公路橋梁臺(tái)背回填質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究

梁濤+鄒道光楊豐華李蕊張久鵬裴建中

文章編號(hào)：1000033X（2016）12011805

收稿日期：20160520

摘要：運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評(píng)判法評(píng)價(jià)臺(tái)背回填工程的質(zhì)量，并對(duì)回填工程的實(shí)際沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明：用層次分析法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果比用模糊綜合評(píng)判法得到的結(jié)果更準(zhǔn)確；但層次分析法僅能判斷臺(tái)背回填質(zhì)量的相對(duì)優(yōu)劣，而模糊綜合評(píng)判可給出各臺(tái)背回填工程的分?jǐn)?shù)，可同時(shí)對(duì)大量回填工程的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判。

關(guān)鍵詞：臺(tái)背回填；質(zhì)量評(píng)價(jià)；層次分析；模糊綜合評(píng)判

中圖分類號(hào)：U414.03文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Quality Assessment of Backfilling of Highway Bridge Abutment

LIANG Tao1， ZOU Daoguang2， YANG Fenghua3， LI Rui2， ZHANG Jiupeng2， PEI Jianzhong2

（1. Tongchuan Highway Administration， Tongchuan 727031， Shaanxi， China； 2. School of Highway，

Changan University， Xian 710064， Shaanxi，China； 3. Department of Management Engineering，

Shaanxi Railway Institute， Weinan 714000， Shaanxi， China）

Abstract： To evaluate the construction quality of backfilling of highway bridge abutment， analytic hierarchy process （AHP） and fuzzy comprehensive evaluation（FCE） methods were applied to make a comparison， and the settlement monitoring data of abutment backfilling were used to validate the reliability of the methods. Furthermore， the scope of application was analyzed. The study shows AHP is more accurate when compared with FCE. The former method can only decide the relative merits of given backfilling， while the latter can grade the construction of a great number of backfilling projects and evaluate the quality simultaneously.

Key words： abutment backfilling； quality assessment； analytic hierarchy process； fuzzy comprehensive evaluation

0引言

隨著高速公路的建設(shè)，橋梁、隧道和涵洞等構(gòu)筑物所占比重不斷增大[13]。許多工程在建成通車不久后就出現(xiàn)大量病害，其中臺(tái)背回填中路橋過渡段出現(xiàn)的橋頭“跳車”是最常見的病害類型之一，給道路結(jié)構(gòu)及駕駛員帶來的安全隱患不容小覷[45]。

很多研究者運(yùn)用力學(xué)模型和數(shù)學(xué)方法構(gòu)建臺(tái)背回填路堤的沉降預(yù)測(cè)模型以及橋臺(tái)對(duì)臺(tái)后填土的力學(xué)響應(yīng)模型，分析橋頭“跳車”的動(dòng)力響應(yīng)問題等[68]。在臺(tái)背回填中哪種設(shè)計(jì)因素或哪個(gè)回填措施的改變對(duì)臺(tái)背回填的質(zhì)量影響更大，是施工的關(guān)鍵。因此，適當(dāng)分析已有臺(tái)背回填方案，找到臺(tái)背回填質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素，是本文研究的主要內(nèi)容。

1評(píng)價(jià)模型的選擇

按照使用的數(shù)學(xué)方法，一般的數(shù)學(xué)模型主要分為3類：確定性模型、隨機(jī)性模型和模糊性模型。確定性模型是指實(shí)際研究對(duì)象之間具有明確關(guān)系，可用方程式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖等表示的關(guān)系，使用的方法多為經(jīng)典數(shù)學(xué)方法；隨機(jī)性模型指實(shí)際研究對(duì)象具有一定的隨機(jī)性，通常選擇概率統(tǒng)計(jì)及隨機(jī)過程等理論確定其模型；模糊性模型則指實(shí)際研究對(duì)象及其關(guān)系具有模糊性，在分析這些問題時(shí)，常常需要借助模糊理論和模糊邏輯等。

由于臺(tái)背回填中的影響因素較多，相互之間又有一定的交叉影響，且影響因素之間具有一定的模糊性，所以先考慮使用模糊性模型進(jìn)行分析。從原理來講，層次分析法和模糊綜合評(píng)判都適用于工程問題的分析[910]。因此，本文分別采用層次分析法和模糊綜合評(píng)判法對(duì)臺(tái)背回填質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2層次分析法分析臺(tái)背回填質(zhì)量

2.1層次分析法概述

層次分析法用于解決由于因素的不確定性造成人們?cè)诒容^、判斷、評(píng)價(jià)、決策時(shí)難以量化，從而不能準(zhǔn)確判斷的問題。

2.2層次分析法計(jì)算步驟

2.2.1建立層次結(jié)構(gòu)模型

層次結(jié)構(gòu)模型通常包括3個(gè)部分：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。目標(biāo)層是層次分析法中的最高層，是需要分析的實(shí)際問題；準(zhǔn)則層是中間層，具體內(nèi)容為實(shí)際問題的影響因素；方案層則是層次分析法中的最底層，具體內(nèi)容是解決實(shí)際問題的具體方案。其中，準(zhǔn)則層可以按照影響因素的復(fù)雜程度分成若干層，但每一層中的元素最好不要超過9個(gè)，否則會(huì)因元素過多而造成困難，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1最佳方案選擇的層次結(jié)構(gòu)

