马滩水闸改扩建工程地基建设的评估决策模型研究

2021-09-15陈锦桥

陕西水利 2021年8期

关键词：水闸评语泥土

陈锦桥

(广州市水电建设工程有限公司，广东广州 510600)

1 基于价值工程模型的多目标层次模糊评价方法

1.1 价值工程理论

价值工程评估模型指为实现提高价值的目标所进行的一系列分析研究的活动。价值工程中的“价值”是指作为某种产品(或作业)所具有的功能与获得该功能的全部费用的比值，可用公式表示为：

V=F/C

(1)

式中：V为价值；F为功能，即对象所需要的功能；C为获得功能的成本(全部费用)，即对象在寿命周期内所发生的一切费用。

1.2 权重分配

利用层次分析法传递信息的方法将同层因素之间对上层某因素的重要性进行评价，构成判断矩阵，判断矩阵又由各因素相对重要性的比值构成，比较结果的量化分值可见表1。

表1 1-9标度法表

1.3 评估评语的量化处理

1.3.1 引入评语评价变换矩阵

设评价因素集为U，本工程中U的内容如下：

U={与河流、水文、地形、地质条件的适应情况，与水闸建设方案的适应情况，实施条件是否具备，工期能否满足要求，施工工艺复杂程度，施工强度要求，施工工艺及技术的成熟程度，固结稳定性，沉降控制，地基承载力及水平侧向力[1]，抗地震液化，周边环境影响(如水质、空气、弃渣、噪音及振动对周边建筑及居民影响等)，施工期水情突变的应对情况，不可预见地质问题的应对情况，施工条件突变的应对情况。

设决策集Z={-3,-2,-1,0,1,2,3}，由时间经验或逻辑推理得到一个从U到Z的映射。将映射表的全体向量并列起来得到矩阵Ri称为专家评语隶属度变换矩阵，见表2。

表2 专家评语隶属度变换矩阵

1.3.2 计算评语隶属度G

对每一个Ui按照多目标层次模型进行综合评判，将15个Ui对应的重要程度子集设为Ai，按照表2专家评语隶属度变换矩阵，计算评语隶属度G和地基处理方案功能评价系数F：

G=A·R

(2)

F=GDT

(3)

式中：A为15个U对应的重要程度(权重值)子集；R为评价矩阵；G为评语隶属度；DT为(-3，-2，-1，0，1，2，3)。

对纳入评价的各个方案依次进行计算，得出各自的地基处理方案评价系数Fi。

1.4 价值系数的计算

(1)计算成本评价系数Ci：

(4)

(2)计算价值系数Vi：

(5)

依次计算各个地基处理方案的价值系数V，根据价值系数V的大小，得出最优施工方案[2-4]。

2 案例分析

2.1 工程概况

马滩水闸位于石马河干流清溪镇马滩村，工程计划对马滩水闸进行改扩建，提高河道蓄污调节能力，改善水环境、水生态，保障东江取水水源安全。工程采用19孔×6 m的拦河闸方案，单孔净宽12 m。水闸底板堰型采用开敞式平底宽顶堰，采用底流消能。闸底板高程-1.5 m、闸顶高程8 m，内设工作闸门和检修闸门。闸上交通桥位于启闭机室下游，总宽8 m。水闸上游设钢筋混凝土防渗铺盖长15 m，并设斜坡干砌石长5 m与原河床相连，下游设消力池(中间6孔闸孔区消力池长18.4 m、深1 m)。工程等别为Ⅱ等，规模为大(2)型，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。工程设计洪水标准为50 a一遇，校核洪水标准为200 a一遇。

图1 马滩水闸闸址图

2.2 地质条件

(1)层：第四系人工填筑层，主要为桥闸浆砌石，岩性为褐黄色～棕黄色粉质粘土，饱和，硬塑，弱透水。夹多层粉土、1 m～2m厚砂砾石层透镜体厚度为2.8 m～7.7 m，由弱风化花岗岩块和砂浆组成[4-7]。

(2-1)层：第四系全新统陆相冲积层，黄土状土、粉细砂分布于坝区二级阶地前缘陡坎斜坡处，层顶高程-1.53 m～4.13 m，厚度1.3 m～5 m。根据工程类比经验，承载力特征值的经验值fr=120 kPa～140 kPa。

