基于模糊層次法的樁板路基質檢標準指標體系

陳玉宏

(安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

樁板路基結構是一種高速改擴建新型路基結構,這種結構形式適應性很強,對不同地段可以靈活應用[1，2]。目前,樁板式路基在安徽省高速建設中處于實驗推廣階段,實施過程中尚無對應的質量檢測、檢驗標準。標準制定的意義和價值是毋庸置疑的,如何實現(xiàn)樁板式路基的規(guī)范化和標準化越來越成為高速公路改擴建亟須解決的問題[3，4]。

樁板路基的裝配化構件全工廠化預制后安裝,既能減少對既有交通干擾,又能提高工程效率和質量[5]。目前,樁板式路基在安徽省高速建設中處于實驗推廣階段,實施過程中尚無對應的質量檢測、檢驗標準[6]。

《樁板式路基專項工程質量檢驗標準》立足于安徽省高速公路改擴建的建設創(chuàng)新,綜合考慮綠色環(huán)保、工業(yè)化建造、裝配化施工的需要,可解決樁板式路基工程的規(guī)范化和標準化問題,對安徽省交通基礎設施建設的今后發(fā)展尤其關鍵。

編制《樁板式路基專項工程質量檢驗標準》順應國家政策,符合我省高速公路改擴建需求,是對交通運輸部《交通運輸標準化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)展綠色交通、工業(yè)化建造和安徽省打造“安徽精度”等文件精神的貫徹領會與積極踐行。

鑒于樁板路基工程質量檢驗標準的重要性,亟待需要制定相關的質量檢驗標準。目前國內尚無該方面的國家標準,安徽省在該方面的研究走在了前列。在制定檢驗標準的時候,首先需要通過科學方法來選取相關的分部分項工程。本文通過層次分析法和主成分分析,建立了公路樁板路基質量檢驗的指標體系,初步確定了各指標的權重。

1 主成分分析法

樁板路基的施工質量檢驗是一個復雜的系統(tǒng)工程,涉及眾多因素和指標。主成分分析法可以對這些指標之間的關鍵進行研究和梳理,并且主成分分析可以盡量保證信息不丟失,采用對高維變量空間進行降維處理的途徑[7]。在對安徽省歷史樁板路基工程計算數(shù)據進行主成分分析之前,首先通過屬性過濾,定性屬性的定量化,以及數(shù)據的標準化處理,對歷史數(shù)據進行預處理。在完成樁板路基工程歷史數(shù)據的預處理之后,通過數(shù)理統(tǒng)計軟件進行主成分分析,從而找出對工程造價影響最大的關鍵指標[8]。

(1)屬性過濾。調查發(fā)現(xiàn),安徽省高速公路樁板路基工程的質量檢測中屬性個數(shù)超過了100個,然而有一部分屬性與樁板路基質量控制不相關,首先將這些屬性進行刪除和過濾,剩余的屬性用來建模，從而提高了模型的準確定和計算的效率。

(2)定性屬性的定量化處理。在原始數(shù)據中包括管樁直徑、預制板厚度等,進一步分析需要進行量化處理,如預應力管樁直徑按照其截面積進行計算。以管樁預制的檢測項目為例,混凝土強度C50定義為1,C80定義為2,樁長按照實際長度計算等。

(3)數(shù)據的標準化處理。因為矩陣數(shù)據受檢測指標的單位和數(shù)量級的影響,只有對原始數(shù)據進行標準化處理才能剔除這些影響。本文采用原始數(shù)據減去各指標的均值,然后除以標準差的形式,作為標準化處理的結果。

(4)主成分分析。在SPSS 20.0軟件中進行主成分分析,最大迭代次數(shù)設定為25,結果顯示前5個主成分的累積貢獻率超過85%,通過10個主成分的正交旋轉變換后,初步得出以下5類屬性的組合能夠基本反映原始數(shù)據的基本結構。

2 關鍵指標體系建立

根據數(shù)據分析結果,課題組研究人員會同其他教授專家進行討論,剔除了一些不可控制變量,增加了一些歷史數(shù)據中沒有但是在實際工作中影響較大的變量(如接樁等),并結合樁板路基項目的工程特點,最終構建了高速公路樁板路基質量控制的關鍵指標體系,如圖1所示。

圖1 安徽省樁板路基質量控制關鍵指標體系

高速公路樁板路基質量控制的主要因素有預制管樁的質量控制、預制板的質量控制、樁板連接部位的質量控制、伸縮縫的質量控制和防撞護欄的質量控制。總的來說,高速公路樁板路基工程的關鍵指標包括以下五類:

(1)預制管樁。先張法預應力管樁強度高,承載能力強,有效支撐了上部結構傳遞下來的結構效應。影響其質量控制的因素較多,如管樁預制的混凝土強度、直徑、樁長、保護層厚度、端板等預制因素,還有一些是施工過程中的控制因素,比如樁位偏差、高程偏差、傾斜度偏差和貫入度的控制等。