2.2.2各構(gòu)造層次的成對(duì)比較矩陣

在準(zhǔn)則層中，各因素對(duì)上一層因素的相對(duì)重要程度不同，因此需要對(duì)全部因素作兩兩相互對(duì)比，從而得到成對(duì)比較矩陣。因素比較之后的重要性按照重要性標(biāo)度表1取值。

根據(jù)表1可計(jì)算圖1中結(jié)構(gòu)的比較矩陣，準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的成對(duì)比較矩陣A=（aij）5×5（i，j=1、2、

3、4、5）和方案層對(duì)準(zhǔn)則層的成對(duì)比較矩陣Bk=（bij）3×3（i，j=1、2、3；k=1、2、3、4、5）。其中，aij表示因素Bi與Bj對(duì)選擇最佳方案G的重要性之比，bij表示方案Di與Dj對(duì)于準(zhǔn)則Bk的優(yōu)越性的比較尺度。

3模糊綜合評(píng)判法評(píng)價(jià)臺(tái)背回填質(zhì)量

3.1模糊綜合評(píng)判法的步驟

運(yùn)用模糊綜合評(píng)判法評(píng)判工程質(zhì)量時(shí)一般分為2步：先對(duì)每個(gè)因素進(jìn)行單因素評(píng)判；再對(duì)所有因素進(jìn)行綜合評(píng)判。

在具體評(píng)判中，首先要確定影響因素，建立影響因素集U；其次判斷各因素的權(quán)重，建立因素權(quán)重集G；然后對(duì)評(píng)判的對(duì)象建立備擇集V；進(jìn)而對(duì)每一個(gè)影響因素進(jìn)行單因素評(píng)判，得到每一個(gè)影響因素對(duì)備擇集的隸屬程度，并構(gòu)成判斷矩陣R；接下來進(jìn)行綜合評(píng)判，可表示為Q=GR，其中，為模糊算子；最后，根據(jù)評(píng)判方法做出評(píng)判或計(jì)算綜合評(píng)判值。

評(píng)判方法一般有最大隸屬度法、加權(quán)平均法和模糊分布法。最大隸屬度法僅考慮最大評(píng)判指標(biāo)的貢獻(xiàn)而舍去了其他評(píng)判指標(biāo)的影響；因此，當(dāng)最大評(píng)判指標(biāo)不止一個(gè)的時(shí)候，無法使用最大隸屬度法，一般選擇加權(quán)平均法，加權(quán)平均法無法用于非數(shù)性量對(duì)象的評(píng)判，模糊分布法則是將評(píng)判指標(biāo)歸一化后直接作為評(píng)判結(jié)果。在評(píng)判工程質(zhì)量時(shí)，對(duì)于最后的評(píng)判指標(biāo)處理多選用最大隸屬度法。

上述評(píng)判步驟為一級(jí)模糊綜合評(píng)判，它是模糊綜合評(píng)判的基本步驟和初始模型。但是，一級(jí)模糊綜合評(píng)判法僅適用于比較簡(jiǎn)單的問題，對(duì)于影響因素較多的問題，一級(jí)模糊綜合評(píng)判難以給出合理的結(jié)果，必須采用多級(jí)模糊綜合評(píng)判法。

多級(jí)模糊綜合評(píng)判就是多次疊加的一級(jí)模糊綜合評(píng)判。在多級(jí)綜合模糊評(píng)判中，由于涉及到的因素較多，可先根據(jù)因素性質(zhì)的不同進(jìn)行分類，然后對(duì)每一類中各個(gè)因素進(jìn)行評(píng)判，最后再在各類之間進(jìn)行綜合評(píng)判；或者當(dāng)因素可以分為多個(gè)層次的時(shí)候，可先按最低層次的各因素進(jìn)行評(píng)判，然后層層遞進(jìn)直至最高層次，最終得到總的評(píng)判結(jié)果。

3.2模糊綜合評(píng)判在臺(tái)背回填工程中的應(yīng)用

本節(jié)先采用層次分析法確定臺(tái)背回填影響因素的權(quán)重，再通過一級(jí)模糊綜合評(píng)判模型判斷臺(tái)背回填質(zhì)量。

（1）建立因素集。影響臺(tái)背回填的主要因素有地基處治、回填材料、橋臺(tái)類型、填土高度、地基土質(zhì)和施工狀況等。因此，因素集U={地基處治，回填材料，橋臺(tái)類型，填土高度，地基土質(zhì)，施工狀況}。

