基于多属性决策理论的软基处理方案的比选之建筑研究

[摘要] 本文是一篇建筑论文，本文以灰色关联度和模糊层次分析法为基础，尝试

本文是一篇建筑论文，本文以灰色关联度和模糊层次分析法为基础，尝试建立基于灰色-模糊层次分析法的软基处理方案综合评判模型，并结合机场大道与长吉高速出口节点立交桥工程，证明该模型可以为软基处理方案提供可靠、合理的决策方法。

第 1 章绪论

1.1 研究背景及意义
软土是由淤泥和淤泥质土组成的。软土的力学性质较差、不稳定性较强，由于其具有天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透性差、触变性和蠕动性大等特点，常常致使道路路基产生不均匀的沉降，甚至发生路堤失稳、塌方等现象[1,2]。因此，对软基进行加固处理是道路工程建设中不可或缺的一个环节。

影响软基处理的因素有很多，如：施工难易程度、技术可靠性、处置效果、工期、造价、噪音、对周围环境的影响等。繁多的影响因素导致工程设计人员在进行软基处理方案的选择时陷入极大的困惑中，因此以数学模型为基础对软基处理方案进行评判优选是相对比较清晰、明确的方式。目前，工程设计人员在进行软基处理多方案的优选时，在明确地质情况及技术条件的情况下，往往只是简单的对经济状况进行分析对比。这种比较依然处于依靠经验决策的阶段，存在着较强的主观性及片面性，只是进行简单的定性分析，定量分析很少涉及。鉴于此，

本文以灰色关联度和模糊层次分析法为基础，尝试建立基于灰色-模糊层次分析法的软基处理方案综合评判模型，并结合机场大道与长吉高速出口节点立交桥工程进行软基处理方案的优选，证明该模型的可靠性。
一方面，灰色-模糊层次综合评判模型的构建有利于弥补以往对软基处理方案优选中单一评判模式的不足，使软基处理方案评判的过程更为科学及规范，加深设计人员对软基处理方案评判方法及流程的认识；另一方面，多属性评判模型相结合的方式可以得到更为详细可靠的排序结果，这种评价方法往往更加真实、客观。
............................

1.2 研究现状
1.2.1 软基处理方法的研究现状
在中国，软基处理技术的发展经历主要分为三个阶段：
第一阶段：二十世纪七十年代以前，随着当时工业建设和城市建设的发展需要，我国先后引进了土桩挤密法、换填土层法、真空排水预压法。但由于我国经济条件及软土地基处理技术的落后，大部分道路设计师们都有意避开软土地段，以达到节省工程投资的目的；
第二阶段：二十世纪八十年代到九十年代，我国经济条件及软基处理技术的快速提高使软基处理方案选择趋于多样化。在这期间各个研究院对旋喷法、振冲碎石桩法、水泥粉煤灰碎石桩进行了实验研究，并将其应用于实际工程中。
第三阶段：二十世纪九十年代以后，软基处理技术更加的规范化、标准化，相对成熟的各种软基处理技术普遍被使用在道路工程建设中，并且软基处理方案的选择也更具有多样性。
近二十年来，软基处理技术的应用迅速发展。河海大学岩土工程科研所于 2003年将两种管桩及振动沉模薄壁防渗墙等技术的优点相结合，自行研发出现浇混凝土薄壁管桩（PCC 桩）[6-8]。PCC 桩与预制桩、混凝土桩相比，具有施工简单、经济效果较好、加固效果好等优点，具有较强的推广应用价值；徐超等人在 2006 年通过结合水泥搅拌桩和塑料排水板两种方法，对软土地基进行处理的方法进行现场检测，检测结果表明：短桩的向下刺入，致使桩土的应力平均分布，沉降相对稳定；由于塑料排水板和短桩产生的附加应力，使得下部软土层加快排水固结[9]；在 2010 年张皖湘对单桩及多桩复合地基进行静荷载试验，通过对试验结果的分析对比，剖析了垂直荷载下桩的持力特性[10]。

..........................

第 2 章软基处理方案评价指标体系的构建

2.1 评价指标体系的建立原则评价指标体系是基于一定的设计原则，根据具体的评价问题，将几个相互关联、相互影响的评价指标有机整合的层次结构[28,29]。构建评价指标体系所依照的原则为：
（1）系统全面性
为了构建全面、准确的评价指标体系，使其充分展示评价对象的特征和评价目的，在系统的构建评价指标体系时，综合考虑评价主体的影响因素、合理的确定各指标层次的递进关系是必不可少的。
（2）独立性

