层次分析法在深基坑支护系统方案优选中的应用

层次分析法在深基坑支护系统方案层次分析法在深基坑支护系统方案 优选中的应用优选中的应用 编者按 本文最主要的意义是通过一个工程实例 即武汉国贸 大厦基坑支护方案的优选来介绍层次分析法的 由于具体的场 地条件和地质条件的不同 文中一些具体的做法 例如指标层 19 个指标并不能在别的工程中生搬硬套 发表该文的主要目的 在于向读者介绍这种思路和基本方法 至于如何建立层次结构 模型的具体内容和评判标准是要根据不同的具体条件来考虑的 摘要 在建筑工程招标过程中 评标是一个十分棘手的问题 将层次分析法应用到深基坑支护系统方案的优选中 根据系统 的特点和基本原则 建立起层次结构模型 通过层次总排序得 到竞标方案的优劣排序 使评标过程更加全面 科学 公正 准确 关键词 基坑支护 方案 优选 层次分析法 权重 武汉市世界贸易中心工程地处汉口解放大道中段原武汉展览馆 旧址 规划占地面积约 8 万 m2 工程将分两期完成 一期工程 包括 28 层高商住写字楼 l 栋和 9 层的裙楼 地下室均为 2 层 基坑开挖深度为 11 0m 面积达 3 6 万 m2 属于大型深基坑工 程 该工程的建规模和基坑开挖面积国内名列前茅 在全国影 响很大 国内有十多家施工和设计单位参加深基坑支护系统方 案的投标 经过初选确定 6 家单位入围参加最后的竞标 如何 从众多投标方案中优选出最佳方案 是岩土工程领域中一个十 分棘手的难题 本文提出应用层次分析法对深基坑支护系统方 案进行选优 1 层次分析方法 层次分析法 1 2 作为系统工程中对非定量事件一种评价分析方 法是 1973 年由美国学者 a l 萨蒂 a 1 saaty 最早提出的 原名 为 the analyticl hierarchy process 简称 ahp 法 层次分析法是首 先将复杂的问题层次化 根据问题和要达到的目标 将问题分 解为不同的组成因素 并按照因素间的相互关联以及隶属关系 将因素按不同层次聚集组合 形成一个多层次的分析结构模型 根据系统的特点和基本原则 对各层的因素进行对比分析 引 入 l 一 9 比率标度方法 1 构造出判断矩阵 用求解判断矩阵最 大特征根及其特征向量的方法得到各因素的相对权重 最终通 过计算最低层 各投标方案相对于最高层即最佳方案的相对 权重值 得到竟标方案的优劣排序 层次分析法的基本步骤如下 1 建立层次结构模型 2 构造判断矩 3 层次单排序及其一致性检验 4 层次总排序及其一致性检验 2 工程概况及投标方案简介 2 1 建筑场区环境 工程地处汉口闹市中心的解放大道中段 建筑场区环境比较复 杂 北面紧靠解放大道 东邻游子乡大厦 西侧为协和广场 南抵该项目二期工程场地 2 2 工程地质和水文地质条件 该工程场地地层属长江一级阶地 为第四纪全新世长江冲洪积 地层 土层分布从上到下依次为杂填土 0 5 3 40m 粘土 0 6 6 95m 粉土 1 10 8 10m 粉砂 6 4 一 16 50m 粉细砂 7 0 23 50m 粉质粘土 0 0 6 70m 中粗砂夹砾石 1 9 5 0m 及卵石层 3 4 一 12 0m 基岩为泥质强风化页岩 场区有 两层地下水 表层填土中为上层滞水 水位在地面下 1 0m 左右 由 大气降水和城市生活废水补给 水量较小 深层承压水埋藏于 粉细砂层至卵石层中 承压水头高度随季节和长江水位影响 枯水期地下水位在地面下 5 0 6 0m 左右 丰水期地下水位在 地面下 1 0m 左右 2 3 竟标方案 3 建立层次结构模型 深基坑支护系统的设计是一个相当复杂的系统工程 3 4 除支 护结构设计之外 还包括止水降水措施 施工组织 工程监测 及应急方案等内容 影响因素众多 如工程的建筑特点 工程 地质条件 水文地质条件 建筑场地的周边环境 施工技术及 设备等等 基坑支护系统的设计必须满足安全性 经济性和可 行性这三个基本要求 对于市区工程 环境保护及文明施工也 是十分重要的 因此 可以从安全可行 经济合理 保护环境 施工便捷四个方面 选择了 19 个指标来评价深基坑支护系统方 案的优劣 建立图 2 所示的层次结构模型 4 确定评判原则 构造判断矩阵及层次单排序计算 根据深基坑支护系统方案的层次结构模型 将同一层次中的因 素相对于上一层次中的某个因素 采用 l 一 9 比率标度方法 见 表 2 两两成对比较 构造出判断矩阵 各层中的因素两两成对 进行比较时 评判的标准并不是一成不变的 而是根据工程的 特点 周边环境 工程地质和水文地质条件以及工期的要求等 等方面的情况决定的 对于武汉市世界贸易中心一期基坑支护 工程 在构造判断矩阵时应遵循以下原则 1 相对于目标层 最佳方案而言 深基坑支护系统方案的安 全性 经济性与可行性三者的关系是辩证统一的 不可偏废 即在满足安全要求与可行的前提下 使基坑支护工程的总投资 最少 同时注意保护环境 尽量缩短工期 2 相对于准则层而言 该工程地处长江一级阶地 具有典型的 二元结构特征 上部为粘性土 下部为砂性土 总的趋势是从 浅到深土颗粒逐渐变粗 渗透系数逐渐增大 地下水丰富 承 压水头高 且受季节和长江水位的影响 地下水的处理显得格 外突出 基坑开挖深度 基坑底部落在粉土或粉砂层中 土层 呈软塑状态 含水饱和 渗透性较大 极易产生坑底涌砂冒水 坑壁管涌及失稳等不良现象 由此而引发的工程事故累见不鲜 可见基坑侧壁止水及基底降水措施与基坑支护结构密不可分且 具有同等的重要性 3 对于指标深基坑支护系统方案的先进性 主要从以下几个方 面体现 一是支护结构设计时 首选主动支护结构或者被动加 固与主动支护结构相结合的形式 其次为被动支护结构形式 二是充分利用建筑场地条件 应首先考虑放坡开挖 如果条件 受到限制 可考虑局部放坡或者部分放坡 这种组合方式可降 低支挡结构的高度 减小支挡结构的负荷与内力 从而降低支 护结构的费用 提高坑壁的稳定性 4 基坑地下水治理方案的设计应遵循主动止水与降水减压相结 合综合治理的指导思想 在具有典型二元结构特征的地质条件 下 深井 即完整井 对有效降低水位和减少周围环境影响 以及 节约造价等方面来说都是优选的 坑壁止水措施应尽量与支护 结构相结合 以降低造价 5 层次总排序及结论 层次总排序就是基于层次单排序的结果计算方案层中的各投标 方案相对目标层的相对权重 依此确定竟标方案的优劣排序 这一过程是从最高层次到最低层次逐层进行