(2-2)层：第四系全新统陆相冲积层，褐黄色，饱和，稍密，透水性中等。根据工程类比经验，承载力特征值的经验值fk=180 kPa～210 kPa。

(3)层：第四系全新海相堆积层，呈透镜体状，厚2.5 m～3.5 m，浅黄色～褐黄色，饱和，软塑，透水性较差，分布连续广泛，层位较稳定，层顶高程-2.43 m～-7.82 m，层厚为10.21 m～22.8 m。

(4-1)层：第四系海陆交互堆积层，主要由褐黄色夹灰白色粘土，土质较均匀，粘性较好，见局部夹有砂层。根据孔隙比和液性指标关系式查得承载力经验值为fu=150 kPa～200 kPa。

(4-2)层：第四系海陆交互堆积层，磨圆度及分选性中，中粗砂充填，砂质较纯净，局部夹粉细砂及粉质粘土透镜体。大部分级配不良，少量为级配良好砂，根据工程类比经验，承载力特征值的经验值fk=200 kPa～250 kPa。

2.3 施工方案的初步筛选

石马河流域地区淤泥、淤泥质地基的常用处理方法有预压加固法、换填垫层法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法等。由于本工程闸址下部广泛分布有淤泥、淤泥质土层，层底埋深达8 m～12 m，因此，首先不考虑采用换填垫层法和振冲法。真空联合堆载预压是预压加固法的一种，是处理软弱地基的一种较好的方法，根据当地的工程经验，处理后的地基承载力可提高2.3～2.5倍左右，但加固时间较长，一般需要6个月。考虑本工程建设的实际情况，拦河水闸围堰工程、地基处理、基础和闸体结构等建设内容需要在一个枯水期(9月～翌年5月)完成，故不适合本工程的软土地基的处理，也不考虑[8]。

因此，经过筛选，初步提出水泥土搅拌桩、高压旋喷桩和预制桩等3个方案进行对比。

3 马滩水闸改扩建工程地基建设的评估决策过程分析

3.1 计算水泥土搅拌桩的价值系数

3.1.1 转换成水泥搅拌法的评语隶属度的评价矩阵

根据专家评语隶属度变换表和专家评价表，将4位专家对马滩水闸地基处理采用水泥土搅拌桩方案的评语转为评语隶属度的评价矩阵。以专家1为例，将专家1评语转换成：

R1=

0000.250.50.25000000.250.50.25000000.330.670000.250.50.250000.250.50.2500000.250.50.2500000000.330.670000.250.50.2500000.250.50.2500000.250.50.2500000.250.50.250000.250.50.25000000.250.50.2500000.250.50.2500000.250.50.250

(6)

3.1.2 计算水泥土搅拌桩的总体功能评价的评语隶属度G

根据公式(2)和评价因素权重值子集A=(0.0857，0.0574，0.1056，0.0354，0.0572，0.053，0.1124，0.0824，0.009，0.0456，0.0782，0.0537，0.0534，0.0587，0.0542)，计算专家对马滩水闸地基处理采用水泥土搅拌桩的总体功能评价的评语隶属度G。以专家1为例，有：

G1=A·R1

=0.08570.05740.10560.03540.05720.0530.11240.08240.0090.04560.07820.05370.05340.05870.0542·0000.250.50.25000000.250.50.25000000.330.670000.250.50.250000.250.50.2500000.250.50.2500000000.330.670000.250.50.2500000.250.50.2500000.250.50.2500000.250.50.250000.250.50.25000000.250.50.2500000.250.50.2500000.250.50.250

=(0 0 0.0403 0.2185 0.3346 0.2453 0.1614)

(7)

重复上述过程，依次得到专家2、专家3、专家4的评语隶属G2=(0，0.0576，0.1607，0.2700，0.3221，0.1897)，G3=(0，0.0089，0.1184，0.3129，0.3441，0.1782，0.0376)，G4=(0，0.01324，0.3824，0.3676，0.1176，0)。

3.1.3 计算水泥土搅拌桩的总体功能评价系数F

根据公式(3)，计算功能评价系数F：

F1=G1DT