王 磊，郭震山，楊國俊

(1．中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065；2．山西省交通科技研發(fā)有限公司橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006；3．蘭州理工大學(xué)防震減災(zāi)研究所，甘肅 蘭州 730050)

黃土山區(qū)峁梁溝壑縱橫起伏，夏、秋季節(jié)短歷時(shí)強(qiáng)降雨集中，穿越黃土山區(qū)的公路橋梁下部結(jié)構(gòu)往往沿“V”或“U”型沖溝高低布設(shè)，其下部結(jié)構(gòu)主要采用單排雙柱式橋墩和摩擦樁，墩臺(tái)邊坡為高陡坡甚至為高急坡。由于其特殊的地質(zhì)、地形、地貌及水文氣候條件，若設(shè)計(jì)考慮不完善、施工操作不規(guī)范、管理養(yǎng)護(hù)不到位，橋址排水設(shè)施功能往往會(huì)不同程度喪失，橋址極易出現(xiàn)大范圍水毀，致使墩臺(tái)樁基外露。這些特點(diǎn)導(dǎo)致黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)面臨極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

目前，國內(nèi)外對黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究大多集中在自身使用功能的評價(jià)方面[1-5]，鮮有關(guān)于橋址周邊環(huán)境條件對橋梁下部結(jié)構(gòu)安全影響的研究。馮忠居等[6]將影響多雨沖溝區(qū)橋梁樁基安全的因素分為自然因素和人為因素；張剛剛等[7]基于陜北吳定高速公路黃土峁梁溝壑區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，指出黃土地區(qū)橋梁在設(shè)計(jì)過程中需充分考慮岸坡坍塌對橋臺(tái)安全的影響；趙寶俊等[8]基于陜北某高速公路實(shí)地調(diào)研結(jié)果，分析了水毀前后黃土溝壑地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的各種病害及其成因，并建立了運(yùn)營期黃土溝壑地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評價(jià)系統(tǒng)。

總體來看，已有研究對影響黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險(xiǎn)因素有了一定的了解，但多是針對具體工程或經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)，認(rèn)識還很不全面，未建立起相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系和可行的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，不能對黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效預(yù)防。鑒于此，本文針對黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究方面的空白，基于山西省岢臨(S85)、臨離(G59)、太佳(S50)、汾離(G20)4條呂梁山區(qū)高速公路上的174座橋梁下部結(jié)構(gòu)的實(shí)地調(diào)查結(jié)果[9]，建立了包括安全風(fēng)險(xiǎn)識別、安全風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)、安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與控制的橋梁下部結(jié)構(gòu)完整的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法。該風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法首先在全面揭示黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)誘發(fā)機(jī)制及演變過程規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系；然后根據(jù)層次分析(AHP)與模糊綜合評判(FCE)方法各自的優(yōu)點(diǎn)[10-11]，采用層次分析-模糊綜合評判法估計(jì)了黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的整體安全風(fēng)險(xiǎn)水平；最后應(yīng)用該評價(jià)方法對黃土山區(qū)沖溝地形中某大橋下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)，以驗(yàn)證該方法的有效性。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)識別

開展風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的首要問題是風(fēng)險(xiǎn)識別，這也是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)所有后續(xù)工作的前提[12]。對于黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)存在的安全隱患，安全風(fēng)險(xiǎn)識別的關(guān)鍵在于確定橋梁下部結(jié)構(gòu)的水毀特征及其對黃土山區(qū)沖溝地形橋址環(huán)境條件的敏感性，主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：①分析黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的承載性狀和承載機(jī)理；②確定典型水毀場景；③確定風(fēng)險(xiǎn)誘發(fā)因子。安全風(fēng)險(xiǎn)源識別步驟，見圖1。

圖1 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)源識別步驟

1.1 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的承載性狀和承載機(jī)理分析

開展黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)典型水毀場景及風(fēng)險(xiǎn)源分析的前提是要明確其下部結(jié)構(gòu)承載性狀和承載機(jī)理，重點(diǎn)是分析橋址環(huán)境條件對樁基及樁基承載性狀的影響。橋址環(huán)境條件對樁基的影響主要表現(xiàn)在：多種風(fēng)險(xiǎn)因素耦合引起風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生，即橋梁墩臺(tái)樁基礎(chǔ)水毀外露，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)損失。橋址環(huán)境影響分析主要是通過對樁基水毀外露特點(diǎn)和水毀演變過程的分析確定關(guān)鍵因素(見圖2)。樁基承載性狀和承載機(jī)理分析包括樁基承載設(shè)計(jì)方法和理論、黃土山區(qū)沖溝地形橋梁設(shè)計(jì)要求、沖溝地形樁基承載特性等。

