層次分析法在深基坑支護系統(tǒng)方案優(yōu)選中的應(yīng)用

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摘要：在建筑工程招標(biāo)過程中，評標(biāo)是一個十分棘手的問題，將層次分析法應(yīng)用到深基坑支護系統(tǒng)方案的優(yōu)選中，根據(jù)系統(tǒng)的特點和基本原則，建立起層次結(jié)構(gòu)模型。通過層次總排序得到競標(biāo)方案的優(yōu)劣排序，使評標(biāo)過程更加全面、科學(xué)、公正、準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：基坑支護 方案 層次分析法

　　武漢市世界貿(mào)易中心工程地處漢口解放大道中段原武漢展覽館舊址，規(guī)劃占地面積約8萬m2，工程將分兩期完成。一期工程包括28層高商住寫字樓l棟和9層的裙樓，地下室均為2層，基坑開挖深度為11.0m，面積達3.6萬m2，屬于大型深基坑工程。該工程的建規(guī)模和基坑開挖面積國內(nèi)名列前茅，在全國影響很大。國內(nèi)有十多家施工和設(shè)計單位參加深基坑支護系統(tǒng)方案的投標(biāo)，經(jīng)過初選確定6家單位入圍參加最后的競標(biāo)。如何從眾多投標(biāo)方案中優(yōu)選出最佳方案，是巖土工程領(lǐng)域中一個十分棘手的難題。本文提出應(yīng)用層次分析法對深基坑支護系統(tǒng)方案進行選優(yōu)。

　　 1 層次分析方法

　　層次分析法[1][2]作為系統(tǒng)工程中對非定量事件一種評價分析方法是1973年由美國學(xué)者A.L.薩蒂(A.1.Saaty)最早提出的，(原名為The Analyticl Hierarchy Process)簡稱AHP法。層次分析法是首先將復(fù)雜的問題層次化。根據(jù)問題和要達到的目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)系統(tǒng)的特點和基本原則，對各層的因素進行對比分析，引入l一9比率標(biāo)度方法[1]構(gòu)造出判斷矩陣，用求解判斷矩陣最大特征根及其特征向量的方法得到各因素的相對權(quán)重；最終通過計算最低層——各投標(biāo)方案相對于最高層即最佳方案的相對權(quán)重值，得到竟標(biāo)方案的優(yōu)劣排序。

層次分析法的基本步驟如下：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型

(2)構(gòu)造判斷矩

(3)層次單排序及其一致性檢驗

(4)層次總排序及其一致性檢驗

　　2 工程概況及投標(biāo)方案簡介

　　2.1 建筑場區(qū)環(huán)境

　　工程地處漢口鬧市中心的解放大道中段，建筑場區(qū)環(huán)境比較復(fù)雜。北面緊靠解放大道，東鄰游子鄉(xiāng)大廈，西側(cè)為協(xié)和廣場，南抵該項目二期工程場地。 2.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

　　該工程場地地層屬長江一級階地，為第四紀(jì)全新世長江沖洪積地層，土層分布從上到下依次為雜填土(0.5—3.40m)、粘土(0.6—6.95m)、粉土(1.10—8.10m)、粉砂(6.4一16.50m)、粉細(xì)砂(7.0—23.50m)、粉質(zhì)粘土(0.0—6.70m)、中粗砂夾礫石(1.9—5.0m)及卵石層(3.4一12.0m)，基巖為泥質(zhì)強風(fēng)化頁巖。場區(qū)有兩層地下水。表層填土中為上層滯水，水位在地面下1.0m左右;由大氣降水和城市生活廢水補給，水量較小。深層承壓水埋藏于粉細(xì)砂層至卵石層中，承壓水頭高度隨季節(jié)和長江水位影響；枯水期地下水位在地面下5.0—6.0m左右，豐水期地下水位在地面下1.0m左右。

　　3 建立層次結(jié)構(gòu)模型

　　深基坑支護系統(tǒng)的設(shè)計是一個相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程[3][4]，除支護結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，還包括止水降水措施、施工組織、工程監(jiān)測及應(yīng)急方案等內(nèi)容；影響因素眾多，如工程的建筑特點、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、建筑場地的周邊環(huán)境、施工技術(shù)及設(shè)備等等?；又ёo系統(tǒng)的設(shè)計必須滿足安全性、經(jīng)濟性和可行性這三個基本要求；對于市區(qū)工程，環(huán)境保護及文明施工也是十分重要的。因此，可以從安全可行、經(jīng)濟合理、保護環(huán)境、施工便捷四個方面，選擇了19個指標(biāo)來評價深基坑支護系統(tǒng)方案的優(yōu)劣，建立圖2所示的層次結(jié)構(gòu)模型。

