宋紫朝
(北京市政路橋管理養(yǎng)護集團有限公司,北京 100000)
隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展,目前對城市交通的要求也在逐漸提高,城市交通的便利程度直接影響著城市經(jīng)濟發(fā)展及居民生活的便利性[1-2]。隨著現(xiàn)如今國家對環(huán)境的要求,對城市水系的要求也是逐漸提高,因此,為連接城市交通,對城市橋梁的質(zhì)量要求也隨之提高[3-4]。地基對橋梁工程質(zhì)量的影響十分關(guān)鍵,良好的地基質(zhì)量直接影響橋梁工程的使用壽命,由于橋梁工程基礎(chǔ)位于水下,因此采用合理的防滲措施對橋基進行維護至關(guān)重要,將直接影響橋梁工程的質(zhì)量及穩(wěn)定性[5-7],因此對于城市橋梁工程來說,合理的橋基防滲措施十分關(guān)鍵。
目前,對于工程地基防滲的研究已取得了一定的進展。郝磊[8]以渠道地基為研究對象,比較了混凝土等不同防滲措施的防滲效果,指出混凝土防滲措施在不同措施中對地基的防滲效果最優(yōu);曹麗娟等[9]研究了水庫地基的最優(yōu)防滲措施,由于研究對象位于巖溶地區(qū),因此防滲措施的實施十分關(guān)鍵,她比較了垂直防滲帷幕、局部粘土水平鋪蓋和整體土工膜水平鋪蓋三種方案的防滲效果,指出局部粘土水平鋪蓋措施為防滲效果最優(yōu)的措施;溫立峰等[10]研究了混凝土防滲措施對壩基的防滲效果,指出該措施是透水和可壓縮壩基滲流控制的主要措施。
橋梁地基若出現(xiàn)滲水,對整個橋梁工程的質(zhì)量將產(chǎn)生十分嚴重的影響,為找出適用于橋基防滲的最優(yōu)措施,本文選擇原土夯實、漿砌石和混凝土三種防滲措施,通過監(jiān)測入滲速率初步分析不同措施的土壤防滲效果,同時基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對不同措施不同方面進行綜合評價,以期得出適用于橋基防滲的最優(yōu)措施。
為從多方面綜合比較三種方案的效果,選出最優(yōu)方案,本文從方案的實施合理性、方案的經(jīng)濟性和對環(huán)境的影響性三個方面,共12 個評價指標建立橋基防滲方案綜合評價指標體系,具體體系構(gòu)建情況見表1。
表1 評價指標體系構(gòu)建
Takagi 和Sugen 于1985 年構(gòu)建了T-S 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,該模型基于IF-THEN 的原則,當假設(shè)規(guī)則為yi時,具體模糊評價步驟為:
將模糊數(shù)據(jù)集的相對隸屬度進行模糊計算,最終得出計算結(jié)果的輸出值。
本文基于灰色聚類-SPA 理論,對不同防滲措施的優(yōu)劣性,而灰色聚類-SPA 理論的具體步驟如下:
對傳統(tǒng)白化函數(shù)及三角白化權(quán)函數(shù)進行改進,構(gòu)造指數(shù)型白化函數(shù),改進后的函數(shù)曲線是平滑的,擴大了函數(shù)涵蓋范圍[9]。將防滲措施防滲效果劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共五個區(qū)間。具體函數(shù)模型如下:
(1)當k=1,Ⅰ等級對應(yīng)灰類指數(shù)型函數(shù)模型為:
(2)當2≤k≤n-1,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等級對應(yīng)灰類指數(shù)型函數(shù)模型為:
公式中ak、bk、ck、dk、ek稱為聯(lián)系度分量,分別反映指標k 對已劃分的5 級灰類區(qū)間V1-V5 等級的偏向度;j為對立系數(shù),通常取-1;m3、m2和m1為評價樣本與評價等級的差異度系數(shù)。
