基于模糊綜合評價的軟土地基橋背路堤設計方案選定

張有春 張艷娟

（灤南交通建設開發公司）

基于模糊綜合評價的軟土地基橋背路堤設計方案選定

張有春 張艷娟

（灤南交通建設開發公司）

軟土地基上的橋頭路段特別容易出現橋頭跳車現象，本文結合灤海公路的建設，對多種軟土地基橋背路堤處理方案進行了深入比較，結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，建立了評價指標體系，進行了科學客觀的方案選定，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

隨著社會經濟的快速發展，我國各地都加大了基礎設施的建設力度，特別是道路基礎設施的建設成就成績斐然。公路建設過程中，有些地區受到地形、地質條件的限制，不得不將公路建設在軟土地基上，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生較大的差異沉降，導致橋頭跳車，進而影響運行安全性與舒適性。為解決之一問題，廣大工程技術人員進行了多種研究，也得到了許多成果，如采用粉煤灰混合料等輕質材料填筑橋背路堤以減小地基附加應力[1-3]，增強地基處理，減小地基沉降等[4]。

對于眾多的橋背路堤設計方案，各有其優點和缺點，其技術經濟適用性必須結合實際工程，經過科學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、社會經濟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行優化選定。

1 模糊綜合評價方法的應用步驟

模糊綜合評價方法是一種科學決策方法，該方法是運用模糊數學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學方法，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重，分析步驟如圖1所示。

2 工程應用實例分析

2.1 工程概況

灤海公路是唐山市灤南縣與唐海縣之間的一條干線公路，地處沿海地區，沿線地質條件復雜，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用

（1）確定備選集（橋背路堤處理方案）

根據唐港跨線橋0#臺背所處位置的工程地質、水文等情況，以及公路行車的基本要求，確定處多個技術經濟均為可行的技術方案，作為備選集。本文擬定5個處理方案進行比選，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震動壓路機壓實；Ⅴ水泥攪拌樁地基處理+液態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，環境影響4，施工工期5，沉降情況6｝。

（3）技術經濟指標體系的建立

表1 技術經濟指標體系及組成

根據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，邀請有關專家對各個指標進行描述，結果詳見表1。

（4）確定隸屬度

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

利用隸屬度函數式

得出各個方案的評判矩陣R：

（5）確定權重矩陣

根據各項指標的相對重要度，按照0—4的數字來表示各項指標對于方案選定的重要程度，專家打分匯總結果見表2。

表2 各因素權重值

根據表2的計算結果，得到模糊綜合評價的權重矩陣計算結果如下：

（6）得到優選結果

將權重矩陣A與歸一化處理后的評判矩陣R0相乘，即可得評判結果矩陣B如下：

根據最大隸屬度原則，5個方案優劣排列順序為：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選定結果是：碎石樁+水泥攪拌樁地基處理+毛石分層填筑至路堤頂面+50t震動壓路機壓實。

3 結束語

影響軟土地基上橋背路堤設計方案的因素眾多，既有定性因素，又有定量因素，模糊綜合評價方法能夠將定性指標相對量化，結合專家打分評判，得到權重矩陣，可以相對科學的選定最優的處理方案，減少過往過度依賴設計者經驗的做法與缺點，有利于橋頭路堤方案選擇的科學性與客觀性，從而得到最佳方案、減少橋頭跳車的可能性。