(2)預制面板。高速公路樁板路基工程中的預制面板厚度小,承載強度大,通長預制板的厚度設計值在24～26cm,遠低于空心板或者小箱梁的高度。因此,預制面板的質量控制尤為重要,影響其質量控制的因素主要有混凝土強度、尺寸偏差、軸線偏差、平整度、保護層厚度偏差等預制因素,以及一些施工因素,例如高程偏差、相鄰板高差、偏位、橫坡等。

(3)樁板連接。預制板和高強管樁的連接主要依靠樁板連接設計來進行,樁板連接部位的設計形式多樣,有管樁鋼筋深入預制板并澆筑混凝土的固結形式,也有型鋼連接,或者法蘭螺栓連接等。連接設計是否傳力合理,直接影響樁板路基結構整體的受力性能。本研究依托合安高速改擴建工程樁板路基結構形式進行研究,因此主要以管樁鋼筋深入預制板并澆筑混凝土的固結形式為研究對象。

(4)伸縮縫和防撞護欄。伸縮縫和防撞護欄是樁板路基工程有效運營的基本保障,合理控制伸縮縫和防撞護欄的安裝質量,有助于保護結構整體運營的安全和舒適。伸縮縫的幾何尺寸及其與預制板的高差控制,防撞護欄的底座和鋼護欄等一些參數(shù)是控制他們質量的主要因素。

3 關鍵指標的模糊層次分析

3.1 一級指標的重要性評分

基于上述的指標體系,在課題組內部邀請各位技術專家對關鍵指標的重要性進行評分。調查問卷的設計采用模糊邏輯的方法,得到樁板路基工程質量控制的關鍵指標的重要性權重。各個指標的重要程度根據以下原則進行評分:0,1=無;1,2,3=很不重要;3,4,5=不重要; 5,6,7=同等重要;7,8,9=重要;9,10=很重要。問卷得到的定量數(shù)據將進行標準化處理,用分段函數(shù)表示為[9,10]:

式中：U是標準化的樁板路基質量控制關鍵指標重要性的評分值。

負責打分的技術專家均具備至少1年的樁板路基設計、計算和施工的工作經驗,熟悉樁板路基的工程特點。同時,各位專家的崗位、工作年限、教育背景等方面都不盡相同,增加了樣本的多樣性,有效地避免了專家主觀經驗的影響。

對樁板路基質量控制的5個一類指標和41個二類指標的重要性進行了評分,問卷得到的定量數(shù)據將進行標準化處理,標準化之后的評分在根據層次分析法對不同指標的重要性進行分析。層次分析的結果見表1。

表1 樁板路基一類指標對質量控制的重要性權重

表1中列舉了5個一類指標(即預制管樁、預制面板、樁板連接、伸縮縫和防撞護欄)的重要性權重。從數(shù)據分析的結果中看,預制面板對樁板路基工程的重要性最高(權重為0.261 4),預制管樁和樁板連接的重要性權重分別排第二和第三(權重為0.252 5和0.231 3),伸縮縫和防撞護欄的影響最小(權重僅為0.116 7和0.134 1)。

3.2 二級指標的重要性評分

JTG F80-2018取消了評分法,僅從合格率的角度對工程質量進行合格判定。交通運輸部辦公廳文件(交辦公路〔2018〕136號文件)對單位工程、分部工程的評分方法進行了補充規(guī)定,本標準采用了相同的方法對公路樁板路基的單位工程、分部工程進行評分。分部工程A1中包含的分項工程、實測項目及合格率等相關信息見表2。

表2 交工驗收質量評定中分部工程計算示例

分部工程A1的實測得分為:

A1實測得分=

×100

在這里,需要用到檢查項目的檢查權重,可以使用模糊層次分析法初步進行判定。首先對預制面板的預制項目的檢測指標進行專家打分,然后問卷得到的定量數(shù)據將進行標準化處理,標準化之后的評分在根據層次分析法對不同指標的重要性進行分析。層次分析的結果見表3。

表3 二類指標對質量控制的重要性權重

初步的分析表明,對于預制面板的預制質量控制中,各二類指標的重要性權重不同,其中預制板的厚度、保護層厚度以及混凝土強度是最重要的三大影響因素,影響因子分別為0.2214、0.1983和0.1921。其他幾項指標的排序居后。由此分析,可以先定義檢測項目的初步權重,將重要性權重較大的三項檢測項目的權重定為2,其他幾項的權重定為1。

4 結 論

基于模糊層次分析法和主成分分析,本文對高速公路樁板路基施工質量檢驗時的評分權重進行了研究,建立了質量評定的基本體系和框架。采用該方法能初步確定各檢測指標的重要性權重，有力地配合了公路樁板路基專項工程質量檢驗標準的制定工作。另外,本文為相關工程提供了可參考的研究方法。