高速公路既有橋梁利用方案綜合評價體系

朱森林 張 東

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發展，以及高公路網進一步完善，交通量增長迅速，呈現出先期建設的高公路運輸能力水平下降，新一輪高速公路改擴建項目提上日程。高速公路改擴建工程既有橋梁如何利用成為項目實施的先決條件。由于規范的更新，既有橋梁的擴建利用方案成為設計中的重難點之一。目前階段根據《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）最新規定進行的高速公路橋梁改擴建的工程案例較少，可借鑒的經驗較少。對老橋利用的研究存在以下幾個問題[1-2]：1）現有標準、規范給出的橋梁評價體系考慮指標單一；2）對強度不足的橋梁處理方案；3）既有橋梁結構的補強方案雖然眾多但缺乏普遍適用性；陳亮[3]通過分析改建橋梁的施工方案對比，選取工程的最優方案，朱坤[4]通過加固方案和拆除方案的從而優化擴建方案，朱衛國[5]通過對既有橋梁的技術狀況評定、承載能力評定以及功能適應性評定從而確定改建方案，盧超[6]對高速公路新舊橋拼寬施工工藝進行了闡述，李光穎[7]和梁興勝[8]對高速公路擴建技術進行了研究。該文針對目前高速公路既有橋梁普遍強度不足這一現狀，對不同橋梁、不同結構、不同加固方案的適用性進行綜合比選研究，建立綜合評價體系。

1 評價體系建立

為達到精確評估在役橋梁利用方案的目的，該文從從既有橋梁全壽命周期[9]評價角度出發，分析施工期、運營期橋梁評價的關鍵因素，確定既有橋梁利用方案綜合評價指標，構建了三層次在役橋梁綜合利用評估模型，建立全面科學合理的既有橋梁評估指標體系，評價模型如圖1 所示。

圖1 高速公路擴建既有橋梁利用評估層次分析模型圖

1.1 評估指標

橋梁利用評價體系基于全壽命周期進行研究，分施工期和運營期2個方面，考慮經濟性、施工難易程度、交通影響、環境影響、安全適用性、養護工程量、耐久性及結構美觀性8個評價指標，如圖2 所示。

圖2 既有橋梁利用綜合評價指標

1.2 評價指標權重確立

為了評價體系中各指標權重的科學、合理，各層指標權重的確定采用專家調查和1～9 標度法相結合的方式，共調查23 位專家，見表1。

表1 權重表

2 既有橋梁綜合利用評估方法

既有橋梁利用方案評估的基本思路如下。

第一步，對每個底層評估指標從定性和定量描述的角度細分為5 個標度。針對具體橋梁，每個評估指標都形成一個評定向量，底層指標8 個評定向量形成典型橋梁的評價矩陣，如表2～表3。表4～表11 為各指標的評估分級標準。

表2 底層指標等級分類表

表3 定性指標各等級評定向量

表4 經濟性指標

表11 結構美觀性指標

第二步，基于模糊數學理論對既有橋梁綜合利用進行評估。

表5 施工難易程度指標

表6 交通影響性指標

表7 環境性指標

表8 安全性指標

表9 養護工程量指標

表10 耐久性指標

2.1 中間層指標評估

分別對施工期、運營期對應的4 個指標進行模糊綜合評估。

模糊綜合評估的基本模型為B＝A×R，即：

上式表示，評估因素與被評估事物的模糊關系通過模糊轉換器R 形成了被評估事物與評估等級間的模糊關系B。其中：B=[b1b2…bm]為施工期或運營期模糊綜合評價向量；A=[ω1ω2…ωm]為施工期或運營期對應的4 個指標評估指標權重矩陣。

為施工期或運營期對應的底層指標4 個評定向量形成典型橋梁的評價矩陣。

2.2 最高層指標評估

由底層指標模糊綜合評估得到的中間層指標評價向量，與中間層評估指標的權重，再次利用模糊綜合評估的基本模型，最終得到最高層的評判向量。

取評判向量中最大元素maxbj所對應的責備集中的vk作為最終結果，即：

maxbj為評價向量（b1，b2，…，bm）中數值最大值；

V為最終評估等級。橋梁利用方案評估等級見表12。

表12 橋梁利用方案評估等級

3 結論

未來一長段時間內，我國高速公路擴建將成為基礎設施建設的重頭戲，在綠色公路、碳中和、碳達峰等大背景下，擴建中既有橋梁如何利用成為關鍵問題，該文建立了既有橋梁的利用方案綜合評價體系，該體系有以下優勢：1）對高速公路改擴建工程既有橋梁進行科學、全面地評價，確定最優橋梁利用方案，盡量避免橋梁拆除或加固；2）橋梁利用方案評價中，在滿足安全性的基礎上，綜合考慮經濟性、加固可行性、耐久性、施工期保通要求、社會影響、養護工作量等多種因素，提出既有橋梁在擴建中的利用原則。3）該評估方法可在其他等級公路擴建項目中應用。