基于灰色關聯(lián)度的樁基礎選型的研究

方俊

[摘 要]樁基礎是當今常用的基礎形式之一，而樁基礎的選型在基礎工程中則顯得尤為重要。若樁基選型不合理，將導致企業(yè)蒙受損失。本文應用灰色關聯(lián)度理論，有效地解決了樁基優(yōu)化問題，為企業(yè)在今后從事項目活動中提供參考及借鑒。

[關鍵詞]樁基礎；灰色關聯(lián)度；樁基優(yōu)化

10. 13939/j. cnki. zgsc. 2016. 04. 136

1 工程概況

天瑞萬象城，位于西雙版納景洪市，總投資約為4億元，周邊居住環(huán)境成熟，坐擁多個知名別墅居住區(qū)及住宅社區(qū)，該項目建筑面積21萬平方米。由于周邊地質情況復雜，樁基方案經過專家反復考察及論證，最終提出了四種樁型可供選擇：預制砼靜壓樁、鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、人工挖孔樁。由于考慮到預制砼靜壓樁的初期成本較低，且便于業(yè)主方管理，最終選擇了該種方案，但由于該地區(qū)地基情況較為復雜，從而在施工過程中出現(xiàn)了以下幾個問題：

（1）土質較硬的區(qū)域在壓樁時出現(xiàn)部分預制管樁斷裂、移位等情況。無法完全將樁壓至設計標高，達不到設計承載力的要求。

（2）當地沒有預制管樁廠，管樁需要從距離景洪市500多千米的玉溪市運輸過來，造成預制管樁運輸不及時，打樁工作效率低下，無法按期完工，且造成了大量工人的窩工。施工單位無法正常進行接下來的主體施工，多次催促樁基工程進度未果，給業(yè)主方造成了不必要的索賠。

在現(xiàn)代的樁基礎工程實踐中，開發(fā)了大量的樁型，對于某一項具體的工程來說，樁型的選擇是一個需要慎重對待的問題。樁基設計應該盡可能選用技術性能更好、經濟效益更高以及更適合現(xiàn)有施工條件的樁型。[1]樁基選型常采用的方法為“主要因素法”和“模糊綜合評價法”。“主要因素法”是考慮初期成本最低或是工期最短的方案作為“最優(yōu)”方案，但這必將導致無法定量的指標被忽略，從而造成最終方案并非真正的“最優(yōu)”方案。“模糊綜合評價法”是構建一個模糊矩陣，并通過專家確定權重值。綜合模糊評價為了確定指標隸屬度，在指標特征化中，使一些本來確定的白化值變成區(qū)間模糊值，由此出現(xiàn)誤差，甚至導致反結論。[2]

本文通過灰色系統(tǒng)理論中的灰色關聯(lián)度，對樁樁基礎的方案進行分析和優(yōu)選，并引用層次分析法確定各評價指標的權重值，使得權重方面更加具有客觀性，以此作為評判樁基方案優(yōu)劣的決策依據。

2 應用灰色理論方法進行樁基選型

2. 1 評價指標的量化

分別從造價、工期、安全、環(huán)境、可靠性及其復雜程度6個方面對樁基礎的四種類型進行評價。其中造價和工期為定量指標，可按實際要求計取，而其余指標為定性指標，由各經驗豐富的專家將其進行量化，以0～1之間的數值記取，如

由此可計算關聯(lián)系數，結果如表4所示。

2. 5 計算關聯(lián)度

最終由各項指標在方案決策中的影響程度不同，應該對關聯(lián)度進行加權計算：

ri=[DD（]m[]k=1[DD）]w（k）·ζi（k）（i=1，2，…，n）（5）

式（5）中，w為各指標在方案決策中的權重。

3 關于權重的確定

在我國以往的研究中，采用模糊綜合評判法來進行樁基選型，其權重值主要是通過人的主觀來判斷的，當因素太多時，很難分配權數，從而造成了所選的方案并非“最優(yōu)”方案。為了使得評價目標的權重值更加客觀準確，本文引用層次分析法（AHP）來進行確定各評價指標的權重值。該方法由美國著名運籌學家薩蒂（T. L. Satty，1998）提出把定性與定量分析結合起來的層次權重決策分析方法，具有分層漸進的特點，由于它在處理復雜決策問題上的實用性和有效性，很快在世界范圍內得到了廣泛應用。[3]

