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基于模糊数学的钻孔灌注桩施工风险评估 冯樊1 2 ，李楠3 ( 1 重庆市地质灾害自动化监测工程技术研究中心( 重庆地质矿产研究院) ，重庆4 0 0 0 4 2 ； 2 重庆华地工程勘察设计院，重庆4 0 0 0 4 2 ； 3 长安大学，陕西西安7 1 0 0 5 4 ) 摘要：以工程施工中的钻孔灌注桩为研究对象，采用层次 分析法和模糊数学相结合方法进行研究。首先运用目标分 解法和专家调查法分析出影响钻孔灌注桩施工的风险因素， 以此作为评价指标，然后利用九标度法进行层次分析，确定 各评价指标权重，运用调查打分法对各风险因素进行单因素 风险评估，最后根据其模糊关系及最大隶属度原则进行综合 评估。结果表明：该项目的钻孔灌注桩的风险等级为较低风 险。本研究方法可以客观地评价钻孔灌注桩的施工风险等 级，可在工程应用中推广。 关键词：建筑工程；钻孔灌注桩；层次分析法；模糊数学；风险 评估 中图分类号：T U 7 5 3 3文献标志码：A 文章编号：1 6 7 2 4 0 1 1 ( 2 0 1 7 ) 0 6 0 0 6 7 0 3 D O I ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 4 0 11 2 0 1 7 0 6 0 3 5 0 前言 钻孔灌注桩是桩基础中最常见的一种形式，其承载力 大、造价低、施工速度快，能形成较大直径和各种规格，在房 屋建筑、水工建筑以及桥墩基础工程中得到了广泛应 用。3 1 。但其施工工艺技术复杂，极易出现桩位偏差过大、 孔底沉渣过多、钢筋笼上浮等质量通病，加之其属于隐蔽工 程，施工过程无法观察，成桩后不能进行开挖验收，一旦出现 问题，将严重影响桩身的完整性和单桩的设计承载能力，给 结构安全埋下隐患一- 。 影响钻孔灌注桩施工风险因素很多，且各因素间的关系 非常模糊，很难进行直观描述和求解。而模糊综合评判法是 一种以模糊推理为基础、采用定性与定量相结合的分析评判 方法，本文采用模糊数学和层次分析法相结合的方法可以更 客观地评价钻孑L 灌注桩的施工风险，对保障钻孔灌注桩施工 的安全具有重要的意义。 1 模糊数学综合评判模型的构建 1 1 模糊数学综合评判的步骤 模糊综合评判法“o 的数学模型可分为一级模型和多 级模型，以二级模型为例，其建立过程为： 1 ) 建立第一级因素集A = 曰。，曰：，日k 和二级因素 集B 。= c l ，C 2 ，c 。i 。 2 ) 建立评价集V = ”，V ：，”。 ，对第二级因素集的 n ，个因子进行单因素评判，得到单因素评判矩阵。然后建立 A 与V 的模糊关系，即建立评判矩阵： 收稿日期：2 0 1 7 0 3 0 8 ；修回日期：2 0 1 7 0 3 1 3 作者简介：冯樊( 1 9 8 4 一) ，男，陕西商洛人，硕士研究生，工程师，主要 从事地质工程工作。 R ：= r l 】 r 2 l ： r 1 2 r 2 2 ： 设B 。= c “1 ，c ”2 ，c ”。i 的权重集为： W i = ( W l “，w 2 ”，w 。：i ) 求得综合评判为B i = W i o 尺。( i = 1 ，2 ，k ) 。 3 ) 对第一级因素集做出综合评判，设其权重为W = ( W 。，W ：W 。) ，则总评价矩阵为R = ( 曰。，B ：Bk ) 1 ，从而 得到综合评判B = Wo R ，按照最大隶属度原则即得相应 评语。 1 2 确定权重的步骤 本文利用九标度法哺1 得到判断矩阵B 后，利用层次单 排序法对判断矩阵B 计算其满足B W = A 。W 的特征值与 特征向量。式中A 为B 的最大特征根，W 为A 的正规 化特征向量，W 的分量w ；即为相应元素单排序的权重。利 用判断矩阵计算各因素对目标层的权重步骤为： 1 ) 将B 的每一列向量归一化处理得： W 日= u 。u 2 ) 对W ；按行求和得： n 1 1 W i2 乙W i j 3 ) 将W i 进行归一化处理，W ( W 。，W ：，W 。) 7 即为权向量。 = w l W i ，W = i = l 4 ) 计算判断矩阵的最大特征根帅f 主警i = l 作为特征根近似值。 5 ) 对判断矩阵进行一致性检验。一致性检验的指标公 式为： c I ：生生二! n 一1 一致性比率为C R = C I R I ，式中，c I 为一致性检验指 标；R I 为随机一次性指标；n 为判断矩阵的阶数伸J 。若C R 0 1 ，则矩阵B 的不一致程度可接受，相应的该特征向量 可作为权向量；否则重新调整判断矩阵，直至满足一次性检 验。若判断矩阵满足矩阵的一致性检验要求，则所求权向量 准确，可作为指标权重。 2 实例应用 工程项目为重庆市某住宅小区，本次施工的为1 5 。楼桩 基础，设计为钻孔灌注桩，单桩长1 8m ( 试桩长2 0m ，共3 6 7 万方数据 根) ，混凝土强度为C 3 5 ，桩径为5 0 0m m ，总桩数1 1 8 根，单桩 承载力要求不低于22 0 0k N 。土层的基本情况为：首层杂填 土，1 3m 深；第2 层为黏土，软塑切面光滑、压缩中等、韧性 较高，该层勘探时未能穿透。