圖2 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)水毀演變過程

1.2 典型的水毀場景分析

典型的水毀場景是全過程描述橋梁墩臺(tái)樁基礎(chǔ)從風(fēng)險(xiǎn)因子誘發(fā)、不斷累積發(fā)展至大范圍水毀外露，最終對橋梁下部結(jié)構(gòu)主體產(chǎn)生的不利影響。黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)典型水毀場景分析主要內(nèi)容包括[9]：①分析橋梁下部結(jié)構(gòu)布設(shè)與橋址排水系統(tǒng)的空間位置關(guān)系、橋址排水系統(tǒng)與周邊環(huán)境的相對空間位置關(guān)系以及橋梁下部結(jié)構(gòu)布設(shè)與橋址周邊環(huán)境的相對空間位置關(guān)系，確定危險(xiǎn)源類型及典型水毀場景特征；②根據(jù)樁基承載性狀和承載機(jī)理分析，確定樁基基本特征，如樁基類型、下部結(jié)構(gòu)型式；③結(jié)合樁基承載性狀和承載機(jī)理分析確定黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)場景。

圖3為本次實(shí)地調(diào)查的黃土山區(qū)沖溝地形某高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)典型的危險(xiǎn)場景。

圖3 某高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)典型的危險(xiǎn)場景

由圖3可以看出，處于“V”或“U”型沖溝斜坡中間的單排雙柱式橋墩樁基嚴(yán)重外露和高陡邊坡臺(tái)前土體不斷水毀崩塌后退是最為典型的危險(xiǎn)場景。

1.3 安全風(fēng)險(xiǎn)源識別

黃土沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)源是指給橋梁下部結(jié)構(gòu)正常使用功能帶來消極作用的關(guān)鍵因素。根據(jù)橋梁下部水毀調(diào)查及其成因分析結(jié)果，黃土沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)源包括自然環(huán)境因素、設(shè)計(jì)因素、施工因素和管理養(yǎng)護(hù)因素[9]，各因素相互耦合滲透，并具有可轉(zhuǎn)化性，共同影響橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全?；谏轿魇瘟荷絽^(qū)4條高速公路上的174座橋梁下部結(jié)構(gòu)的實(shí)地調(diào)查結(jié)果[9]，識別出黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵安全風(fēng)險(xiǎn)源，并建立了其安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，見圖4。

圖4 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系

2 安全風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)

基于上述建立的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，明確各目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失是安全風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的核心。本文主要通過定性方法(Deiphi法)和定量方法(Monte Carlo法、故障樹法、模糊分析法、層次分析法)確定各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失[13-16]，以使橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)分析的量化結(jié)果可滿足山區(qū)橋梁管理養(yǎng)護(hù)人員的決策需求。

基于黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的特點(diǎn)，為了兼顧安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程中對指標(biāo)層次化和評判數(shù)量化的要求，又考慮到安全風(fēng)險(xiǎn)分析過程中存在的人為不確定性，采用層次分析與模糊評判相結(jié)合的方法(即AHP-FCE法)對特殊地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)，具體包括以下內(nèi)容：根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)識別結(jié)果建立安全風(fēng)險(xiǎn)多層次評價(jià)指標(biāo)體系；基于決策需求建立評語集，并基于實(shí)地調(diào)查結(jié)果構(gòu)建各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集及隸屬度矩陣；最后依次進(jìn)行多層次綜合評判[17]。

2.1 建立層次模型

層次分析法的首要問題是建立全面的安全風(fēng)險(xiǎn)多層次評價(jià)指標(biāo)體系?；跇蛄合虏拷Y(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)源識別結(jié)果，黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系U可分成m個(gè)子指標(biāo)即一級評價(jià)指標(biāo)Ui(i=1,2,…,m),一級評價(jià)指標(biāo)集U=(U1,U2,…,Um)；每個(gè)一級評價(jià)指標(biāo)Ui又可分為n個(gè)二級評價(jià)指標(biāo)Uij(j=1，2，…，n),對應(yīng)的二級評價(jià)指標(biāo)集Ui=(Ui1,Ui2,…，Uin)。這樣便得到一個(gè)黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)三層次的評價(jià)指標(biāo)體系(見圖4)。