層次分析法適用于多準則、多目標的復雜問題的決策分析，層次分析法的基本內容如下：首先根據問題的性質和要求，提出一個兩兩對比的方法確定相應上一目標層的權數，層層分析下去，直到最后一層，即能給出所有的因素相對于總目標而言，按照其重要性程度進行的一個排序。

首先建立層次結構圖，此結構圖分為三個層次：目標層、標準層及決策層。如下圖所示。

層次結構圖

由上圖可知，為了得到最佳的樁基礎方案，是分別從造價、工期、安全性、環(huán)境污染、可靠性及其施工復雜程度方面來進行衡量的。這就需要求出標準之間的權重值。由表5可知各標準兩兩比較求得相對權重值。

2，4，6，8[]上述兩相鄰判斷的中值

根據每個標準間的相對權重，將這6個標準進行兩兩比較，得出標準之間兩兩比較矩陣如表6所示。

求出兩兩比較矩陣每一列的總和，兩兩比較矩陣的每一元素除以其相對應列的總和，所得商為標準兩兩比較矩陣，并計算出標準兩兩比較矩陣的每一行的平均值，該值就是各指標的權重值。通過標準之間的兩兩比較矩陣，求得標準的特征向量為（0. 253，0. 114，0. 463，0. 030，0. 070，0. 070），即造價權重為0. 253，工期權重為0. 114，安全性權重為0. 463，環(huán)境影響權重為0. 030，可靠性權重為0. 070，復雜程度權重為0. 070。

為了防止判斷結果與實際情況偏差過大，需要對評價的矩陣中每一個權重值進行一致性檢驗。

由標準之間的兩兩比較矩陣與權重值之乘積，所得的向量為賦權和向量。如下所示：

由于CR≤0. 1，則認為兩兩比較矩陣之間的一致性可以接受，其相應求得的特征向量有效。

4 關聯(lián)度的加權計算

根據灰色系統(tǒng)理論的關聯(lián)度原理，四種方案的優(yōu)化順序依次是：沉管灌注樁>鉆孔灌注樁>預制砼靜壓樁>人工挖孔樁。所以最終選擇沉管灌注樁作為本工程的“最優(yōu)”方案。

5 結 論

在本案例中，之所以在施工過程中出現(xiàn)了各種問題，是由于選擇了預制砼靜壓樁的方案所造成的，最終通過本文分析，選擇采用沉管灌注樁，根據其施工工藝，避免了管樁斷裂的問題，而且由于是現(xiàn)場灌注，也不可能存在由于運距遠所造成的工期拖延。

通過引入灰色關聯(lián)度的方法，不僅解決了“主觀因素法”中容易忽略無法定量指標的問題，而且克服了模糊綜合評判法中對于權重確定的主觀性。

結合實際工程情況，樁基礎選型量化指標表內的系數是不斷變化的，我們應根據不同的環(huán)境選擇合理的樁基類型。在其他項目中，選擇預制砼靜壓樁方案將可能優(yōu)于沉管灌注樁，不能僅僅看到初期成本低，就片面地選擇成本最低的方案。該方法在保證樁基結構安全性的基礎上，降低了工程造價，并且極大地縮短了工期，使企業(yè)在項目活動中取得良好的經濟效益。

參考文獻：

[1]張忠苗. 樁基工程 [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]康彥民. 公路工程建設項目的綜合經濟評價與決策分析 [J].公路交通科技，2001（2）：87.

[3]胡新萍，王芳. 模糊綜合評價法在既有建筑節(jié)能改造評估中的應用 [J].建筑技術，2014（9）：95-96.