1 引言

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展， 施工過(guò)程監(jiān)控及后續(xù)運(yùn)營(yíng)的安全尤為重要， 在不同的階段對(duì)橋梁進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)意義重大[1]。本文以飛燕中承式鋼管混凝土系桿拱橋新江南大橋?yàn)槔?，通過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)總結(jié)分析，根據(jù)不同的階段及施工部位，通過(guò)監(jiān)控部位及監(jiān)控時(shí)段的層次劃分，引入模糊綜合評(píng)價(jià)理論，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新江南大橋的施工監(jiān)控，有效保證了橋梁的后期運(yùn)營(yíng)，具有工程實(shí)用價(jià)值，可為同類項(xiàng)目提供參考和借鑒[2]。

2 工程概況

新江南大橋位于岱山島交通咽喉位置，主橋布置為：45.5 m+208 m+45.5 m 的飛燕中承式鋼管混凝土系桿拱橋， 橋面全寬度為25 m，拱軸線采用懸鏈線，中跨拱橋計(jì)算跨徑205 m，矢高38.68 m，矢跨比為1/5.3，拱軸系數(shù)m=1.25；邊拱肋為懸鏈線箱拱，理論跨徑為40.2 m，矢高為13.1 m，拱軸系數(shù)為1.5。左幅和右幅車行道凈寬分別為11.25 m， 橋面系為8 m 鋼筋混凝土π 型梁，采用先簡(jiǎn)支后固結(jié)體系。 主橋在橋梁兩側(cè)各設(shè)8 根系桿， 主跨共設(shè)有19 對(duì)吊桿。 引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部橋臺(tái)采用柱式臺(tái)、U 臺(tái)接樁基礎(chǔ)，橋墩采用柱式或墻式墩，橋臺(tái)及橋墩采用樁基礎(chǔ)。 新江南大橋立面圖如圖1 所示。

圖1 新江南大橋立面圖

3 橋梁施工監(jiān)控

新江南大橋的23 號(hào)墩右側(cè)拱座承臺(tái)與老江南大橋拱座相距較近，縱橋向相差2.47 m，橫橋向搭接2.5 m，老江南大橋?yàn)橛型屏埃?新江南大橋承臺(tái)基礎(chǔ)的開挖可能會(huì)造成老橋拱座位移，因此，對(duì)該區(qū)域一定范圍進(jìn)行注漿加固。 臨近老橋拱座側(cè)要垂直人工開挖，且該側(cè)樁基一次施工一根，以減少對(duì)老江南大橋拱座后面土層的擾動(dòng)。 整個(gè)過(guò)程施工的監(jiān)控運(yùn)行流程如圖2 所示。

圖2 施工監(jiān)控流程圖

4 施工監(jiān)控安全評(píng)價(jià)模型

4.1 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

4.1.1 層次結(jié)構(gòu)圖

橋梁的安全評(píng)價(jià)是一個(gè)典型的多指標(biāo)、多屬性的問(wèn)題，結(jié)合本橋工程概況及實(shí)際監(jiān)控項(xiàng)目，運(yùn)用層次分析法基本原理[3]，形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 新江南大橋施工監(jiān)控評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)圖

4.1.2 評(píng)價(jià)原理及流程

為實(shí)現(xiàn)對(duì)該橋安全狀況的綜合評(píng)價(jià)， 引入模糊評(píng)價(jià)基本原理，通過(guò)建立評(píng)價(jià)因素集、評(píng)語(yǔ)集、權(quán)重集，應(yīng)用模糊合成的原理，將一些不易定量的因素定量化，從而科學(xué)地得出評(píng)估結(jié)論的一種方法[4]。根據(jù)矩陣運(yùn)算最大隸屬度原則進(jìn)行優(yōu)選從而得到評(píng)價(jià)的最終結(jié)果，其評(píng)價(jià)流程如圖4 所示。

圖4 模糊綜合評(píng)價(jià)流程圖

4.2 評(píng)價(jià)因素集

根據(jù)安全評(píng)價(jià)原則及流程、相關(guān)法律法規(guī)，通過(guò)對(duì)新江南大橋施工現(xiàn)場(chǎng)的安全狀況的初步調(diào)查、分析，根據(jù)所建立的層次結(jié)構(gòu)圖，確定線性監(jiān)控等7 個(gè)第一層因素，同時(shí)考慮對(duì)老江南大橋的影響，結(jié)合工程實(shí)際情況，共劃分為26 個(gè)第二層因素，其中橋墩沉降監(jiān)測(cè)、拱座水平位移監(jiān)測(cè)按施工所在階段進(jìn)行劃分。 表達(dá)如下。

