基于Choquet模糊积分的钻孔灌注桩施工风险评价

2023-10-25胡鹏志祝彦知纠永志

中原工学院学报 2023年4期

胡鹏志,祝彦知,纠永志

(中原工学院建筑工程学院,河南郑州 450007)

桩基础作为深基础中应用最广的基础形式,广泛地应用于桥梁建设中。钻孔灌注桩在施工过程中因受到环境因素和人为因素影响,常会出现钢护筒变形、掉钻、卡钻、斜孔、塌孔等一系列问题。钻孔灌注桩的施工工序较多且施工工艺复杂,具有典型的风险性,且施工安全的具体影响因素具有相当的不确定性。因此,开展施工风险评估并及时化解风险具有十分重要的意义。

造成钻孔灌注桩施工风险的因素很多,且各因素之间的关系非常模糊,对其很难进行直观描述和求解,所以常采用综合评价方法进行评估。国内外学者分别采用层次分析法、模糊综合评判法、灰联法及风险矩阵法等对钻孔灌注桩的施工风险进行了评价,均取得了较好的效果。王详等[1]采用多因素层次分析法对熔岩地区隧道盾构法施工风险进行了评价,结果与现场施工情况拟合度较好。李星勇等[2]采用层次分析法建立了非线性模糊综合评价模型,并对深大基坑施工风险进行了评价。于坤朋等[3]以重庆某工程的钻孔灌注桩为例,采用层次分析法对其进行了施工风险分析。马永峰等[4]利用模糊理论建立了钻孔灌注桩塌孔风险评价体系,应用模糊综合评判法对施工过程中的风险进行了分区。冯攀等[5]利用模糊综合评判方法和层次分析法对某建筑钻孔灌注桩施工风险进行分级评估,取得了满意的效果。Prascevic等[6]提出了一种基于梯形模糊数的模糊层次分析法的权重确定方法,利用模糊数及其乘积的期望值来确定评价方案的特征值和特征向量,并将该方法用在塞尔维亚某个建筑项目的风险评估中,取得了较好的效果。Alvand等[7]提出了一种基于故障模式和影响分析、逐步权重分析和模糊环境下的加权综合方法的集成模型,并将该模型用于伊朗某道路建设项目的风险研究,提高了风险识别的准确性。

通常认为,综合评价指标体系应该是完整的、有代表性的、独立的,工程项目中常因为没有独立性和完整性兼备的综合评价指标体系,而降低了对综合评价指标体系中指标间独立性的控制,从而出现指标相互作用的情况。钻孔灌注桩的施工工序较多,当出现多个质量问题时,所产生的风险相互影响,而这些风险并不是简单的线性相加。对此,传统的评估方法是:必须预先假设指标是独立的,并采用线性加法对这些独立指标进行线性相加,以此作为评估的基础。而模糊积分和模糊测度则放宽了对指标间独立性的要求,只要求其具有单调性。因此,越来越多的研究选用模糊积分来评价指标间具有模糊性的项目。

1 基于模糊积分的钻孔灌注桩施工风险评价方法

1.1 模糊测度和模糊积分

在综合评价中,模糊测度可用来表示单一指标或指标集的重要程度。因为模糊测度是用单调性替代可加性的集函数,所以能更准确地量化主观评价。随着对模糊数学的不断研究,现在已经有非可加模糊测度、拟测度、gλ模糊测度、似然模糊测度、k可加模糊测度等多种模糊测度,本文采用gλ模糊测度。模糊积分形式较多,应用比较广泛的有 Sugeno积分和Choquet积分,本文采用Choquet积分。下面引入gλ模糊测度和Choquet积分[8-11]。

定义1:令λ∈(-1,∞),有限集合X={x1,x2,…,xn},|X|=n≥3,若(X,P(X))为可测空间,集函数g∶P(X)→[0,1],且满足下列条件:

(1)gλ(φ)=0,gλ(X)=1;

(2)∀A,B∈P(X),A∩B=φ,A∪B≠X,

(3)gλ(A∪B)=gλ(A)+gλ(B)+λgλ(A)gλ(B)

则称gλ为λ的模糊测度。

令gi=g(xi)为变量xi(i=1,2,…,n)的模糊密度:

(1)

当gλ{x1,x2,…,xn}=1时,

(2)

则λ的值可以确定,其中gi的值可以利用专家调查法打分确定。当λ和gi(i=1,2,…,n)的值确定后,集合A⊆X的gλ模糊测度可由式(1)求解。

定义2:设有限集X={x1,x2,…,xn},h:X→[0,1]满足h(x1)≤h(x2)≤…≤h(xn),则可测函数h关于λ的模糊测度gλ的Choquet模糊积分为:

1.2.2 SMILE 术前用4 g/L盐酸奥布卡因滴眼液表面麻醉，冲洗结膜囊，消毒，再次表面麻醉后将术眼置于VisuMax全飞秒激光屈光手术系统（德国Carl Zeiss公司），显微镜下中心对位，负压吸引固定术眼，开启飞秒激光，先进行透镜后表面切削，再进行透镜前表面切削，120°位置制作2.5 mm角膜微切口取出基质透镜。角膜帽直径7.5 mm，厚120 μm，基质透镜直径6.5 mm，透镜边切及微切口边切角度为90°。术后用药：左氧氟沙星滴眼液连续点眼1周，4次/d；0.1%氟米龙滴眼液点眼1个月，第1周4次/d，后改为3次/d；人工泪液点眼2个月，4次/d。

(3)

式中:“∘”为模糊算子;h(x0)=0;Ai={xi,xi+1,…,xn};δi=gλ(Ai)-gλ(Ai+1);gλ(An+1)=0。

1.2 模糊测度的计算

模糊测度是处于同一系统内被评价因素的相对重要程度的度量数值。本文用层次分析法来计算模糊测度。层次分析法是一种多准则决策方法,可以对多指标、多层级的项目问题进行定性和定量分析,使复杂的问题清晰明了。先将问题分解成多个因素,再将这些因素按照隶属关系组成递阶层次结构,通过事先确定的标度方法对各要素进行两两比较来确定各要素在系统中的相对重要程度,最后结合技术人员的意见,确定各要素的相对重要性排序。

本文采用9标度法得到比较值矩阵,对比较值数据进行归纳整理后得到判断矩阵A。可使用算数平均法、几何平均法、最小二乘法和特征根方法求解判断矩阵A中各要素的权重。本文将使用特征根法计算满足AW=λmaxW条件的特征值与特征向量。式中λmax为A的最大特征根;W为λmax的正规化特征向量;W的分量Wi(i=1,2,…,n)为对应的单因素元素的相对重要程度。

模糊测度表示的是属性的重要程度,由定义1可知,gλ模糊测度取值范围在0～1之间,且每个属性的重要程度之和不必为1。为满足要求,本文采用改进的方根法计算模糊测度[12]

(4)

(5)

其中,wi∈(0,1),则w=(w1,w2,…,wn),为指标的模糊测度。

1.3 钻孔灌注桩施工风险评价模型

钻孔灌注桩普遍存在的施工风险有掉钻、卡钻、斜孔、塌孔、卡管、堵管、灌注质量缺陷等。本文对施工工序进行分解,结合实际工程中的地质条件和现场设备、施工人员配置情况对施工工序逐项进行风险识别,列出风险因素清单,同时也使用问卷调查的方式向业主代表、设计院代表、施工方代表和行业内专家征询意见。最后结合风险因素清单和专家意见确定了最终的风险因素清单,建立层次结构模型如表1所示。