將區(qū)間[-1,1]平均劃分成(n-1)個子區(qū)間,各分點值從左到右分別與式(7)中j m3、m2和m1的值相對應(yīng),利用同樣的均分原則將區(qū)間[-1,1]進行n 等分,從左到右可分別得到五個評價等級的區(qū)間范圍。具體評判區(qū)間如下:
當0.6≤μk≤1.0 時,判定級別為好(Ⅴ);當0.2≤μk≤0.6 時,判定風險級別為較好(Ⅳ);當-0.2≤μk≤0.2時,判定風險級別為一般(Ⅲ);當-0.6≤μk≤-0.2 時,判定風險級別為較差(Ⅳ);當-1.0≤μk≤-0.6 時,判定風險級別為差(Ⅴ)。
結(jié)合集對分析SPA 理論與灰色聚類評價,運用上述函數(shù)模型,計算各評價指標相應(yīng)的聚類系,與SPA 模型的聯(lián)系度分量ak、bk、ck、dk、ek建立如下函數(shù)關(guān)系:
式中θi1、θi2、θi3、θi4、θi5分別為指標i 的五個聚類系數(shù)分量。
各指標i 在不同灰類下的聚類系數(shù)由改進的指數(shù)型白化函數(shù)式(1)-(6)計算得到,采用式(10)進行歸一化處理:
圖1 為不同防滲措施下的橋基土壤入滲速率對比。由圖中可以看出,隨著時間的增長,不同方案的土壤入滲速率變化趨勢均為先降低后平穩(wěn)的趨勢,而土料夯實措施下的土壤入滲速率最高,在100min 內(nèi)的平均入滲速率為0.38cm/s,而漿砌石措施和混凝土措施的土壤平均入滲速率相差不大,分別為0.22和0.21cm/s,土壤累積入滲量表現(xiàn)為相似的變化規(guī)律。不同措施的土壤入滲速率不同,在土料夯實措施下的土壤入滲速率仍然較快,而漿砌石和混凝土的入滲速率相近,混凝土入滲速率略優(yōu)于漿砌石措施,但考慮到相同面積下,漿砌石的投資要低于混凝土,所以初步選擇漿砌石防滲為橋基防滲的主要措施。
圖1 不同防滲措施土壤入滲速率對比
首先根據(jù)AHP 法的基本原理,確定第二層準則層指標的權(quán)重,確定準則層指標判斷矩陣,結(jié)果見表2。然后確定不同指標的相對隸屬度矩陣,結(jié)果見表3。根據(jù)表3 和表4 中的數(shù)據(jù),得出指標最終權(quán)重,結(jié)果見表5。
表2 準則層指標判斷矩陣
表3 第三層指標相對隸屬度矩陣
表4 第三層指標初始綜合權(quán)重
表5 第三層指標最終綜合權(quán)重
土料夯實措施各聯(lián)合度分量計算數(shù)據(jù),結(jié)果見表6。由表6 中的數(shù)據(jù)可以看出,土料夯實年算得的綜合聯(lián)系數(shù)為-0.194,達到了一般的標準,同理得出漿砌石綜合聯(lián)系數(shù)分別為0.207,雖然增幅較低,達到了較好的標準,同時,漿砌石方案雖然入滲速率略高于混凝土措施,但綜合比較后發(fā)現(xiàn),由于混凝土的造價較高,施工較復雜,漿砌石方案為橋基防滲的最優(yōu)方案。
表6 土料夯實措施綜合聯(lián)系數(shù)確定
表7 列出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不同橋基防滲措施效果的評價標準,不同防滲措施的防滲效果可見表8,由表中可知,漿砌石措施和混凝土措施的防滲效果均達到了較好,且漿砌石措施較優(yōu)。同時模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運算時間遠低于SPA 理論,因此,證明了該方法的適用性。
表7 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價標準
表8 模型輸出結(jié)果
本文基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不同橋基防滲方案效果進行了比較,從方案的實施合理性、方案的經(jīng)濟性和對環(huán)境的影響性三個方面構(gòu)建了橋基防滲方案評價指標體系,同時將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算結(jié)果與傳統(tǒng)的SPA理論進行了對比,證明了該模型的適應(yīng)性。