基于灰色关联度的桩基础选型的研究

方俊

[摘 要]桩基础是当今常用的基础形式之一，而桩基础的选型在基础工程中则显得尤为重要。若桩基选型不合理，将导致企业蒙受损失。本文应用灰色关联度理论，有效地解决了桩基优化问题，为企业在今后从事项目活动中提供参考及借鉴。

[关键词]桩基础；灰色关联度；桩基优化

10. 13939/j. cnki. zgsc. 2016. 04. 136

1 工程概况

天瑞万象城，位于西双版纳景洪市，总投资约为4亿元，周边居住环境成熟，坐拥多个知名别墅居住区及住宅社区，该项目建筑面积21万平方米。由于周边地质情况复杂，桩基方案经过专家反复考察及论证，最终提出了四种桩型可供选择：预制砼静压桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔桩。由于考虑到预制砼静压桩的初期成本较低，且便于业主方管理，最终选择了该种方案，但由于该地区地基情况较为复杂，从而在施工过程中出现了以下几个问题：

（1）土质较硬的区域在压桩时出现部分预制管桩断裂、移位等情况。无法完全将桩压至设计标高，达不到设计承载力的要求。

（2）当地没有预制管桩厂，管桩需要从距离景洪市500多千米的玉溪市运输过来，造成预制管桩运输不及时，打桩工作效率低下，无法按期完工，且造成了大量工人的窝工。施工单位无法正常进行接下来的主体施工，多次催促桩基工程进度未果，给业主方造成了不必要的索赔。

在现代的桩基础工程实践中，开发了大量的桩型，对于某一项具体的工程来说，桩型的选择是一个需要慎重对待的问题。桩基设计应该尽可能选用技术性能更好、经济效益更高以及更适合现有施工条件的桩型。[1]桩基选型常采用的方法为“主要因素法”和“模糊综合评价法”。“主要因素法”是考虑初期成本最低或是工期最短的方案作为“最优”方案，但这必将导致无法定量的指标被忽略，从而造成最终方案并非真正的“最优”方案。“模糊综合评价法”是构建一个模糊矩阵，并通过专家确定权重值。综合模糊评价为了确定指标隶属度，在指标特征化中，使一些本来确定的白化值变成区间模糊值，由此出现误差，甚至导致反结论。[2]

本文通过灰色系统理论中的灰色关联度，对桩桩基础的方案进行分析和优选，并引用层次分析法确定各评价指标的权重值，使得权重方面更加具有客观性，以此作为评判桩基方案优劣的决策依据。

2 应用灰色理论方法进行桩基选型

2. 1 评价指标的量化

分别从造价、工期、安全、环境、可靠性及其复杂程度6个方面对桩基础的四种类型进行评价。其中造价和工期为定量指标，可按实际要求计取，而其余指标为定性指标，由各经验丰富的专家将其进行量化，以0～1之间的数值记取，如

由此可计算关联系数，结果如表4所示。

2. 5 计算关联度

最终由各项指标在方案决策中的影响程度不同，应该对关联度进行加权计算：

ri=[DD（]m[]k=1[DD）]w（k）·ζi（k）（i=1，2，…，n）（5）

式（5）中，w为各指标在方案决策中的权重。

3 关于权重的确定

在我国以往的研究中，采用模糊综合评判法来进行桩基选型，其权重值主要是通过人的主观来判断的，当因素太多时，很难分配权数，从而造成了所选的方案并非“最优”方案。为了使得评价目标的权重值更加客观准确，本文引用层次分析法（AHP）来进行确定各评价指标的权重值。该方法由美国著名运筹学家萨蒂（T. L. Satty，1998）提出把定性与定量分析结合起来的层次权重决策分析方法，具有分层渐进的特点，由于它在处理复杂决策问题上的实用性和有效性，很快在世界范围内得到了广泛应用。[3]

层次分析法适用于多准则、多目标的复杂问题的决策分析，层次分析法的基本内容如下：首先根据问题的性质和要求，提出一个两两对比的方法确定相应上一目标层的权数，层层分析下去，直到最后一层，即能给出所有的因素相对于总目标而言，按照其重要性程度进行的一个排序。

首先建立层次结构图，此结构图分为三个层次：目标层、标准层及决策层。如下图所示。

层次结构图

由上图可知，为了得到最佳的桩基础方案，是分别从造价、工期、安全性、环境污染、可靠性及其施工复杂程度方面来进行衡量的。这就需要求出标准之间的权重值。由表5可知各标准两两比较求得相对权重值。

2，4，6，8[]上述两相邻判断的中值

根据每个标准间的相对权重，将这6个标准进行两两比较，得出标准之间两两比较矩阵如表6所示。

求出两两比较矩阵每一列的总和，两两比较矩阵的每一元素除以其相对应列的总和，所得商为标准两两比较矩阵，并计算出标准两两比较矩阵的每一行的平均值，该值就是各指标的权重值。通过标准之间的两两比较矩阵，求得标准的特征向量为（0. 253，0. 114，0. 463，0. 030，0. 070，0. 070），即造价权重为0. 253，工期权重为0. 114，安全性权重为0. 463，环境影响权重为0. 030，可靠性权重为0. 070，复杂程度权重为0. 070。

为了防止判断结果与实际情况偏差过大，需要对评价的矩阵中每一个权重值进行一致性检验。

由标准之间的两两比较矩阵与权重值之乘积，所得的向量为赋权和向量。如下所示：

由于CR≤0. 1，则认为两两比较矩阵之间的一致性可以接受，其相应求得的特征向量有效。

4 关联度的加权计算

根据灰色系统理论的关联度原理，四种方案的优化顺序依次是：沉管灌注桩>钻孔灌注桩>预制砼静压桩>人工挖孔桩。所以最终选择沉管灌注桩作为本工程的“最优”方案。

5 结 论

在本案例中，之所以在施工过程中出现了各种问题，是由于选择了预制砼静压桩的方案所造成的，最终通过本文分析，选择采用沉管灌注桩，根据其施工工艺，避免了管桩断裂的问题，而且由于是现场灌注，也不可能存在由于运距远所造成的工期拖延。

通过引入灰色关联度的方法，不仅解决了“主观因素法”中容易忽略无法定量指标的问题，而且克服了模糊综合评判法中对于权重确定的主观性。

结合实际工程情况，桩基础选型量化指标表内的系数是不断变化的，我们应根据不同的环境选择合理的桩基类型。在其他项目中，选择预制砼静压桩方案将可能优于沉管灌注桩，不能仅仅看到初期成本低，就片面地选择成本最低的方案。该方法在保证桩基结构安全性的基础上，降低了工程造价，并且极大地缩短了工期，使企业在项目活动中取得良好的经济效益。

参考文献：

[1]张忠苗. 桩基工程 [M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]康彦民. 公路工程建设项目的综合经济评价与决策分析 [J].公路交通科技，2001（2）：87.

[3]胡新萍，王芳. 模糊综合评价法在既有建筑节能改造评估中的应用 [J].建筑技术，2014（9）：95-96.