第一層次因素集：

U={U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7}{線性監(jiān)控，應(yīng)力監(jiān)測(cè)，溫度監(jiān)測(cè)，張拉及索力監(jiān)測(cè)，拱座水平位移監(jiān)測(cè)，橋墩基礎(chǔ)沉降，拱腳安全監(jiān)測(cè)}。

第二層次因素集：

U1={u11，u12，u13，u14}={主跨鋼管混凝土拱肋分段吊裝，邊跨邊拱肋的線形監(jiān)測(cè)，鋼橫梁標(biāo)高監(jiān)測(cè)，橋面高程及線形監(jiān)測(cè)}。

U2={u21，u22，u23，u24}={主跨鋼管混凝土拱肋鋼管應(yīng)力，邊跨邊拱肋應(yīng)力，主跨鋼管混凝土拱肋內(nèi)部混凝土應(yīng)力，橋墩應(yīng)力}。

U3={u31，u32，u33，u34}={主跨鋼管混凝土拱肋鋼管溫度，邊跨邊拱肋溫度，主跨鋼管混凝土拱肋內(nèi)部混凝土溫度，橋墩溫度}。

U4={u41，u42，u43}={系桿張拉監(jiān)測(cè)，施工階段吊桿張拉，橋面鋪裝完成后吊桿監(jiān)測(cè)}。

U5={u51，u52，u53，u54}={橋墩施工期間，橋墩施工完成至上部結(jié)構(gòu)施工完成，橋面鋪設(shè)期間，橋面鋪設(shè)完成后}。

U6={u61，u62，u63，u64}={橋墩施工期間，橋墩施工完成至上部結(jié)構(gòu)施工完成，橋面鋪設(shè)期間，橋面鋪設(shè)完成后}。

U7={u71，u72，u73}={拱腳豎向沉降，拱腳水平位移，拱腳應(yīng)力}。

4.3 評(píng)語(yǔ)集

根據(jù)該橋施工特點(diǎn)及專家意見，建立評(píng)語(yǔ)集[5]為V={V1，V2，V3，V4，V5}={安全，較安全，一般，較不安全，不安全}。

4.4 權(quán)重集

對(duì)于不同的施工階段，不同的監(jiān)控部位和監(jiān)控項(xiàng)目，根據(jù)其相對(duì)重要程度，運(yùn)用Saaty 標(biāo)度法[6]，進(jìn)行權(quán)重賦值，并建立判斷關(guān)系矩陣，通過(guò)歸一化權(quán)處理后得到模糊權(quán)向量。 本橋所建的第一層因素判斷矩陣及歸一化權(quán)向量計(jì)算如表1 所示。

表1 第一層因素判斷矩陣及歸一化權(quán)向量計(jì)算如表

經(jīng)計(jì)算得第一層因素權(quán)向量

W=[0.130 0.183 0.141 0.154 0.149 0.113 0.130]，

同理，可得第二層因素u1j~u7j的權(quán)向量分別為：

W1=[0.293 0.207 0.293 0.207]，W2=[0.274 0.274 0.248 0.204]，

W3=[0.360 0.286 0.177 0.177]，W4=[0.290 0.439 0.271]，

W5=[0.387 0.303 0.163 0.147]，W6=[0.423 0.271 0.161 0.145]，

W7=[0.584 0.232 0.184]。

4.5 一致性檢驗(yàn)

運(yùn)用矩陣計(jì)算工具， 分別計(jì)算出各判斷矩陣的最大特征根λmax， 由查表得維度n 條件下的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI[7]，計(jì)算層次總排序的一致性指標(biāo)CI，隨機(jī)一致性比例CR。 其中平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI 如表2 所示。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

其中，

當(dāng)CR＜0.1 時(shí)， 表明所建立判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)要求， 否則需要調(diào)整， 以滿足要求。 第一層因素判斷矩陣的檢驗(yàn)結(jié)果CR 為0.092＜0.1，計(jì)算結(jié)果已列入表1 中； 第二層判斷矩陣u1j~u7j的CR 分別為：0.045，0.023，0.038，0.016，0.04 4，0.017，0.047，均小于0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)，表明所賦權(quán)重合理。

