基于模糊层次法的桩板路基质检标准指标体系

陈玉宏

(安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

桩板路基结构是一种高速改扩建新型路基结构,这种结构形式适应性很强,对不同地段可以灵活应用[1，2]。目前,桩板式路基在安徽省高速建设中处于实验推广阶段,实施过程中尚无对应的质量检测、检验标准。标准制定的意义和价值是毋庸置疑的,如何实现桩板式路基的规范化和标准化越来越成为高速公路改扩建亟须解决的问题[3，4]。

桩板路基的装配化构件全工厂化预制后安装,既能减少对既有交通干扰,又能提高工程效率和质量[5]。目前,桩板式路基在安徽省高速建设中处于实验推广阶段,实施过程中尚无对应的质量检测、检验标准[6]。

《桩板式路基专项工程质量检验标准》立足于安徽省高速公路改扩建的建设创新,综合考虑绿色环保、工业化建造、装配化施工的需要,可解决桩板式路基工程的规范化和标准化问题,对安徽省交通基础设施建设的今后发展尤其关键。

编制《桩板式路基专项工程质量检验标准》顺应国家政策,符合我省高速公路改扩建需求,是对交通运输部《交通运输标准化“十三五”发展规划》发展绿色交通、工业化建造和安徽省打造“安徽精度”等文件精神的贯彻领会与积极践行。

鉴于桩板路基工程质量检验标准的重要性,亟待需要制定相关的质量检验标准。目前国内尚无该方面的国家标准,安徽省在该方面的研究走在了前列。在制定检验标准的时候,首先需要通过科学方法来选取相关的分部分项工程。本文通过层次分析法和主成分分析,建立了公路桩板路基质量检验的指标体系,初步确定了各指标的权重。

1 主成分分析法

桩板路基的施工质量检验是一个复杂的系统工程,涉及众多因素和指标。主成分分析法可以对这些指标之间的关键进行研究和梳理,并且主成分分析可以尽量保证信息不丢失,采用对高维变量空间进行降维处理的途径[7]。在对安徽省历史桩板路基工程计算数据进行主成分分析之前,首先通过属性过滤,定性属性的定量化,以及数据的标准化处理,对历史数据进行预处理。在完成桩板路基工程历史数据的预处理之后,通过数理统计软件进行主成分分析,从而找出对工程造价影响最大的关键指标[8]。

(1)属性过滤。调查发现,安徽省高速公路桩板路基工程的质量检测中属性个数超过了100个,然而有一部分属性与桩板路基质量控制不相关,首先将这些属性进行删除和过滤,剩余的属性用来建模，从而提高了模型的准确定和计算的效率。

(2)定性属性的定量化处理。在原始数据中包括管桩直径、预制板厚度等,进一步分析需要进行量化处理,如预应力管桩直径按照其截面积进行计算。以管桩预制的检测项目为例,混凝土强度C50定义为1,C80定义为2,桩长按照实际长度计算等。

(3)数据的标准化处理。因为矩阵数据受检测指标的单位和数量级的影响,只有对原始数据进行标准化处理才能剔除这些影响。本文采用原始数据减去各指标的均值,然后除以标准差的形式,作为标准化处理的结果。

(4)主成分分析。在SPSS 20.0软件中进行主成分分析,最大迭代次数设定为25,结果显示前5个主成分的累积贡献率超过85%,通过10个主成分的正交旋转变换后,初步得出以下5类属性的组合能够基本反映原始数据的基本结构。

2 关键指标体系建立

根据数据分析结果,课题组研究人员会同其他教授专家进行讨论,剔除了一些不可控制变量,增加了一些历史数据中没有但是在实际工作中影响较大的变量(如接桩等),并结合桩板路基项目的工程特点,最终构建了高速公路桩板路基质量控制的关键指标体系,如图1所示。

图1 安徽省桩板路基质量控制关键指标体系

高速公路桩板路基质量控制的主要因素有预制管桩的质量控制、预制板的质量控制、桩板连接部位的质量控制、伸缩缝的质量控制和防撞护栏的质量控制。总的来说,高速公路桩板路基工程的关键指标包括以下五类:

(1)预制管桩。先张法预应力管桩强度高,承载能力强,有效支撑了上部结构传递下来的结构效应。影响其质量控制的因素较多,如管桩预制的混凝土强度、直径、桩长、保护层厚度、端板等预制因素,还有一些是施工过程中的控制因素,比如桩位偏差、高程偏差、倾斜度偏差和贯入度的控制等。

