李 杰

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院有限公司，重庆 400000)

1 工程概况

西南地区某小(1)型水库总库容为101万m3，控制流域面积约200 km2，水库由拦河坝、溢洪道以及两个放水洞组成，拦河坝采用均质土石坝，坝高17.5 m，坝长450 m，坝顶最大宽度为4 m，上下游均设两级坝坡，上游坝坡坡比分别为1∶2.5 和1∶3.0，下游坝坡坡比分别为1∶2和1∶2.5，马道宽度为2 m。坝址区从上到下分布有砾砂、砾石层和千枚岩层，强风化千枚岩层属于强透水岩层，砾砂、砾石层属于中等透水岩层。

当前，水库大坝存在以下主要问题：(1)大坝坝基存在较为严重的渗漏情况，特别是坝体下游存在多处散浸和集中渗漏现象。(2)坝体上游干砌石护坡损毁严重，影响水库正常运行。(3)坝体下游排水设施未完善，对坝体稳定与安全造成影响。(4)大坝主要修建于20世纪70年代，防水洞闸门、启闭设备等结构服役年限基本达到设计年限，大量金属结构年久失修，锈蚀严重，严重影响结构运行安全。为确保枢纽工程正常运行和防洪安全，同时保障当地农业灌溉和发展地方经济，经多方论证，决定对水库大坝进行除险加固防渗施工。

2 防渗加固方案设计

根据水库目前渗漏情况和前期地质勘查结果，初步拟定了五种除险加固防渗方案[1-4]，见图1。方案一，在坝顶布设混凝土防渗墙，防渗墙的厚度为0.3 m，防渗墙深入基岩0.5 m。方案二，在坝顶进行高压摆喷灌浆，灌浆孔间距为1.5 m，高喷墙顶深入坝体砂土层2 m以上，高喷墙深入坝基0.5 m以上。方案三，在上游马道处和右侧坝脚处布设混凝土防渗墙，混凝土防渗墙厚度为0.3 m，深入基岩0.5 m，在右侧坝脚混凝土防渗墙上填筑6 m宽的黏土铺盖形成完整的防渗系统。方案四，在上游马道处和右侧坝脚处进行高压摆喷灌浆，灌浆孔间距为1.5 m，高喷墙处理深度和范围与方案二相同。方案五，在上游坝脚开挖截渗槽，然后在截流槽中埋设复合土工膜，并用C20混凝土进行浇筑，浇筑完成后，利用开挖原土进行回填。

图1 防渗加固方案设计

3 传统比选法

从经济、工期和防渗效果三个方面对五种防渗加固方案进行对比，结果见表1。从表中可知：从经济性因素考虑，方案五的总投资最高，达到275万元，其次为方案二，总投资为266 253.5万元，排名3～5位的分别是方案四、方案一和方案三，总投资分别为253.5万元、224.5万元和202.0万元；从工期上来看，方案五施工过程相对复杂，总工期最长，需要13个月，其次为方案一、方案二和方案四，均需要12个月，方案三的总工期最短，仅需要11个月；从大坝防渗效果来讲，方案一的防渗效果最好，其次为方案二，方案三和方案四的防渗效果相当，方案五的防渗效果最差。混凝土防渗墙施工技术相对成熟，施工过程不复杂，高压摆喷灌浆对技术要求比较高，而复合土工膜的耐久性较差，同时综合经济、工期和防渗效果对比，根据传统比选法得到的最佳防渗加固方案为方案三，即在上游马道处和右侧坝脚处布设混凝土防渗墙，各个方案对比如表1。

表1 不同方案对比

4 模糊综合评价法

4.1 决策指标体系构建

采用传统比选法主要考虑了工程投资和工期两个因素，没有综合考虑土石坝除险加固防渗方案的其他影响因素，可能会造成决策产生较大的偏差。首先，可靠性、成本和工期是水库除险加固的基本控制目标，其次，在“以人为本”的施工理念下，施工过程中的安全性也应该纳入考虑范围，再次，是施工难易程度以及后期的运行维护对水库的长期安全稳定运行具有重要影响，同时，由于水库除险加固往往需要防控水库，因而，除险加固施工过程对生态环境也会产生一定影响，因此，本工程土石坝除险加固防渗加固方案应该从经济因素、施工质量因素、施工工期因素、施工安全性因素、施工难易程度因素、环境影响程度因素等多个因素进行综合分析。

采用专家咨询法对上述6个因素的决策指标进行筛选和优化，得到经济因素包括总工期、总投资、对原大坝结构的利用程度、经济效益等4个指标，施工质量因素包括结构稳定满足情况、结构渗流满足情况、结构变形满足情况、结构强度满足情况、材料耐久性满足情况、加固后对原水库功能保障、加固后水库新增功能情况等7个指标，施工工期因素包括除险加固方案的先进性、施工工期制定的合理性2个指标，施工安全性因素包括施工过程机械化情况、施工机械安全性程度、施工过程安全性3个指标，施工难易程度因素包括施工套件与施工工艺的适应性、施工工艺与技术的复杂性、后期检修的难易程度等3个指标，环境影响程度因素包括施工对水库运行的影响、对当地环境影响程度、施工对区域内水文地质影响程度、施工及运行后对河流健康影响程度等4个指标，从而构建起土石坝除险加固防渗方案决策指标评价体系，见图2。

