层次分析法在嵌岩灌注桩施工风险分析中的应用

于坤朋 吴同情 范昕然

(1. 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074;2. 重庆科技学院建筑工程学院， 重庆 401331)

层次分析法在嵌岩灌注桩施工风险分析中的应用

于坤朋1吴同情2范昕然1

(1. 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室， 重庆 400074;2. 重庆科技学院建筑工程学院， 重庆 401331)

介绍层次分析法原理，并将其用于嵌岩灌注桩施工风险分析。运用几何平均法进行权重计算，建立嵌岩灌注桩风险评价理论体系。以重庆市云阳汽车客运中心嵌岩灌注桩施工风险为实例，对施工过程中的风险因素进行权重排序。

层次分析法； 风险因素； 嵌岩灌注桩

在大直径嵌岩灌注桩施工过程中，通常面临斜孔、桩底沉渣过厚、断桩、缩颈、混凝土离析等施工风险，这些风险因素极大地影响项目的工程进度、质量和成本。层次分析法在公路工程、水利工程中应用广泛[1-3],然而层次分析法在桩基工程分析中的应用研究成果比较少。本次研究将详细介绍层次分析法原理，并用于嵌岩灌注桩施工风险分析。

1 层次分析法

层次分析法由美国工程院院士Saaty于20世纪70年代中期提出，是一种定性和定量相结合的权重决策分析方法，简称为AHP方法。其基本思想是，将复杂目标决策问题视为一个系统，进而分解为若干层次和若干因素, 对两两指标之间的重要程度进行比较后建立多层次判断矩阵,再通过计算判断矩阵的最大特征值及对应特征向量,得出表示不同方案重要性程度的权重值,以此为最佳方案的选择提供依据[4]。

1.1 建立递阶层次结构模型

层次结构反映出各因素间的关系。分析问题时，首先使问题条理化、层次化，分析每个因素产生的原因和导致的后果；然后按照各自属性的差异进行分组，构造出递阶层次结构模型。此模型包括3个基本层次，分别是目标层、准则层和方案层(见图1)。

图1 递阶层次结构模型

1.2 构造各层次的判断矩阵

层次分析法的核心是取权重，将各因素两两进行比较。决策者基于上层目标对准则进行两两比较，决定下层元素对于上层元素的重要度，即权重[5]。假定任选某一准则层Bk，相邻的一层元素A1，A2，…,An与Bk存在支配关系，应用Saaty提出的1 — 9比例标度(见表1)，构成判断矩阵[6]：

C=(aij)n×n

1.3 检验层次单排序及一致性

据上述标度构建判断矩阵，计算权重特征值：

Aω=λω

(1)

计算得到ω，并对ω进行归一化处理：

(2)

表1 判断矩阵标度定义

执行加总：

(3)

归一化后的权重系数ωi为：

(4)

求最大特征根λmax：

(5)

式中： (Aω)i—— 向量Aω的第i个元素;

ωi——对应元素单排序的权重值。

一致性是衡量判断矩阵中判断质量的标准。计算一致性IC(Consistency Index)[7]:

(6)

对照Saaty 实验得到平均随机一致性指标IR[8](见表2)，计算一致性比例RC(Consistency Ratio)：

(7)

当RC<0.1时，其一致性是可以接受的；否则，应重新修改，直至满足条件为止。

计算出单层间的因素权重后，再将各层相互间的影响关系计算进去，得到各层的组合权重，即层次总排序。对总排序也要进行一致性检验。

2 嵌岩灌注桩施工风险分析

2.1 项目概况

以重庆市云阳汽车客运中心嵌岩灌注桩施工过程为例进行风险分析。基础型式为机械钻孔灌注桩，桩端持力层为中风化泥岩和砂岩，嵌岩深度为0.9 ～ 2.6 m，中风化泥岩天然抗压强度标准值为13.59 MPa。图2 所示为部分桩孔布置简图。

