公路桥梁台背回填质量评价方法研究

梁涛+邹道光杨丰华李蕊张久鹏裴建中

文章编号：1000033X（2016）12011805

收稿日期：20160520

摘要：运用层次分析法和模糊综合评判法评价台背回填工程的质量，并对回填工程的实际沉降监测数据与评价结果进行比较。结果表明：用层次分析法得到的评价结果比用模糊综合评判法得到的结果更准确；但层次分析法仅能判断台背回填质量的相对优劣，而模糊综合评判可给出各台背回填工程的分数，可同时对大量回填工程的质量进行评判。

关键词：台背回填；质量评价；层次分析；模糊综合评判

中图分类号：U414.03文献标志码：B

Quality Assessment of Backfilling of Highway Bridge Abutment

LIANG Tao1， ZOU Daoguang2， YANG Fenghua3， LI Rui2， ZHANG Jiupeng2， PEI Jianzhong2

（1. Tongchuan Highway Administration， Tongchuan 727031， Shaanxi， China； 2. School of Highway，

Changan University， Xian 710064， Shaanxi，China； 3. Department of Management Engineering，

Shaanxi Railway Institute， Weinan 714000， Shaanxi， China）

Abstract： To evaluate the construction quality of backfilling of highway bridge abutment， analytic hierarchy process （AHP） and fuzzy comprehensive evaluation（FCE） methods were applied to make a comparison， and the settlement monitoring data of abutment backfilling were used to validate the reliability of the methods. Furthermore， the scope of application was analyzed. The study shows AHP is more accurate when compared with FCE. The former method can only decide the relative merits of given backfilling， while the latter can grade the construction of a great number of backfilling projects and evaluate the quality simultaneously.

Key words： abutment backfilling； quality assessment； analytic hierarchy process； fuzzy comprehensive evaluation

0引言

随着高速公路的建设，桥梁、隧道和涵洞等构筑物所占比重不断增大[13]。许多工程在建成通车不久后就出现大量病害，其中台背回填中路桥过渡段出现的桥头“跳车”是最常见的病害类型之一，给道路结构及驾驶员带来的安全隐患不容小觑[45]。

很多研究者运用力学模型和数学方法构建台背回填路堤的沉降预测模型以及桥台对台后填土的力学响应模型，分析桥头“跳车”的动力响应问题等[68]。在台背回填中哪种设计因素或哪个回填措施的改变对台背回填的质量影响更大，是施工的关键。因此，适当分析已有台背回填方案，找到台背回填质量控制的关键因素，是本文研究的主要内容。

1评价模型的选择

按照使用的数学方法，一般的数学模型主要分为3类：确定性模型、随机性模型和模糊性模型。确定性模型是指实际研究对象之间具有明确关系，可用方程式、网络结构图等表示的关系，使用的方法多为经典数学方法；随机性模型指实际研究对象具有一定的随机性，通常选择概率统计及随机过程等理论确定其模型；模糊性模型则指实际研究对象及其关系具有模糊性，在分析这些问题时，常常需要借助模糊理论和模糊逻辑等。

由于台背回填中的影响因素较多，相互之间又有一定的交叉影响，且影响因素之间具有一定的模糊性，所以先考虑使用模糊性模型进行分析。从原理来讲，层次分析法和模糊综合评判都适用于工程问题的分析[910]。因此，本文分别采用层次分析法和模糊综合评判法对台背回填质量进行评价。

2层次分析法分析台背回填质量

2.1层次分析法概述

层次分析法用于解决由于因素的不确定性造成人们在比较、判断、评价、决策时难以量化，从而不能准确判断的问题。

2.2层次分析法计算步骤

2.2.1建立层次结构模型

层次结构模型通常包括3个部分：目标层、准则层和方案层。目标层是层次分析法中的最高层，是需要分析的实际问题；准则层是中间层，具体内容为实际问题的影响因素；方案层则是层次分析法中的最底层，具体内容是解决实际问题的具体方案。其中，准则层可以按照影响因素的复杂程度分成若干层，但每一层中的元素最好不要超过9个，否则会因元素过多而造成困难，具体结构如图1所示。

图1最佳方案选择的层次结构

2.2.2各构造层次的成对比较矩阵

在准则层中，各因素对上一层因素的相对重要程度不同，因此需要对全部因素作两两相互对比，从而得到成对比较矩阵。因素比较之后的重要性按照重要性标度表1取值。

根据表1可计算图1中结构的比较矩阵，准则层对目标层的成对比较矩阵A=（aij）5×5（i，j=1、2、

3、4、5）和方案层对准则层的成对比较矩阵Bk=（bij）3×3（i，j=1、2、3；k=1、2、3、4、5）。其中，aij表示因素Bi与Bj对选择最佳方案G的重要性之比，bij表示方案Di与Dj对于准则Bk的优越性的比较尺度。