5 模糊綜合評(píng)價(jià)

5.1 二層因素指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣

新江南大橋混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用智能弦式應(yīng)變計(jì)， 拱肋應(yīng)變、鋼管拱肋內(nèi)混凝土應(yīng)變個(gè)別測(cè)點(diǎn)略超過(guò)規(guī)范限值，其余均在規(guī)范限值內(nèi)，鋼管拱肋表面應(yīng)變均不超過(guò)規(guī)范限值，個(gè)別測(cè)點(diǎn)超限值經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)槭┕み^(guò)程中施工車輛在橋上施工導(dǎo)致。 邊跨拱肋線形監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)邊拱線形有向上抬起的趨勢(shì)，檢測(cè)單位下發(fā)預(yù)警通知并通知施工單位采取相應(yīng)措施，之后線形保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。 主橋橋墩22-4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)于2019年8 月20 日至8 月29 日沉降值達(dá)到最大6.13 mm，超過(guò)設(shè)計(jì)限值1.13 mm， 檢測(cè)單位及時(shí)通知施工單位采取相應(yīng)措施，并加大監(jiān)測(cè)頻率，測(cè)點(diǎn)沉降值回落至設(shè)計(jì)限值內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。主橋拱座水平位移監(jiān)測(cè)22-1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)于2019 年7 月26 日至9 月12 日水平位移值達(dá)到最大8.3 mm，超過(guò)設(shè)計(jì)限值3.3 mm。通過(guò)指揮部、項(xiàng)目公司、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理辦、施工單位，召開專題會(huì)議并采取相應(yīng)措施，同時(shí)加大監(jiān)測(cè)頻率。 隨著后期施工進(jìn)展，水平位移值回落至設(shè)計(jì)限值內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)評(píng)價(jià)模型和施工監(jiān)控情況，本文運(yùn)用15 位專家投票的方法，對(duì)26 個(gè)第二層因素進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，并進(jìn)行歸一處理，從而構(gòu)成第二層指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣Ri分別為：

5.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

記第一層因素的模糊綜合評(píng)價(jià)集Hi=Wi·Ri，其中第i 個(gè)第一層因素的對(duì)應(yīng)的第二層評(píng)價(jià)特征向量為Wi（i=1，2，…，7），則最終的7 個(gè)第一層因素評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果如下：

H1=[0.203 0.319 0.234 0.200 0.048]，

H2=[0.141 0.385 0.256 0.198 0.019]，

H3=[0.242 0.322 0.240 0.167 0.029]，

H4=[0.281 0.235 0.242 0.192 0.052]，

H5=[0.105 0.361 0.247 0.249 0.038]，

H6=[0.267 0.345 0.132 0.182 0.075]，

H7=[0.207 0.349 0.230 0.163 0.051]。

記評(píng)價(jià)運(yùn)算最終結(jié)果向量為Y：

結(jié)果顯示，0.324 為最大值，依據(jù)最大隸屬度原則，對(duì)照評(píng)價(jià)集，新江南大橋施工處于“安全”水平，與施工現(xiàn)場(chǎng)安全檢查情況吻合。

6 結(jié)語(yǔ)

以新江南大橋?yàn)槔M(jìn)行了施工監(jiān)控安全評(píng)價(jià)， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及專家意見， 運(yùn)用層次分析法將評(píng)價(jià)體系分為7 個(gè)第一層因素共26 個(gè)第二層因素，并通過(guò)構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該橋施工監(jiān)控的安全評(píng)價(jià)，本文得出以下結(jié)論。

1）橋梁施工監(jiān)控涉及多方面，從線性監(jiān)控、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、索力監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)、橋墩基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)、老拱橋拱腳監(jiān)測(cè)進(jìn)行層次劃分與實(shí)際施工監(jiān)控項(xiàng)目及進(jìn)度相符合，是合適的。

2）本文建立了各層次結(jié)構(gòu)因素的判斷矩陣，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)，從而保證了權(quán)重賦值的科學(xué)性、評(píng)價(jià)模型的有效性。 根據(jù)橋梁施工監(jiān)控的實(shí)際進(jìn)程，采用專家投票，并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，發(fā)揮了工程建設(shè)寶貴經(jīng)驗(yàn)，確保了綜合評(píng)價(jià)的定量化。