在构建评价指标体系时，所有指标都应围绕评估目的来制定，且各指标之间都应该相互独立、内容明确，同一级别的指标尽量不要互相重叠，即所有的指标都要建立在独立的基础上。因此，具有递阶性、全面性的评价指标体系才可以将评价主体的性能完美地体现出来。
（3）代表性
为了尽可能准确地反映软基处理方案的综合特征，所选取的评价指标应具有代表性。评价指标不宜过多也不宜过少。过多的评价指标会导致评价流程更加的复杂，加重设计人员的工作量；具有少量指标的评价体系则会缺少全面性。因此，在指标设计中，需要基于评价指标体系的设计原则，通过分析软基处理方案的特点，选择具有代表性的评价指标。

（4）科学性
评价指标的确定应基于充分的理论依据，并与评价主体的客观性质相结合，科学、客观、合理的构建评价指标体系。在建立评价指标体系时，应全面分析研究对象的特点和本质特征，并综合考虑各软基处理对技术、环境、经济的影响，客观、准确、全面地选取软基处理方案的各影响指标。

（5）实用性及可操作性
在评价软基处理方案的过程中，该评价指标体系应紧密联系实际，全面地将软基处理方案的特征和优缺点展现出来。真实、全面地呈现软基处理方案各指标的特征对软基处理方案的评判具有重要意义。
...........................

2.2 软基处理方案评价指标体系的构建
AHP 法是根据不同的属性将结构体系中待评价的指标划分成多个层次和类别，以简化指标权重的分配并减少其计算量，使工程设计人员更容易区分和判定软基处理方案的权重指标。为了构建软基处理方案的评价指标体系，首先将软基处理方案评判指标进行划分并建立一级指标；其次，在一级指标的基础上，全面考虑一级指标的各个特点，进一步建立必要的层次结构（构建二级指标），使各指标对软基处理方案的影响能够更精确的获取。
总之，评价指标合理性的构建是软基处理方案各指标可计算的前提。所谓可计算性是指当每个指标是一个单独的准则层时，它可以凭借某种数学方法计算出各指标对方案的影响程度，即权重。最后，根据该体系的结构层次所得到的软基处理方案评判结果，可以实现软基处理方案优选的最优化。

2.2.1 软土层次分析
本文旨在对拟建工程的软土地基处理方案进行正式设计前提供一种方案选型的辅助决策方法[30]。首先在选择软基处理的备选方案之前，应该确定软土地基处理方案中必需满足的各种客观和主观要求，具体要求有以下几个方面：
（1）力学要求。在进行软基处理方案的选择时，软基处理方案的可靠性、安全性是首要条件，即该方案是否能满足承载力和变形的要求。
（2）场地条件。在进行软基处理方案初选时主要要做的工作是分析研究该方案与现场的地基条件是否相适应，这是非常重要的一个工作。其适应性分析主要包括以下几个方面：基于软基处理方法的原理、特点、机械使用条件以及工程设计人员的经验，遵循处理现场地下水位的高低、软土的成分及性质，选择合适的软基处理方法；在市区内进行施工时，施工项目周围的建筑空间往往比较狭窄，因此需要判断软基处理方案是否满足场地空间的要求，以提高运输及施工的方便性。

............................

第 3 章基于模糊层次分析法（FAHP）的软基处理方案综合评判......................13

3.1 层次分析法..................................13
3.1.1 建立层次分析结构模型.......................13
3.1.2 构造层次分析判断矩阵............................14
第 4 章基于灰色-模糊层次分析法的软基处理方案综合评判模型的研究........27
4.1 灰色系统理论..................................27
4.2 灰色模糊理论................................28
第 5 章工程实例...............................35
5.1 工程情况....................................35
5.2 地质条件................................35
5.3 软基处理方案的初选............................36

第 5 章工程实例

5.1 工程情况
由于互通立交东北角区域在施工图设计阶段未完成征地拆迁（西稗子沟位于该区域），该区域相应部分道路及挡墙结构位置无法进行岩土勘察。故东北角区域过既有西稗子沟的 H\P\J 线匝道及 H 线挡墙位置均参照相邻已完成区域的勘察报告进行地基处理参考，基底土基处理采用 0.5~1.1m 山皮石填筑。
2014 年 8 月机场大道与长吉高速出口节点立交桥项目建设单位完成了对立交区东北角工程用地的征拆工作，岩土单位进场进行补勘，完成西稗子沟处地质勘察。根据岩土补勘所显示的西稗子沟地质条件，原土基处理方式不能满足路基稳定性要求，故调整 H\P\J 线匝道及 H 线挡墙土基处理方式。
..........................

第 6 章结论与展望

6.1 结论
软土地基是我国比较常见的地基类型。在实际的工程中，工程设计人员在进行软基处理多方案的优选时，在明确地质情况及技术条件的情况下，往往只是简单的对经济状况进行分析对比。这种分析依然处于依靠经验决策的阶段，存在着较强的主观性及片面性，并且缺少一个固定的模式。软基处理方案的优选需要抓住关键评价指标（如技术可行性、经济成本、对环境影响等）进行系统的分析论证。本文通过建立灰色-模糊层次综合评判模型，为软基处理方案的优选提供理论基础。