積分算子將二層指標的λ模糊測度值和評語ηi(i=1,2,3,4)下的模糊隸屬度值進行合成。

由矩陣H1計算指標x11,x12,x13在η1,η2,η3,η4下的Choquet模糊積分值為:

e1(η1)=0.601,e1(η2)=0.375,e1(η3)=0.146,e1(η4)=0

同理由矩陣H2、H3、H4計算指標x21,x22,x23,x31,x32,x33,x41,x42,x43在η1,η2,η3,η4下的Choquet模糊積分值,將結(jié)果整理得到一層指標x1,x2,x3,x4的Choquet模糊積分評價向量:

e1=(0.601,0.375,0.146,0)

e2=(0.196,0.561,0.194,0.223)

e3=(0.597,0.393,0.091,0)

e4=(0.332,0.428,0.203,0.115)

從而得到一層指標x1,x2,x3,x4在評語η1,η2,η3,η4下的Choquet模糊積分評價矩陣H,并歸一化得:

第5步:求得準則層指標模糊積分評價值為:

e(η1)=0.483,e(η2)=0.486,e(η3)=0.190,e(η4)=0.151

第6步:對指標x1,x2,x3,x4在評語η1,η2,η3,η4下的Choquet模糊積分評價值歸一化得:

e=(0.369,0.371,0.145,0.115)

按照最大隸屬度原則,可以判斷該工程鉆孔灌注樁施工安全等級為“良好”,需要進一步完善各項指標,從一層指標的Choquet模糊積分評價矩陣可知,該工程在防止卡鉆和堵管等方面措施較好,要繼續(xù)保持。

3 結(jié)語

基于Choquet模糊積分,建立了鉆孔灌注樁施工風險評價模型,并將其應用于廣西省荔浦市東環(huán)大橋項目的灌注樁施工風險評價,研究成果可為鉆孔灌注樁施工風險評價提供參考。