高速公路既有桥梁利用方案综合评价体系
2021-10-16朱森林
朱森林 张 东
(华设设计集团股份有限公司,江苏 南京 210014)
0 引言
随着我国经济社会的快速发展,以及高公路网进一步完善,交通量增长迅速,呈现出先期建设的高公路运输能力水平下降,新一轮高速公路改扩建项目提上日程。高速公路改扩建工程既有桥梁如何利用成为项目实施的先决条件。由于规范的更新,既有桥梁的扩建利用方案成为设计中的重难点之一。目前阶段根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)最新规定进行的高速公路桥梁改扩建的工程案例较少,可借鉴的经验较少。对老桥利用的研究存在以下几个问题[1-2]:1)现有标准、规范给出的桥梁评价体系考虑指标单一;2)对强度不足的桥梁处理方案;3)既有桥梁结构的补强方案虽然众多但缺乏普遍适用性;陈亮[3]通过分析改建桥梁的施工方案对比,选取工程的最优方案,朱坤[4]通过加固方案和拆除方案的从而优化扩建方案,朱卫国[5]通过对既有桥梁的技术状况评定、承载能力评定以及功能适应性评定从而确定改建方案,卢超[6]对高速公路新旧桥拼宽施工工艺进行了阐述,李光颖[7]和梁兴胜[8]对高速公路扩建技术进行了研究。该文针对目前高速公路既有桥梁普遍强度不足这一现状,对不同桥梁、不同结构、不同加固方案的适用性进行综合比选研究,建立综合评价体系。
1 评价体系建立
为达到精确评估在役桥梁利用方案的目的,该文从从既有桥梁全寿命周期[9]评价角度出发,分析施工期、运营期桥梁评价的关键因素,确定既有桥梁利用方案综合评价指标,构建了三层次在役桥梁综合利用评估模型,建立全面科学合理的既有桥梁评估指标体系,评价模型如图1 所示。
图1 高速公路扩建既有桥梁利用评估层次分析模型图
1.1 评估指标
桥梁利用评价体系基于全寿命周期进行研究,分施工期和运营期2个方面,考虑经济性、施工难易程度、交通影响、环境影响、安全适用性、养护工程量、耐久性及结构美观性8个评价指标,如图2 所示。
图2 既有桥梁利用综合评价指标
1.2 评价指标权重确立
为了评价体系中各指标权重的科学、合理,各层指标权重的确定采用专家调查和1~9 标度法相结合的方式,共调查23 位专家,见表1。
表1 权重表
2 既有桥梁综合利用评估方法
既有桥梁利用方案评估的基本思路如下。
第一步,对每个底层评估指标从定性和定量描述的角度细分为5 个标度。针对具体桥梁,每个评估指标都形成一个评定向量,底层指标8 个评定向量形成典型桥梁的评价矩阵,如表2~表3。表4~表11 为各指标的评估分级标准。
表2 底层指标等级分类表
表3 定性指标各等级评定向量
表4 经济性指标
表11 结构美观性指标
第二步,基于模糊数学理论对既有桥梁综合利用进行评估。
表5 施工难易程度指标
表6 交通影响性指标
表7 环境性指标
表8 安全性指标
表9 养护工程量指标
表10 耐久性指标
2.1 中间层指标评估
分别对施工期、运营期对应的4 个指标进行模糊综合评估。
模糊综合评估的基本模型为B=A×R,即:
上式表示,评估因素与被评估事物的模糊关系通过模糊转换器R 形成了被评估事物与评估等级间的模糊关系B。其中:B=[b1b2…bm]为施工期或运营期模糊综合评价向量;A=[ω1ω2…ωm]为施工期或运营期对应的4 个指标评估指标权重矩阵。
为施工期或运营期对应的底层指标4 个评定向量形成典型桥梁的评价矩阵。
2.2 最高层指标评估
由底层指标模糊综合评估得到的中间层指标评价向量,与中间层评估指标的权重,再次利用模糊综合评估的基本模型,最终得到最高层的评判向量。
取评判向量中最大元素maxbj所对应的责备集中的vk作为最终结果,即:
maxbj为评价向量(b1,b2,…,bm)中数值最大值;
V为最终评估等级。桥梁利用方案评估等级见表12。
表12 桥梁利用方案评估等级
3 结论
未来一长段时间内,我国高速公路扩建将成为基础设施建设的重头戏,在绿色公路、碳中和、碳达峰等大背景下,扩建中既有桥梁如何利用成为关键问题,该文建立了既有桥梁的利用方案综合评价体系,该体系有以下优势:1)对高速公路改扩建工程既有桥梁进行科学、全面地评价,确定最优桥梁利用方案,尽量避免桥梁拆除或加固;2)桥梁利用方案评价中,在满足安全性的基础上,综合考虑经济性、加固可行性、耐久性、施工期保通要求、社会影响、养护工作量等多种因素,提出既有桥梁在扩建中的利用原则。3)该评估方法可在其他等级公路扩建项目中应用。