基于模糊算法的鹽漬土路基施工方案比選

張守國(guó)

摘要：沿海公路至林雀堡段公路工程是建設(shè)曹妃甸港的陸上通道。該線路通過多處蝦池、魚塘等，路基土多數(shù)為鹽漬土，本文利用模糊數(shù)學(xué)算法對(duì)不同鹽漬土路基施工方案進(jìn)行比選，從而優(yōu)化施工決策，平衡施工質(zhì)量與工程經(jīng)費(fèi)之間的矛盾。

關(guān)鍵詞：鹽漬土;模糊數(shù)學(xué);方案比選

中圖分類號(hào)： U416.1;TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 背景和施工方案

1.1施工背景

沿海公路至林雀堡段公路工程是建設(shè)曹妃甸港的陸上通道。本工程沿海公路至林雀堡段15公里（7公里至22.688公里）范圍內(nèi)，路線穿過蝦池、魚池和鹽池。附近設(shè)有公路或便道，施工作業(yè)方式只能從陸地一側(cè)往港口方向單向延伸，或者就地取土筑堤。公路沿線地基主要持力層為飽和黏土，承載力低，排水固結(jié)緩慢。需要采用置換、加筋或復(fù)合地基等措施進(jìn)行加固處理，方可保證路基穩(wěn)定。

根據(jù)筑路條件，初步計(jì)劃采用以下三種路基施工方案。

1.2 施工方案

方案1—采用鹽漬土虛填下部路基，然后路基地基同時(shí)加固

施工方法

首先在路中心線兩側(cè)進(jìn)行圍堰。經(jīng)排水、晾曬一個(gè)月后，就地堆土筑堤。由于路基土的含水量大，對(duì)下部填筑土加入6%的生石灰進(jìn)行改良，路基土分層碾壓處理，按壓實(shí)度75%～88%控制。實(shí)行簡(jiǎn)易通車后，利用粉煤灰——石灰樁對(duì)地基及下部路基進(jìn)行加固處理，利用鋼渣穩(wěn)定鹽漬土加固上部路基。

方案2—淺層清淤，采用土工合成材料加固路基，筑路材料外運(yùn)

施工方法

在路基兩側(cè)圍堰、排水、機(jī)械清除淤泥，淤泥深度為1.2m～2.5m。分層鋪設(shè)土工布，填筑砂土，按30cm厚分層碾壓，壓實(shí)度從底部87%開始逐層提高。

方案3—先加固地基，后填筑路基，筑路材料外運(yùn)，分層壓實(shí)

施工方法

首先，在路基坡腳范圍內(nèi)修建高出水面的運(yùn)輸和工作平臺(tái)，為打樁機(jī)運(yùn)輸、安裝、就位和工作提供條件。然后對(duì)軟弱地基實(shí)施加固，最后填筑路基。路基填筑按路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)控制壓實(shí)度。

備選的三個(gè)方案均有優(yōu)缺點(diǎn)，而判斷這些方案優(yōu)缺點(diǎn)的因素又具有交錯(cuò)性和層次性，而且，多數(shù)評(píng)價(jià)因素都不能量化，即具有模糊性。若從定性的描述來判斷各方案的總體效益，有時(shí)很難做出孰優(yōu)孰劣的選擇。

為此，本文采用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)上述三種路基加固方案進(jìn)行優(yōu)化決策計(jì)算，得到最優(yōu)施工方案。

2 評(píng)價(jià)模型的建立

設(shè)為研究對(duì)象的n種因素（或指標(biāo)），稱之為因素集（或指標(biāo)集）。為各因素（或指標(biāo)）的m種評(píng)判所構(gòu)成的評(píng)判集（或稱評(píng)語集、評(píng)價(jià)集、決策集等），元素個(gè)數(shù)和名稱均可根據(jù)實(shí)際問題的需要和決策而定。實(shí)際案例中，多數(shù)因素評(píng)判集都是模糊的，故而綜合評(píng)價(jià)應(yīng)該是V上的一個(gè)模糊子集。

AHP-F隸屬度的多層次模糊綜合評(píng)判模型的建立

（3）應(yīng)用AHP法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的確定

AHP法主要通過建立判斷矩陣層次單排序與總排序等四個(gè)步驟進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的確定。

建立層次結(jié)構(gòu)

一般層次結(jié)構(gòu)包括目標(biāo)層在整體的分析基礎(chǔ)上，通過范圍、因素及其之間的相互關(guān)系確定各層次的分組，進(jìn)而建立層級(jí)結(jié)構(gòu)。上述層次機(jī)構(gòu)一般包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。

構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)步驟一中建立的層次結(jié)構(gòu)，繼續(xù)建立判斷矩陣。

（4）求得綜合評(píng)判為：

（5）對(duì)于一級(jí)因素集作綜合評(píng)判，不妨設(shè)其權(quán)重，總評(píng)判矩陣為。。

由此，基于AHP-F隸屬度的綜合模糊評(píng)價(jià)法模型的建立完成。

3 結(jié)果和分析

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確定

最優(yōu)的過濕鹽漬土路基修筑方案應(yīng)該滿足技術(shù)質(zhì)量要求，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，環(huán)保最優(yōu)。

l?本項(xiàng)工程技術(shù)的可行性主要是考查：

A—— 路基工后沉降是否滿足規(guī)范對(duì)沉降量的要求;

B——形成臨時(shí)通行能力所需時(shí)間的長(zhǎng)短;

C——施工的便利程度;

l?經(jīng)濟(jì)的合理性主要是考查：

D——地基處理和路基修建費(fèi)用;

E——路面鋪筑之前的通車維護(hù)費(fèi)用高低;

l?環(huán)境影響主要是考查：

F——路基填筑材料取用對(duì)不利環(huán)境影響;

G——施工對(duì)工地周圍環(huán)境的危害程度。

三種方案中對(duì)結(jié)果影響相同的指標(biāo)這里均沒有列入。

影響施工方案評(píng)選的因素主要有：技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性和環(huán)境影響三個(gè)一級(jí)因素，7個(gè)二級(jí)因素，每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)集為{好、較好、一般、較差、差}，即

根據(jù)各二級(jí)因素的綜合評(píng)判矩陣?B^（1）可以作為一級(jí)因素的綜合評(píng)判矩陣的評(píng)判矩陣R。

將綜合評(píng)判矩陣B^（2））作歸一化處理后與相對(duì)應(yīng)等級(jí)矩陣相乘得到綜合評(píng)價(jià)值W 比較W 值的關(guān)系，選擇最佳的方案。

針對(duì)曹妃甸港公路工程路基施工方案，專家給出的三種施工方案中的評(píng)價(jià)因素及分配及各個(gè)因素的評(píng)語，一般采用{好、較好、一般、較差、差}五個(gè)等級(jí)描述。其中，可以根據(jù)概預(yù)算及已有工程測(cè)算給出經(jīng)濟(jì)性和施工工期的相對(duì)定量評(píng)價(jià)值，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模糊評(píng)語。三種方案各評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。為量化各評(píng)價(jià)指標(biāo)，將每個(gè)評(píng)語量化分值，分值從-2到2 ，其隸屬度分布如表2。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論，從技術(shù)質(zhì)量、節(jié)約成本、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等多個(gè)角度對(duì)路基施工各個(gè)方案的優(yōu)劣進(jìn)行定量分析，確定?“采用鹽漬土填筑下部路基，然后路基地基同時(shí)加固”的方案是使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的路基修筑方案。

工程實(shí)踐已經(jīng)證明，采用該路基修筑方案在技術(shù)上是可行的，并對(duì)環(huán)境危害程度最小，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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