2.2 建立評語集

層次模型各評價(jià)指標(biāo)集中描述相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)評判狀態(tài)的集合為評語集[17]，不同風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失水平用Vk表示，V=(V1,V2,…，Vk)。在橋梁工程領(lǐng)域[18]，V一般可劃分為5個(gè)不同水平等級(即k=5)，即V=(極低，低，中，高，極高)。黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的核心工作就是要確定其風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失水平等級，不同風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失水平等級的分級標(biāo)準(zhǔn)，見表1和表2[17]。

表1 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)概率水平等級的分級標(biāo)準(zhǔn)

表2 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)損失水平等級的分級標(biāo)準(zhǔn)

2.3 確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集

確定各評價(jià)指標(biāo)相應(yīng)權(quán)重是層次分析法的基本內(nèi)容，權(quán)重集表征層次模型中各評價(jià)指標(biāo)的相對重要性。按照姚敏等[19]對模糊一致矩陣的研究論述，通過以下3個(gè)步驟確定各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重：①根據(jù)專家調(diào)查意見建立優(yōu)先關(guān)系矩陣；②通過變換構(gòu)建符合一致性要求的模糊判斷矩陣；③確定各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集。

2.3.1 建立優(yōu)先關(guān)系矩陣

優(yōu)先關(guān)系矩陣能夠直觀地表征層次模型中同一層次評價(jià)指標(biāo)集中兩兩評價(jià)指標(biāo)之間的相對重要性，一般根據(jù)專家調(diào)查意見將層次模型中不同評價(jià)指標(biāo)對特殊地形條件橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)的敏感程度兩兩評價(jià)指標(biāo)之間進(jìn)行比較得出，通常從底層評價(jià)指標(biāo)集Ui建立判斷矩陣：

(1)

式中：aij(i,j=1，2，…，n)表示評價(jià)指標(biāo)Uei相對于Uej的重要性(e=1，2，…，m)。

在用于兩兩評價(jià)指標(biāo)之間比較的數(shù)值方法中，1～9標(biāo)度法使用最為廣泛[18]，但該方法存在人的主觀判斷對aij的影響過大等不足之處，而模糊一致判斷矩陣能夠?qū)⑷藶橹饔^判斷的影響程度降到最低限度[19]，故本文按照模糊一致判斷矩陣方法得到aij:

(2)

式中：s(i)、s(j)分別表示評價(jià)指標(biāo)Uei和Uej的相對重要性程度。

顯然，0≤aij≤1，且aij+aji=1，矩陣a是模糊互補(bǔ)矩陣。

2.3.2 構(gòu)建模糊一致判斷矩陣

為了消除優(yōu)先關(guān)系判斷矩陣與人主觀思維過程一致性存在的差異，使決策更科學(xué)、合理,需對得到的模糊互補(bǔ)矩陣a作進(jìn)一步變換。對a=(aij)n×n按行求和，得到：

(3)

對bi再作如下變換：

(4)

則A=(Aij)n×n即是模糊一致判斷矩陣。

2.3.3 確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集

本文在模糊一致判斷矩陣的基礎(chǔ)上采用和行歸一法確定各評價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重[12]。首先，按下式變換處理模糊一致判斷矩陣A中元素Aij,得到變換后矩陣E=(eij)n×n，其中eij為

(5)

然后，按行相加矩陣E,可變換得到向量F=(f2,f2,…，fn)；最后，經(jīng)歸一化處理向量F，得到各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集Wi=(wi1,wi2,…,win)T。通過同樣的方法，可求得一級評價(jià)指標(biāo)集U的權(quán)重集W,一級指標(biāo)Ui的權(quán)重也可以通過專家調(diào)查結(jié)果直接確定。

2. 4 建立隸屬度矩陣

為了確定同一評價(jià)指標(biāo)集中各評價(jià)指標(biāo)相對于評語集中各評語等級的隸屬程度，建立隸屬度矩陣，這也是模糊綜合評價(jià)法的關(guān)鍵步驟。建立的隸屬度矩陣R如下：

(6)

式中：rij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，k)為第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)相對于第j個(gè)評語等級的隸屬度。

本文采用專家調(diào)查法及統(tǒng)計(jì)分析各評價(jià)指標(biāo)集的隸屬度矩陣，得到黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)集U1的風(fēng)險(xiǎn)概率隸屬結(jié)果，見表3。

