基于模糊綜合評價的軟土地基橋背路堤設(shè)計方案選定

張有春 張艷娟

（灤南交通建設(shè)開發(fā)公司）

基于模糊綜合評價的軟土地基橋背路堤設(shè)計方案選定

張有春 張艷娟

（灤南交通建設(shè)開發(fā)公司）

軟土地基上的橋頭路段特別容易出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象，本文結(jié)合灤海公路的建設(shè)，對多種軟土地基橋背路堤處理方案進(jìn)行了深入比較，結(jié)合各個方案選擇的多因素與模糊性特征，基于模糊綜合評價方案，建立了評價指標(biāo)體系，進(jìn)行了科學(xué)客觀的方案選定，得出了最佳方案，避免了方案選擇的主觀性與片面性的問題。

橋背路堤；方案選定；軟土地基；模糊綜合評價

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國各地都加大了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，特別是道路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成就成績斐然。公路建設(shè)過程中，有些地區(qū)受到地形、地質(zhì)條件的限制，不得不將公路建設(shè)在軟土地基上，由于軟土地基在荷載作用下的沉降量一般較大，可能造成橋背路段橋梁與路堤之間產(chǎn)生較大的差異沉降，導(dǎo)致橋頭跳車，進(jìn)而影響運行安全性與舒適性。為解決之一問題，廣大工程技術(shù)人員進(jìn)行了多種研究，也得到了許多成果，如采用粉煤灰混合料等輕質(zhì)材料填筑橋背路堤以減小地基附加應(yīng)力[1-3]，增強(qiáng)地基處理，減小地基沉降等[4]。

對于眾多的橋背路堤設(shè)計方案，各有其優(yōu)點和缺點，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性必須結(jié)合實際工程，經(jīng)過科學(xué)可觀的論證而后選定，但是各個方案的影響因素眾多，既有工程造價、施工工期等定量因素，又有實施難度、社會經(jīng)濟(jì)影響等不可定量因素，而模糊綜合評價方法具有客觀識別與比較各種綜合因素的能力，并且在橋梁多方案選擇中應(yīng)用廣泛、效果良好[5] [6]。本文將基于模糊綜合評價方法，對軟土地基上的橋背路堤方案選擇進(jìn)行優(yōu)化選定。

1 模糊綜合評價方法的應(yīng)用步驟

模糊綜合評價方法是一種科學(xué)決策方法，該方法是運用模糊數(shù)學(xué)的理論對定量與定性因素加以處理，使之能夠相互比較的一種數(shù)學(xué)方法，并且能夠計算與分析各種不同影響因素的相互重要程度及其權(quán)重，分析步驟如圖1所示。

2 工程應(yīng)用實例分析

2.1 工程概況

灤海公路是唐山市灤南縣與唐?？h之間的一條干線公路，地處沿海地區(qū)，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，既有軟基、又有深厚的地震液化砂層。本次研究的是樁號為K24+382.18的唐港跨線橋0#臺背處理工程。

2.2 模糊綜合評價方法的應(yīng)用

（1）確定備選集（橋背路堤處理方案）

根據(jù)唐港跨線橋0#臺背所處位置的工程地質(zhì)、水文等情況，以及公路行車的基本要求，確定處多個技術(shù)經(jīng)濟(jì)均為可行的技術(shù)方案，作為備選集。本文擬定5個處理方案進(jìn)行比選，備選集如下：

U=｛Ⅰ碎石樁地基處理+分層填筑8%石灰土路堤地頂面+普通壓路機(jī)壓實；Ⅱ碎石樁地基處理+毛石分層填筑至路堤頂面+50t震動壓路機(jī)壓實；Ⅲ碎石樁+水泥攪拌樁地基處理+毛石分層填筑至路堤頂面+50t震動壓路機(jī)壓實；Ⅳ碎石樁地基處理+砂礫分層填筑至路堤頂面+50t震動壓路機(jī)壓實；Ⅴ水泥攪拌樁地基處理+液態(tài)粉煤灰填筑至路堤頂部｝。

（2）確定影響因素集

影響橋背路堤方案選擇的因素眾多，既有定量因素，又有定性描述而無法或不易定量的因素，本文確定影響因素集合為：V=｛承載能力1，工程造價2，施工難度3，環(huán)境影響4，施工工期5，沉降情況6｝。

（3）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系的建立

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系及組成

根據(jù)灤海公路的具體工程特點，以及確定的備選集與影響因素集，邀請有關(guān)專家對各個指標(biāo)進(jìn)行描述，結(jié)果詳見表1。

（4）確定隸屬度

把定性指標(biāo)量化得到各因素指標(biāo)的特征值矩陣F（定性指標(biāo)用0～9之間的數(shù)字表征其相對差別，并以數(shù)字越小越好）：

利用隸屬度函數(shù)式

得出各個方案的評判矩陣R：

（5）確定權(quán)重矩陣

根據(jù)各項指標(biāo)的相對重要度，按照0—4的數(shù)字來表示各項指標(biāo)對于方案選定的重要程度，專家打分匯總結(jié)果見表2。

表2 各因素權(quán)重值

根據(jù)表2的計算結(jié)果，得到模糊綜合評價的權(quán)重矩陣計算結(jié)果如下：

（6）得到優(yōu)選結(jié)果

將權(quán)重矩陣A與歸一化處理后的評判矩陣R0相乘，即可得評判結(jié)果矩陣B如下：

根據(jù)最大隸屬度原則，5個方案優(yōu)劣排列順序為：方案Ⅲ＞方案Ⅳ＞方案Ⅱ＞方案Ⅰ＞方案Ⅴ，即本工程的橋背路堤處理方案的最優(yōu)選定結(jié)果是：碎石樁+水泥攪拌樁地基處理+毛石分層填筑至路堤頂面+50t震動壓路機(jī)壓實。

3 結(jié)束語

影響軟土地基上橋背路堤設(shè)計方案的因素眾多，既有定性因素，又有定量因素，模糊綜合評價方法能夠?qū)⒍ㄐ灾笜?biāo)相對量化，結(jié)合專家打分評判，得到權(quán)重矩陣，可以相對科學(xué)的選定最優(yōu)的處理方案，減少過往過度依賴設(shè)計者經(jīng)驗的做法與缺點，有利于橋頭路堤方案選擇的科學(xué)性與客觀性，從而得到最佳方案、減少橋頭跳車的可能性。