朱森林 张 东

（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

0 引言

随着我国经济社会的快速发展，以及高公路网进一步完善，交通量增长迅速，呈现出先期建设的高公路运输能力水平下降，新一轮高速公路改扩建项目提上日程。高速公路改扩建工程既有桥梁如何利用成为项目实施的先决条件。由于规范的更新，既有桥梁的扩建利用方案成为设计中的重难点之一。目前阶段根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）最新规定进行的高速公路桥梁改扩建的工程案例较少，可借鉴的经验较少。对老桥利用的研究存在以下几个问题[1-2]：1）现有标准、规范给出的桥梁评价体系考虑指标单一；2）对强度不足的桥梁处理方案；3）既有桥梁结构的补强方案虽然众多但缺乏普遍适用性；陈亮[3]通过分析改建桥梁的施工方案对比，选取工程的最优方案，朱坤[4]通过加固方案和拆除方案的从而优化扩建方案，朱卫国[5]通过对既有桥梁的技术状况评定、承载能力评定以及功能适应性评定从而确定改建方案，卢超[6]对高速公路新旧桥拼宽施工工艺进行了阐述，李光颖[7]和梁兴胜[8]对高速公路扩建技术进行了研究。该文针对目前高速公路既有桥梁普遍强度不足这一现状，对不同桥梁、不同结构、不同加固方案的适用性进行综合比选研究，建立综合评价体系。

1 评价体系建立

为达到精确评估在役桥梁利用方案的目的，该文从从既有桥梁全寿命周期[9]评价角度出发，分析施工期、运营期桥梁评价的关键因素，确定既有桥梁利用方案综合评价指标，构建了三层次在役桥梁综合利用评估模型，建立全面科学合理的既有桥梁评估指标体系，评价模型如图1 所示。

图1 高速公路扩建既有桥梁利用评估层次分析模型图

1.1 评估指标

桥梁利用评价体系基于全寿命周期进行研究，分施工期和运营期2个方面，考虑经济性、施工难易程度、交通影响、环境影响、安全适用性、养护工程量、耐久性及结构美观性8个评价指标，如图2 所示。

图2 既有桥梁利用综合评价指标

1.2 评价指标权重确立

为了评价体系中各指标权重的科学、合理，各层指标权重的确定采用专家调查和1～9 标度法相结合的方式，共调查23 位专家，见表1。

表1 权重表

2 既有桥梁综合利用评估方法

既有桥梁利用方案评估的基本思路如下。

第一步，对每个底层评估指标从定性和定量描述的角度细分为5 个标度。针对具体桥梁，每个评估指标都形成一个评定向量，底层指标8 个评定向量形成典型桥梁的评价矩阵，如表2～表3。表4～表11 为各指标的评估分级标准。

表2 底层指标等级分类表

表3 定性指标各等级评定向量

表4 经济性指标

表11 结构美观性指标

第二步，基于模糊数学理论对既有桥梁综合利用进行评估。

表5 施工难易程度指标

表6 交通影响性指标

表7 环境性指标

表8 安全性指标

表9 养护工程量指标

表10 耐久性指标

2.1 中间层指标评估

分别对施工期、运营期对应的4 个指标进行模糊综合评估。

模糊综合评估的基本模型为B＝A×R，即：

上式表示，评估因素与被评估事物的模糊关系通过模糊转换器R 形成了被评估事物与评估等级间的模糊关系B。其中：B=[b1b2…bm]为施工期或运营期模糊综合评价向量；A=[ω1ω2…ωm]为施工期或运营期对应的4 个指标评估指标权重矩阵。

为施工期或运营期对应的底层指标4 个评定向量形成典型桥梁的评价矩阵。

2.2 最高层指标评估

由底层指标模糊综合评估得到的中间层指标评价向量，与中间层评估指标的权重，再次利用模糊综合评估的基本模型，最终得到最高层的评判向量。

取评判向量中最大元素maxbj所对应的责备集中的vk作为最终结果，即：

maxbj为评价向量（b1，b2，…，bm）中数值最大值；

V为最终评估等级。桥梁利用方案评估等级见表12。

表12 桥梁利用方案评估等级

3 结论

未来一长段时间内，我国高速公路扩建将成为基础设施建设的重头戏，在绿色公路、碳中和、碳达峰等大背景下，扩建中既有桥梁如何利用成为关键问题，该文建立了既有桥梁的利用方案综合评价体系，该体系有以下优势：1）对高速公路改扩建工程既有桥梁进行科学、全面地评价，确定最优桥梁利用方案，尽量避免桥梁拆除或加固；2）桥梁利用方案评价中，在满足安全性的基础上，综合考虑经济性、加固可行性、耐久性、施工期保通要求、社会影响、养护工作量等多种因素，提出既有桥梁在扩建中的利用原则。3）该评估方法可在其他等级公路扩建项目中应用。