（2）建立權(quán)重集。根據(jù)層次分析法計(jì)算結(jié)果，可以得到權(quán)重集G={0.256 3，0.144 8，0.032 7，0398 4，0.040 9，0.126 8}。

（3）建立備擇集。因?yàn)樵u(píng)判目的是判斷臺(tái)背的回填質(zhì)量，總評(píng)判結(jié)果應(yīng)該是質(zhì)量等級(jí)。因此，備擇集V={優(yōu)，良，中，差}。其中，

“優(yōu)”表示各設(shè)計(jì)內(nèi)容完全達(dá)到規(guī)范要求，施工狀況良好，臺(tái)后過渡段無“跳車”現(xiàn)象，評(píng)分為90～100。

“良”表示各設(shè)計(jì)內(nèi)容完全達(dá)到規(guī)范要求，施工狀況滿足要求，臺(tái)后過渡段有較小沉降差，基本不發(fā)生“跳車”現(xiàn)象，評(píng)分為80～89。

“中”表示各設(shè)計(jì)內(nèi)容基本達(dá)到規(guī)范要求，施工狀況滿足要求，臺(tái)后過渡段有輕微“跳車”現(xiàn)象，評(píng)分為60～79。

“差”表示設(shè)計(jì)內(nèi)容未達(dá)到規(guī)范要求，施工狀況不滿足要求，臺(tái)后過渡段產(chǎn)生“跳車”現(xiàn)象，評(píng)分小于60。

（4）單因素模糊評(píng)判。針對(duì)工程1臺(tái)背回填工程的每一個(gè)因素進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，得到單因素評(píng)價(jià)結(jié)果R1=（0.7，0.3，0，0），R2=（0.4，0.6，0，0），R3=（0.5，0.5，0，0），R4=（0.2，0.7，0.1，0），R5=（0，0.3，0.6，0.1），R6=（0，0.9，0.1，0）。

（5）模糊綜合評(píng)判。運(yùn)用一級(jí)模糊綜合評(píng)判計(jì)算評(píng)判指標(biāo)Q=GR={0.256 3，0.398 4，0100 0，0040 9}。

（6）評(píng)判指標(biāo)的處理。采用模糊分布法，歸一化得到QT={0.322，0.500，0.126，0.052}。

為了對(duì)臺(tái)背回填質(zhì)量有較為直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)評(píng)價(jià)集中的優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)進(jìn)行量化，得到V={優(yōu)，良，中，差}=[95，85，70，50]T。然后得到工程的質(zhì)量評(píng)分為S=QTV=0.322×95+0.5×85+0126×70+0052×50=84.51。

由計(jì)算結(jié)果可知，84.51處在80～89范圍內(nèi)，因此，工程1的臺(tái)背回填質(zhì)量為良。

根據(jù)上文所述的評(píng)價(jià)方法和計(jì)算步驟，可以計(jì)算得到不同臺(tái)背的回填質(zhì)量，只要因素集、備擇集的選擇和評(píng)價(jià)指標(biāo)一致，即可將各工程的最后評(píng)分進(jìn)行比較，從而根據(jù)各工程的得分高低，判斷各工程的優(yōu)劣。

4結(jié)語

（1）由于臺(tái)背回填中的影響因素較多，且相互之間又有一定的交叉影響，準(zhǔn)確判斷各因素對(duì)臺(tái)背回填質(zhì)量的影響比重較為困難。因此，選擇層次分析法和模糊綜合評(píng)判法來評(píng)價(jià)臺(tái)背回填質(zhì)量。

（2）層次分析法的優(yōu)勢(shì)在于，通過建立比較矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，來降低人為主觀因素的干擾，使經(jīng)過計(jì)算得到的各影響因素的臺(tái)背回填質(zhì)量權(quán)重較為準(zhǔn)確。通過這一方法，既可以得到臺(tái)背回填質(zhì)量影響因素中的關(guān)鍵影響因素，還可以對(duì)各工程的臺(tái)背回填質(zhì)量排序，進(jìn)行方案比選。

（3）模糊綜合評(píng)判法的優(yōu)勢(shì)是可以判斷出每個(gè)臺(tái)背回填質(zhì)量的優(yōu)劣，并可以通過打分的方式給臺(tái)背回填工程的質(zhì)量一個(gè)分?jǐn)?shù)。在相同評(píng)判指標(biāo)下，根據(jù)分?jǐn)?shù)的不同，可以對(duì)各個(gè)臺(tái)背回填工程的回填質(zhì)量進(jìn)行比較。

（4）當(dāng)影響因素較多或較為復(fù)雜的時(shí)候，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)綜合模糊評(píng)判失效的問題。可先采用層次分析法確定各影響因素的權(quán)重，再使用一級(jí)綜合模糊評(píng)判模型對(duì)臺(tái)背回填質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判，避免了綜合模糊評(píng)判失效。

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[責(zé)任編輯：杜敏浩]