(2)预制面板。高速公路桩板路基工程中的预制面板厚度小,承载强度大,通长预制板的厚度设计值在24～26cm,远低于空心板或者小箱梁的高度。因此,预制面板的质量控制尤为重要,影响其质量控制的因素主要有混凝土强度、尺寸偏差、轴线偏差、平整度、保护层厚度偏差等预制因素,以及一些施工因素,例如高程偏差、相邻板高差、偏位、横坡等。

(3)桩板连接。预制板和高强管桩的连接主要依靠桩板连接设计来进行,桩板连接部位的设计形式多样,有管桩钢筋深入预制板并浇筑混凝土的固结形式,也有型钢连接,或者法兰螺栓连接等。连接设计是否传力合理,直接影响桩板路基结构整体的受力性能。本研究依托合安高速改扩建工程桩板路基结构形式进行研究,因此主要以管桩钢筋深入预制板并浇筑混凝土的固结形式为研究对象。

(4)伸缩缝和防撞护栏。伸缩缝和防撞护栏是桩板路基工程有效运营的基本保障,合理控制伸缩缝和防撞护栏的安装质量,有助于保护结构整体运营的安全和舒适。伸缩缝的几何尺寸及其与预制板的高差控制,防撞护栏的底座和钢护栏等一些参数是控制他们质量的主要因素。

3 关键指标的模糊层次分析

3.1 一级指标的重要性评分

基于上述的指标体系,在课题组内部邀请各位技术专家对关键指标的重要性进行评分。调查问卷的设计采用模糊逻辑的方法,得到桩板路基工程质量控制的关键指标的重要性权重。各个指标的重要程度根据以下原则进行评分:0,1=无;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。问卷得到的定量数据将进行标准化处理,用分段函数表示为[9,10]:

式中：U是标准化的桩板路基质量控制关键指标重要性的评分值。

负责打分的技术专家均具备至少1年的桩板路基设计、计算和施工的工作经验,熟悉桩板路基的工程特点。同时,各位专家的岗位、工作年限、教育背景等方面都不尽相同,增加了样本的多样性,有效地避免了专家主观经验的影响。

对桩板路基质量控制的5个一类指标和41个二类指标的重要性进行了评分,问卷得到的定量数据将进行标准化处理,标准化之后的评分在根据层次分析法对不同指标的重要性进行分析。层次分析的结果见表1。

表1 桩板路基一类指标对质量控制的重要性权重

表1中列举了5个一类指标(即预制管桩、预制面板、桩板连接、伸缩缝和防撞护栏)的重要性权重。从数据分析的结果中看,预制面板对桩板路基工程的重要性最高(权重为0.261 4),预制管桩和桩板连接的重要性权重分别排第二和第三(权重为0.252 5和0.231 3),伸缩缝和防撞护栏的影响最小(权重仅为0.116 7和0.134 1)。

3.2 二级指标的重要性评分

JTG F80-2018取消了评分法,仅从合格率的角度对工程质量进行合格判定。交通运输部办公厅文件(交办公路〔2018〕136号文件)对单位工程、分部工程的评分方法进行了补充规定,本标准采用了相同的方法对公路桩板路基的单位工程、分部工程进行评分。分部工程A1中包含的分项工程、实测项目及合格率等相关信息见表2。

表2 交工验收质量评定中分部工程计算示例

分部工程A1的实测得分为:

A1实测得分=

×100

在这里,需要用到检查项目的检查权重,可以使用模糊层次分析法初步进行判定。首先对预制面板的预制项目的检测指标进行专家打分,然后问卷得到的定量数据将进行标准化处理,标准化之后的评分在根据层次分析法对不同指标的重要性进行分析。层次分析的结果见表3。

表3 二类指标对质量控制的重要性权重

初步的分析表明,对于预制面板的预制质量控制中,各二类指标的重要性权重不同,其中预制板的厚度、保护层厚度以及混凝土强度是最重要的三大影响因素,影响因子分别为0.2214、0.1983和0.1921。其他几项指标的排序居后。由此分析,可以先定义检测项目的初步权重,将重要性权重较大的三项检测项目的权重定为2,其他几项的权重定为1。

4 结 论

基于模糊层次分析法和主成分分析,本文对高速公路桩板路基施工质量检验时的评分权重进行了研究,建立了质量评定的基本体系和框架。采用该方法能初步确定各检测指标的重要性权重，有力地配合了公路桩板路基专项工程质量检验标准的制定工作。另外,本文为相关工程提供了可参考的研究方法。