層次分析法在深基坑支護系統方案優選中的應用

摘要：在建筑工程招標過程中，評標是一個十分棘手的問題，將層次分析法應用到深基坑支護系統方案的優選中，根據系統的特點和基本原則，建立起層次結構模型。通過層次總排序得到競標方案的優劣排序，使評標過程更加全面、科學、公正、準確。

關鍵詞：基坑支護方案優選層次分析法權重

0 引言

武漢市世界貿易中心工程地處漢口解放大道中段原武漢展覽館舊址，規劃占地面積約8萬m²，工程將分兩期完成。一期工程包括28層高商住寫字樓l棟和9層的裙樓，地下室均為2層，基坑開挖深度為11.0m，面積達3.6萬m²，屬于大型深基坑工程。該工程的建規模和基坑開挖面積國內名列前茅，在全國影響很大。國內有十多家施工和設計單位參加深基坑支護系統方案的投標，經過初選確定6家單位入圍參加最后的競標。如何從眾多投標方案中優選出最佳方案，是巖土工程領域中一個十分棘手的難題。本文提出應用層次分析法對深基坑支護系統方案進行選優。

1 層次分析方法

層次分析法作為系統工程中對非定量事件一種評價分析方法是1973年由美國學者A.L.薩蒂(A.1.Saaty)最早提出的，(原名為The Analyticl Hierarchy Process)簡稱AHP法。層次分析法是首先將復雜的問題層次化。根據問題和要達到的目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型。根據系統的特點和基本原則，對各層的因素進行對比分析，引入1一9比率標度方法構造出判斷矩陣，用求解判斷矩陣最大特征根及其特征向量的方法得到各因素的相對權重；最終通過計算最低層——各投標方案相對于最高層即最佳方案的相對權重值，得到竟標方案的優劣排序。

層次分析法的基本步驟如下：①建立層次結構模型；②構造判斷矩；③層次單排序及其一致性檢驗；④層次總排序及其一致性檢驗。

2 工程概況及投標方案簡介

2.1 建筑場區環境 工程地處漢口鬧市中心的解放大道中段，建筑場區環境比較復雜。北面緊靠解放大道，東鄰游子鄉大廈，西側為協和廣場，南抵該項目二期工程場地。

2.2 工程地質和水文地質條件 該工程場地地層屬長江一級階地，為第四紀全新世長江沖洪積地層，土層分布從上到下依次為雜填土(0.5-3.40m)、粘土(0.6-6.95m)、粉土(1.10-8.10m)、粉砂(6.4-16.50m)、粉細砂(7.0-23.50m)、粉質粘土(0.0-6.70m)、中粗砂夾礫石(1.9-5.0m)及卵石層(3.4-12.0m)，基巖為泥質強風化頁巖。場區有兩層地下水。表層填土中為上層滯水，水位在地面下1.0m左右；由大氣降水和城市生活廢水補給，水量較小。深層承壓水埋藏于粉細砂層至卵石層中，承壓水頭高度隨季節和長江水位影響；枯水期地下水位在地面下5.0-6.0m左右，豐水期地下水位在地面下1.0m左右。

3 建立層次結構模型

深基坑支護系統的設計是一個相當復雜的系統工程，除支護結構設計之外，還包括止水降水措施、施工組織、工程監測及應急方案等內容；影響因素眾多，如工程的建筑特點、工程地質條件、水文地質條件、建筑場地的周邊環境、施工技術及設備等等。基坑支護系統的設計必須滿足安全性、經濟性和可行性這三個基本要求；對于市區工程環境保護及文明施工也是十分重要的。因此，可以從安全可行、經濟合理、保護環境、施工便捷四個方面，選擇了19個指標來評價深基坑支護系統方案的優劣，建立層次結構模型。

4 確定評判原則，構造判斷矩陣及層次單排序計算

根據深基坑支護系統方案的層次結構模型，將同一層次中的因素相對于上一層次中的某個因素，采用1一9比率標度方法兩兩成對比較，構造出判斷矩陣。各層中的因素兩兩成對進行比較時，評判的標準并不是一成不變的，而是根據工程的特點、周邊環境、工程地質和水文地質條件以及工期的要求等等方面的情況決定的。對于武漢市世界貿易中心一期基坑支護工程，在構造判斷矩陣時應遵循以下原則：

4.1 相對于目標層——最佳方案而言，深基坑支護系統方案的安全性、經濟性與可行性三者的關系是辯證統一的，不可偏廢。即在滿足安全要求與可行的前提下，使基坑支護工程的總投資最少；同時注意保護環境，盡量縮短工期。

4.2 相對于準則層而言，該工程地處長江一級階地，具有典型的二元結構特征。上部為粘性土，下部為砂性土，總的趨勢是從淺到深土顆粒逐漸變粗，滲透系數逐漸增大。地下水豐富，承壓水頭高，且受季節和長江水位的影響，地下水的處理顯得格外突出。基坑開挖深度，基坑底部落在粉土或粉砂層中，土層呈軟塑狀態，含水飽和，滲透性較大，極易產生坑底涌砂冒水、坑壁管涌及失穩等不良現象，由此而引發的工程事故累見不鮮。可見基坑側壁止水及基底降水措施與基坑支護結構密不可分且具有同等的重要性。

4.3 對于指標深基坑支護系統方案的先進性，主要從以下幾個方面體現：一是支護結構設計時，首選主動支護結構或者被動加固與主動支護結構相結合的形式，其次為被動支護結構形式。二是充分利用建筑場地條件，應首先考慮放坡開挖。如果條件受到限制，可考慮局部放坡或者部分放坡。這種組合方式可降低支擋結構的高度，減小支擋結構的負荷與內力，從而降低支護結構的費用，提高坑壁的穩定性。

4.4 基坑地下水治理方案的設計應遵循主動止水與降水減壓相結合綜合治理的指導思想。在具有典型二元結構特征的地質條件下，深井(即完整井)對有效降低水位和減少周圍環境影響，以及節約造價等方面來說都是優選的。坑壁止水措施應盡量與支護結構相結合，以降低造價。層次總排序就是基于層次單排序的結果計算方案層中的各投標方案相對目標層的相對權重，依此確定竟標方案的優劣排序。這一過程是從最高層次到最低層次逐層進行的。

5 結語

在武漢市世界貿易中心工程深基坑支護系統方案的評標中，采用層次分析法得到的最佳方案與實際中標方案是一致的。由此可見，文中構造的層次結構模型基本能夠表達深基坑支護系統狀況和特點；將層次分析法應用到深基坑支護系統方案的優選中，能夠使評標過程更加全面、科學、公正、準確。