表2 平均随机一致性

图2 部分桩孔布置简图

根据桩孔布置图，取8、9、16、17号桩的实际桩径、标高、深度及嵌岩深度，绘制旋挖成孔记录(见表3)。

表3 旋挖成孔记录表

2.2 建立嵌岩灌注桩层次结构模型

根据旋挖成孔灌注桩工程技术规程旋挖成孔，此操作适用于地下水位以上的填土、黏性土、粉土、砂土、碎石土、软质岩等岩土层。

在识别风险因素并确定其逻辑关系的基础上，确立目标层为嵌岩灌注桩施工风险因素。第一准则层风险包括材料、设备风险，人员风险，施工技术风险；第二准则层包含12个风险因子，建立层次结构模型。图3所示为嵌岩灌注桩风险分析递阶层次结构模型。

图3 嵌岩灌注桩风险分析递阶层次结构模型

2.3 判别矩阵的构造

根据现场调查和查访询问等途径，整理了技术人员对施工风险因素的重要性排序，得到判断矩阵。表4 — 表7为两两比较判断矩阵。

表4 A- B判断矩阵

表5 B1-C1～C2判断矩阵

表6 B2-C3～C9判断矩阵

表7 B3-C10～C12判断矩阵

2.4 层次权重总排序及一致性检验

由几何平均法计算出第2、第3 层各因素权重；再计算下层元素对其上一层元素中某元素的权重；最后得到各层元素的权重，特别是底层元素对最高层目标的权重，即合成权重。合成权重的计算由最高层次到最低层次逐层进行。表8所示为判断矩阵一致性比例及权重。表9所示为各风险总排序。

表8 判断矩阵一致性比例及权重

表9 各风险因素总排序

3 结 语

层次分析法是对定性问题进行定量分析的一种简单、灵活而又实用的多准则决策方法，应用范围比较广泛。

通过其权重排序，对嵌岩灌注桩施工过程中的风险分清主次、分类管理提供一套具体可操作的风险辨识和评估方法。

经过大量的现场调研和交流，运用层次分析原理和几何平均法计算得到结果，再反馈到现场进行论证。此模型可靠度高，可行性强。

[1] 李文英.层次分析法在工程项目风险管理中的应用[J].北京化工大学学报，2009，65(1)：46-48.

[2] 王治强.层次分析法在高速公路工程承包风险管理中的应用[D].郑州：郑州大学，2005：36-51.

[3] 陈建军，卞艺杰.层次分析法在水利工程建设项目风险评估中的应用[J].水利经济，2007，25(1)：13-16.

[4] 郭金玉，张忠彬，孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008，18(5)：148-153.

[5] 何俊儒.基于层次分析及模糊综合评判的桥梁基桩施工质量评估方法研究[D].长春：吉林大学，2015.

[6] SAATY T L.Deriving the AHP 1-9 Scare From First Principles [J].ISAHP, 2001：397-401.

[7] 邓雪，李家铭，曾浩健，等.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J].数学实践与认识，2012，42(7)：93-101.

[8] 强跃，刘光华.中小型水利水电工程施工风险模糊层次分析及Matlab应用[J].建筑技术，2013，44(11):1031-1034.

Application of Analytic Hierarchy Process in Risk Analysis of Constructing Embedded Pile

YUKunpeng1WUTongqing2FANXinran1

(1. Key Laboratory of Hydraulic and Waterway Engineering of the Ministry of Education, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. School of Architectural Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

This paper introduces the principle of AHP (analytic hierarchy process) and applies it in risk analysis of the construction of cast-in-situ rock-socketed piles. The geometric average method is adopted to calculate the weight first, and establish the risk assessment theory system of cast-in-situ rock-socketed pile. Guided by the construction of science and technology project in Chongqing, and we take the construction risk of embedded pile in Yunyang transportation hub project as an example to weigh the risk factors in the construction process.

AHP; risk factor; cast-in-situ rock-socketed piles

2016-05-04

重庆市建设科技计划项目“大直径嵌岩灌注桩施工风险评价与控制技术研究”(城科字2014第03-3号)

于坤朋(1990 — )，男，安徽宿州人，在读硕士研究生，研究方向为水工结构。

TU472

A

1673-1980(2016)06-0116-04