3模糊综合评判法评价台背回填质量

3.1模糊综合评判法的步骤

运用模糊综合评判法评判工程质量时一般分为2步：先对每个因素进行单因素评判；再对所有因素进行综合评判。

在具体评判中，首先要确定影响因素，建立影响因素集U；其次判断各因素的权重，建立因素权重集G；然后对评判的对象建立备择集V；进而对每一个影响因素进行单因素评判，得到每一个影响因素对备择集的隶属程度，并构成判断矩阵R；接下来进行综合评判，可表示为Q=GR，其中，为模糊算子；最后，根据评判方法做出评判或计算综合评判值。

评判方法一般有最大隶属度法、加权平均法和模糊分布法。最大隶属度法仅考虑最大评判指标的贡献而舍去了其他评判指标的影响；因此，当最大评判指标不止一个的时候，无法使用最大隶属度法，一般选择加权平均法，加权平均法无法用于非数性量对象的评判，模糊分布法则是将评判指标归一化后直接作为评判结果。在评判工程质量时，对于最后的评判指标处理多选用最大隶属度法。

上述评判步骤为一级模糊综合评判，它是模糊综合评判的基本步骤和初始模型。但是，一级模糊综合评判法仅适用于比较简单的问题，对于影响因素较多的问题，一级模糊综合评判难以给出合理的结果，必须采用多级模糊综合评判法。

多级模糊综合评判就是多次叠加的一级模糊综合评判。在多级综合模糊评判中，由于涉及到的因素较多，可先根据因素性质的不同进行分类，然后对每一类中各个因素进行评判，最后再在各类之间进行综合评判；或者当因素可以分为多个层次的时候，可先按最低层次的各因素进行评判，然后层层递进直至最高层次，最终得到总的评判结果。

3.2模糊综合评判在台背回填工程中的应用

本节先采用层次分析法确定台背回填影响因素的权重，再通过一级模糊综合评判模型判断台背回填质量。

（1）建立因素集。影响台背回填的主要因素有地基处治、回填材料、桥台类型、填土高度、地基土质和施工状况等。因此，因素集U={地基处治，回填材料，桥台类型，填土高度，地基土质，施工状况}。

（2）建立权重集。根据层次分析法计算结果，可以得到权重集G={0.256 3，0.144 8，0.032 7，0398 4，0.040 9，0.126 8}。

（3）建立备择集。因为评判目的是判断台背的回填质量，总评判结果应该是质量等级。因此，备择集V={优，良，中，差}。其中，

“优”表示各设计内容完全达到规范要求，施工状况良好，台后过渡段无“跳车”现象，评分为90～100。

“良”表示各设计内容完全达到规范要求，施工状况满足要求，台后过渡段有较小沉降差，基本不发生“跳车”现象，评分为80～89。

“中”表示各设计内容基本达到规范要求，施工状况满足要求，台后过渡段有轻微“跳车”现象，评分为60～79。

“差”表示设计内容未达到规范要求，施工状况不满足要求，台后过渡段产生“跳车”现象，评分小于60。

（4）单因素模糊评判。针对工程1台背回填工程的每一个因素进行单因素评价，得到单因素评价结果R1=（0.7，0.3，0，0），R2=（0.4，0.6，0，0），R3=（0.5，0.5，0，0），R4=（0.2，0.7，0.1，0），R5=（0，0.3，0.6，0.1），R6=（0，0.9，0.1，0）。

（5）模糊综合评判。运用一级模糊综合评判计算评判指标Q=GR={0.256 3，0.398 4，0100 0，0040 9}。

（6）评判指标的处理。采用模糊分布法，归一化得到QT={0.322，0.500，0.126，0.052}。

为了对台背回填质量有较为直观的认识，对评价集中的优、良、中、差4个等级进行量化，得到V={优，良，中，差}=[95，85，70，50]T。然后得到工程的质量评分为S=QTV=0.322×95+0.5×85+0126×70+0052×50=84.51。

由计算结果可知，84.51处在80～89范围内，因此，工程1的台背回填质量为良。

根据上文所述的评价方法和计算步骤，可以计算得到不同台背的回填质量，只要因素集、备择集的选择和评价指标一致，即可将各工程的最后评分进行比较，从而根据各工程的得分高低，判断各工程的优劣。

4结语

（1）由于台背回填中的影响因素较多，且相互之间又有一定的交叉影响，准确判断各因素对台背回填质量的影响比重较为困难。因此，选择层次分析法和模糊综合评判法来评价台背回填质量。

（2）层次分析法的优势在于，通过建立比较矩阵并进行一致性检验，来降低人为主观因素的干扰，使经过计算得到的各影响因素的台背回填质量权重较为准确。通过这一方法，既可以得到台背回填质量影响因素中的关键影响因素，还可以对各工程的台背回填质量排序，进行方案比选。

（3）模糊综合评判法的优势是可以判断出每个台背回填质量的优劣，并可以通过打分的方式给台背回填工程的质量一个分数。在相同评判指标下，根据分数的不同，可以对各个台背回填工程的回填质量进行比较。

（4）当影响因素较多或较为复杂的时候，有时会出现综合模糊评判失效的问题。可先采用层次分析法确定各影响因素的权重，再使用一级综合模糊评判模型对台背回填质量进行评判，避免了综合模糊评判失效。

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[责任编辑：杜敏浩]