地下水为上层滞水，存在于第2 层黏土中，枯水期水位为自然表下8m ，黏土层地下水渗透很 小。 表4中间层3 指标权重 3模糊数学的综合评判 表5中间层4 指标权重 3 1 确定评估指标体系及因素集 钻孔灌注桩施工风险因素分为两级，根据相应技术规范 和当地实际情况，建立如下评价指标体系，见图1 。 图1 评价指标体系 3 2 确定评价集 将危险等级分为“高风险”“较高风险”“中等风险”“较 低风险”和“低风险”5 个等级，评语集为：V = V 1 ，V 2 ，V 3 ， v 4 ，V 5 - 低风险，较低风险，中等风险，较高风险，高风 险 。 3 3 建立指标权重集 邀请重庆市从事钻孔灌注桩的施工技术人员和相关专 业的教授对风险因素打分，然后构造中间层判断矩阵，计算 各指标权重，同理，计算出各中间层指标权重矩阵，见表1 6 。 表1指标权重 6 8 表6中间层4 指标权重 3 4 确定各评价因子的隶属度 根据实际资料，结合经验，采用征集专家评分法，按照已 确定的评语集咨询8 位此领域的专家和技术人员，对评价因 子进行评分，并对评分结果进行归一化处理，最终得出各评 价因子的隶属度矩阵如表7 。 表7专家评语隶属度表 万方数据 3 5 评判结果 根据最大隶属度原则，对该工程中钻孔灌注桩的各影响 因素进行风险等级评判。 3 5 1 二级评判 1 ) 机械风险： 形= ( 0 50 5 ) R ，= o o oo 2 1 o - 7 9 1 L 00 00 3 8 0 6 2J B = 彤。R l = ( 0 000 3 80 5 ) w 。为机械风险中各危险因素的权重集；R ，为机械风险 的单因素评判矩阵；B ，为机械风险的综合评判矩阵；“”为 模糊乘积运算。5J ，以下表述类同。 同理，对材料风险、人员风险、自然风险、施工技术风险 进行评价，其结果如下。 2 ) 材料风险： 形2 = ( 0 50 5 ) R ，= f o oo - 2 1o 4 8 o 2 1 1 L 00 1 50 6 20 2 30J B ，= 形，o R 2 = ( 00 1 5 0 50 4 80 2 1 ) 3 ) 人员风险： 形，= ( 0 50 5 ) R ，：f o oo 1 lo 6 3 o 2 6 。 L 000 3 10 4 20 2 7J B ，= 形，。R3 = ( 00 0 3 10 5 0 2 7 ) 4 ) 自然风险： 形。= ( 0 1 60 2 20 1 30 4 9 ) f _ o o0 1 2o 2 4 o 6 4 Rd ：l 0 00 1 20 2 40 6 4 00 4 20 2 10 3 70 L oo 3 7o 4 2 o 2 lo j B 。= 形。R 42 ( 0 0 3 70 4 20 2 2 0 2 2 ) 5 ) 施工技术风险： R 5 = 00 2 60 4 7 0 2 70 O000 6 40 3 6 O0 3 70 4 20 2 10 0000 8 70 1 3 00 3 30 4 20 2 50 00 3 10 4 20 2 8O 0000 2 20 7 8 0000 3 20 6 8 形5 = ( 0 1 1 0 1 10 0 4 2 0 3 0 50 0 8 3 0 0 9 60 1 4 4 0 1 1 ) B ，= 彬5 。R 52 ( 0 0 1 10 1 10 3 0 50 1 4 4 ) 3 5 2 一级综合评判 计算风险评判向量A ： A = 形。B = 形。 B lB 2 B 3B 4B 5 】7 = ( 0 0 6 7 40 0 4 8 0 1 1 70 1 1 70 0 6 7 4 ) 。 0000 2 6 7 10 7 3 2 9 0O0 0 60 3 30 6 1 00 0 2 6 1 1 0 4 7 1 30 2 6 7 6 O000 6 2 50 3 7 5 00 1 8 3 30 5 5 1 70 2 0 3 30 0 6 1 7 。L 00 1 6 2 2 0 2 5 3 00 3 6 5 4 0 2 1 9 4J 式中，A 为该项目钻孔灌注桩风险性综合评价矩阵，评 判结果向量中的最大值为0 3 6 54 ，按最大隶属度原则， 0 3 6 54 对应的评语集为较低风险。因此，该项目的钻孔灌 注桩的风险等级为较低风险。 4 结论与建议 对重庆市某住宅小区的钻孔灌注桩施工风险进行了评 估。构建了桩基础施工的风险因素框架，应用模糊综合评估 法和层次分析法对钻孔灌注桩的施工风险进行评估。通过 风险分析可以得知，该工程钻孔灌注桩风险水平较低，其主 要风险来自施工技术和人员风险。模糊数学评价方法可客 观地评价钻孔灌注桩的施工风险等级，可以在类似工程应用 中推广。 I D ：0 0 4 2 5 2 参考文献 张奂玉钻孔灌注桩施工监理事前控制要点 J 煤炭工程， 2 0 0 3 ，5 0 ( 3 ) ：6 3 6 4 闵召辉，章厚忠，朱新实浅谈桥梁钻孔灌注桩低应变检测 J 公路，1 9 9 9 ，4 4 ( 3 ) ：2 8 2 9 孙庆丰钻孔灌注桩施工中常见问题及处理方法探讨 J 交 通科技，2 0 0 3 ，2 9 ( 6 ) ：2 4 2 5 朱淑珍监理控制钻孔灌注桩质薰的探讨 J 中国水运， 2 0 0 6 ，4 ( 6 ) ：7 5 7 6 谢季