[文章]：层次分析法在深基坑支护系统方案优选中的应用

guoloveyou2003

层次分析法在深基坑支护系统方案优选中的应用
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的。
6  结语
    在武汉市世界贸易中心工程深基坑支护系统方案的评标中，采用层次分析法得到的最佳方案与实际中标方案是一致的。由此可见，文中构造的层次结构模型基本能够表达深基坑支护系统状况和特点；将层次分析法应用到深基坑支护系统方案的优选中，能够使评标过程更加全面、科学、公正、准确。