图2 土石坝除险加固防渗方案决策指标评价体系

4.2 各方案判断矩阵

邀请5名专家对各指标进行重要程度判断，得出五种除险加固方案的判断矩阵：

4.3 组合权重计算

权重赋值一般包括主观赋权法、客观赋权法以及主客观赋权法，主客观赋权法充分发挥了主观赋权法和客观赋权法各自的优势，因此，本文采用主客观组合权重法对各个指标权重进行赋值[5-6]。

通过主观权重法计算得到的23个指标的权重结果为：WZ=[0.0864,0.0918,0.0243,0.0675,0.0690,0.0630,0.0450,0.0570,0.0270,0.0180,0.0180,0.0184,0.0216,0.0170,0.0350,0.0470,0.1150,0.0725,0.0625,0.0252,0.0144,0.0102,0.0102]。

通过客观权重法计算得到的23个指标的权重结果为：WK=[0.048,0.049,0.046,0.044,0.042,0.044,0.042,0.043,0.043,0.047,0.042,0.037,0.039,0.040,0.045,0.041,0.042,0.049,0.041,0.046,0.044,0.041,0.045]。

水库土石坝除险加固防渗工程的主、客观权重是同样重要的，即θ取值为0.5，那么可以得到23个指标的主客观组合权重计算结果为：W=[0.068,0.070,0.035,0.057,0.056,0.055,0.045,0.052,0.036,0.030,0.029,0.027,0.030,0.027,0.042,0.046,0.073,0.062,0.053,0.036,0.026,0.021,0.022]。

从主客观权重计算结果可知：在23个指标当中，施工条件与施工工艺的适应性的权重值最大，权重值为0.073，其次为总投资，权重值为0.07，除险加固总工期的权重值排名第三，权重值为0.068，因此，这三项是决定防渗加固方案的主要影响指标。

4.4 模糊综合评价

根据主客观组合权重和各防渗加固方案的模糊判断矩阵，计算得到该方案的综合评级矩阵，本文将不同防渗加固方案评价集划分为好、较好、一般、较差、差五个等级，对应的分值分别为90、70、50、30、10，从而通过综合评级矩阵和评价集相乘，分别得到5种方案的模糊综合评价分数：

S1=B1·CT=

[0.4949 0.3839 0.1080 0.0113]·

[90 70 50 30 10]=77.1474

S2=B2·CT=

[0.0614 0.2711 0.4253 0.2218 0.0185]·

[90 70 50 30 10]=56.6024

S3=B3·CT=

[0.2282 0.3323 0.2750 0.1333 0.0293]·

[90 70 50 30 10]=61.8398

S4=B4·CT=

[0.0459 0.1919 0.3770 0.3010 0.0822]·

[90 70 50 30 10]=46.2624

S5=B5·CT=

[0.0877 0.2573 0.2953 0.2173 0.1405]·

[90 70 50 30 10]=48.5904

将5种防渗加固方案的综合评价分数进行对比，见图3。从图3中可以看到：方案一的模糊综合评价分数最高，达到77.1474，其次为方案三，得分为61.8398，排名3～5位的分别为方案二、方案五和方案四。通过模糊综合评价法得到的最佳防渗加固方案为方案一，而通过传统比选法得到的最佳方案为方案三，传统比选法主要考虑了工期、成本和防渗效果，主观性太强，导致不同方案之间的差别区分度过低，从而导致决策结果与模糊综合评价结果出现较大偏差，模糊综合评价法除了考虑上述三项指标外，还考虑了其他20项 指标，可以使整个土石坝除险防渗加固工程的多目标综合效果达到最大化，评价结果更具先进性和合理性，因此，最终决定采用方案一进行水库土石坝的除险防渗加固施工。

图3 不同方案模糊综合评价结果

5 结 语

针对西南地区某小(1)型水库土石坝除险加固工程，设计了五种不同的防渗加固方案，并利用传统比选法和模糊综合评价法对五种方案进行了对比分析，结果表明：采用传统比选法得到的最佳防渗加固方案为方案三(在上游马道处和右侧坝脚处布设混凝土防渗墙)，采用模糊综合评价法得到最佳防渗加固方案为方案一(在坝顶布设混凝土防渗墙)，模糊综合评价法评价结果可以使土石坝除险防渗加固工程的多目标综合效果达到最大化，评价结果更加先进合理，因此，最终决定采用方案一进行水库土石坝的除险防渗加固施工。