　4 確定評判原則，構(gòu)造判斷矩陣及層次單排序計算
　　根據(jù)深基坑支護系統(tǒng)方案的層次結(jié)構(gòu)模型，將同一層次中的因素相對于上一層次中的某個因素，采用l一9比率標(biāo)度方法兩兩成對比較，構(gòu)造出判斷矩陣。各層中的因素兩兩成對進行比較時，評判的標(biāo)準(zhǔn)并不是一成不變的，而是根據(jù)工程的特點、周邊環(huán)境、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件以及工期的要求等等方面的情況決定的。對于武漢市世界貿(mào)易中心一期基坑支護工程，在構(gòu)造判斷矩陣時應(yīng)遵循以下原則：

　　(1)相對于目標(biāo)層——最佳方案而言，深基坑支護系統(tǒng)方案的安全性、經(jīng)濟性與可行性三者的關(guān)系是辯證統(tǒng)一的，不可偏廢。即在滿足安全要求與可行的前提下，使基坑支護工程的總投資最少；同時注意保護環(huán)境，盡量縮短工期。

　　(2)相對于準(zhǔn)則層而言，該工程地處長江一級階地，具有典型的二元結(jié)構(gòu)特征。上部為粘性土，下部為砂性土，總的趨勢是從淺到深土顆粒逐漸變粗，滲透系數(shù)逐漸增大。地下水豐富，承壓水頭高，且受季節(jié)和長江水位的影響，地下水的處理顯得格外突出。基坑開挖深度，基坑底部落在粉土或粉砂層中，土層呈軟塑狀態(tài)，含水飽和，滲透性較大，極易產(chǎn)生坑底涌砂冒水、坑壁管涌及失穩(wěn)等不良現(xiàn)象，由此而引發(fā)的工程事故累見不鮮?？梢娀觽?cè)壁止水及基底降水措施與基坑支護結(jié)構(gòu)密不可分且具有同等的重要性。

　　(3)對于指標(biāo)深基坑支護系統(tǒng)方案的先進性，主要從以下幾個方面體現(xiàn)：一是支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首選主動支護結(jié)構(gòu)或者被動加固與主動支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式，其次為被動支護結(jié)構(gòu)形式。二是充分利用建筑場地條件，應(yīng)首先考慮放坡開挖。如果條件受到限制，可考慮局部放坡或者部分放坡。這種組合方式可降低支擋結(jié)構(gòu)的高度，減小支擋結(jié)構(gòu)的負(fù)荷與內(nèi)力，從而降低支護結(jié)構(gòu)的費用，提高坑壁的穩(wěn)定性。

　　(4)基坑地下水治理方案的設(shè)計應(yīng)遵循主動止水與降水減壓相結(jié)合綜合治理的指導(dǎo)思想。在具有典型二元結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)條件下，深井(即完整井)對有效降低水位和減少周圍環(huán)境影響，以及節(jié)約造價等方面來說都是優(yōu)選的?？颖谥顾胧?yīng)盡量與支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以降低造價。

　　5 層次總排序及結(jié)論

　　層次總排序就是基于層次單排序的結(jié)果計算方案層中的各投標(biāo)方案相對目標(biāo)層的相對權(quán)重，依此確定竟標(biāo)方案的優(yōu)劣排序。這一過程是從最高層次到最低層次逐層進行的。

　　6 結(jié)語

　　在武漢市世界貿(mào)易中心工程深基坑支護系統(tǒng)方案的評標(biāo)中，采用層次分析法得到的最佳方案與實際中標(biāo)方案是一致的。由此可見，文中構(gòu)造的層次結(jié)構(gòu)模型基本能夠表達深基坑支護系統(tǒng)狀況和特點；將層次分析法應(yīng)用到深基坑支護系統(tǒng)方案的優(yōu)選中，能夠使評標(biāo)過程更加全面、科學(xué)、公正、準(zhǔn)確