基于層次分析法的棧橋安全穩定性監控指標探究

唐中華 許中偉 申祥國 廖雅杰 李治

（1.浙江交投高速公路建設管理有限公司，浙江 杭州 310016；2.江蘇鎮江路橋工程有限公司，江蘇 鎮江 212011；3.中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065；4.北京中交華安科技有限公司，北京 100070；5.重慶交大交通安全科技研究院有限公司杭州分公司，浙江 杭州 311215）

美國著名數學家薩蒂教授在20世紀70年代提出了層次分析法，該方法能將定性因素定量化，并在一定程度上檢驗和減少主觀影響，使評價更客觀科學。

層次分析法根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯影響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，通過因素之間的兩兩比較，形成判斷矩陣，從而計算同層因素的相對權重。

一、建立層次分析模型

（一）分析辨識影響因素

影響棧橋安全穩定性的因素復雜多樣，本文從棧橋的地質水文條件、設計荷載施工過程、監控及養護方面，結合近年來棧橋損傷事故實例，分析辨識安全穩定性影響風險因素，如表1所示。

表1 棧橋安全穩定性層次分析因素表

（二）建立層次分析模型

根據層次分析法，結合上文棧橋安全穩定性影響因素的分析結果，建立分析模型，如圖1所示。

二、結果與分析

（一）因素權重分析

根據層次分析模型，結合施工經驗，兩兩對比，確定判定矩陣，計算各風險因素權重，其中一、二級指標判定矩陣如表3～表9所示。

圖1 棧橋穩定性層次分析模型

表2 一級指標判定矩陣

表3 棧橋施工二級指標判定矩陣

表4 地質條件二級指標判定矩陣

表5 潮汐特征二級指標判定矩陣

表6 設計荷載二級指標判定矩陣

表7 護筒質量二級指標判定矩陣

表8 棧橋養護二級指標判定矩陣

表9 棧橋監控二級指標判定矩陣

表10 棧橋安全穩定性影響因素權重

（二）主要影響因素及預警閾值

綜上分析可以看出，其中一級指標地質條件、潮汐特征、設計荷載和鋼護筒質量所占權重較大，分別占權重0.33、0.24、0.15、0.11，共占總權重的0.83。二級指標覆蓋層厚度、巖土特性、潮流、波浪、可變荷載和銹蝕程度、焊接質量所占權重也較大。結合工程實際及相關規定，確定影響棧橋安全穩定性的主要因素是：地質條件（巖土特性、巖層厚度）、潮汐特征（波浪、潮流）、可變荷載、銹蝕程度及鋼護筒焊接質量。其中主要因素的預警閾值如下：

1.根據《工程巖體分級標準》（GB 50661），巖土等級在Ⅳ級及以上時，特性較差，對跨海棧橋結構安全穩定性影響較大。

2.海浪具有擾動力、恢復力、周期等特性。實際存在的海浪可認為是若干個簡單波的疊加。其中，周期5s至15s之間的海浪能量最大，在工程中其影響往往占據主導地位。

3.根據《港口工程荷載規范》（JTS 144-1）的條文規定，當流速大于3m/s時，水流力可能變為主導的可變荷載。

4.跨海棧橋位于海域，易受到海水腐蝕，對鋼材自身結構性能影響較大，根據《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB8923），銹蝕等級分為A、B、C、D。A級為全面的覆蓋著氧化皮而幾乎沒有鐵銹的鋼材表面；B級為已發生銹蝕，并且部分氧化皮已經剝落的鋼材表面；C級為氧化皮已經因銹蝕而剝落或可以刮除，并有少量點蝕的鋼材表面；D級為氧化皮已經因銹蝕而全面剝落，并且已普遍發生點蝕的鋼材表面。因此確定腐蝕C級為預警值。

5.按照《鋼結構工程施工質量驗收標準》有關焊縫質量的要求為預警閾值。

三、結語

通過層次分析法分析影響棧橋安全穩定性的因素，確定主要因素及其預警閾值，結果表明，影響棧橋穩定性的關鍵因素主要有地質條件、波浪、潮流、可變荷載及鋼護筒焊接質量；其中巖土特性較差（Ⅳ級及以上）、波浪周期在5s～15s之間、潮流大于3s/s、腐蝕等級C級及以下、焊接質量不滿足要求等，視為預警閾值。