表3 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)集U1的風(fēng)險(xiǎn)概率隸屬結(jié)果

2.5 多層次綜合評判

多層次綜合評判的基本思路是：確定二級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集和隸屬度矩陣后，得到二級評價(jià)指標(biāo)評判集；在此基礎(chǔ)上確定一級評價(jià)指標(biāo)評判集，最終得到目標(biāo)指標(biāo)(U)的評判結(jié)果。

2.5.1 底層指標(biāo)評判

底層指標(biāo)評判集Di可由相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集Wi和隸屬度矩陣Ri得到[17]，即：

=(di1,di2,…,dik) (i=1，2，…，m)

(7)

式中：“°”表示模糊運(yùn)算合成算子，常用的模糊合成算子共有4種[14]，本文采用主因素決定算子M(∧，∨),忽略其他次要因素而突出主要因素的影響，即：

(i=1，2，…，m;j=1,2,…,n;e=1,2,…,k)

(8)

在此基礎(chǔ)上，對底層評價(jià)指標(biāo)評判集Di作無量綱歸一化處理。

2.5.2 一級評價(jià)指標(biāo)評判

一級評價(jià)指標(biāo)隸屬度矩陣R可由二級評價(jià)指標(biāo)評判集Di和一級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集W得到，即：

R=(D2,D2,…,Dm)T

考慮一級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集W,可得到一級評價(jià)指標(biāo)評判集D為

=(d1,d2,…,dk)

(9)

在此基礎(chǔ)上，對一級評價(jià)指標(biāo)評判集D作無量綱歸一化處理。

一級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集W也可由專家根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)直接給出，對于這種情況，一級評價(jià)指標(biāo)評判集D可由以下公式直接得到：

(10)

2.5.3 目標(biāo)指標(biāo)的綜合評判

對于橋梁結(jié)構(gòu)工程安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)層次模型，評判集D可通過以上步驟逐層評判得到，評分集可通過評語集V的風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失區(qū)間中間值得到，即G=(0.1，0.3，0.5，0.7，0.9)，最終可得到目標(biāo)指標(biāo)U的安全風(fēng)險(xiǎn)水平估計(jì)結(jié)果H，即：

H=D°GT=(d1,d2,…,dk)°(g1,g2,…,gk)T

(11)

3 安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與控制

安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)就是基于上述工作，全面分析風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失水平估計(jì)結(jié)果即安全風(fēng)險(xiǎn)概率評分Hp和安全風(fēng)險(xiǎn)損失評分Hl,通過建立評價(jià)模型，綜合評估黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的整體安全風(fēng)險(xiǎn)，確定其安全風(fēng)險(xiǎn)水平，并提出針對性的安全風(fēng)險(xiǎn)水平接受準(zhǔn)則。黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的整體安全風(fēng)險(xiǎn)水平等級評價(jià)矩陣見表4，對于不同安全風(fēng)險(xiǎn)水平的黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)相應(yīng)的接受準(zhǔn)則，見表5。

表4 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的整體安全風(fēng)險(xiǎn)水平等級評價(jià)矩陣

表5 黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)水平接受準(zhǔn)則

4 案例分析

山西省呂梁山區(qū)岢臨(岢嵐—臨縣)高速公路ZB1合同段某大橋全長156.00 m，為先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力連續(xù)小箱梁橋，下部結(jié)構(gòu)采用柱式矩形墩、樁柱式橋臺(tái)和灌注樁基礎(chǔ)。橋址地形呈典型“V”型沖溝，最大高差約35 m左右，坡中、坡頂全為柱式樁基礎(chǔ)。5#臺(tái)樁基斜坡坡度較大、臨坡距過小，在沖溝地形和橋址排水的影響下，其結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，需完善橋址排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及防護(hù)設(shè)施規(guī)劃。但從實(shí)際調(diào)查結(jié)果看，橋址排水設(shè)施“千瘡百孔”，安全隱患“層出不窮”，主要表現(xiàn)在：0#臺(tái)、5#臺(tái)樁基都出現(xiàn)大范圍水毀，左幅5#臺(tái)樁基外露，右幅1#墩樁基外露4 m左右，橋梁下部結(jié)構(gòu)面臨極大的安全隱患。因此，亟需對該橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。

4.1 確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集

由專家調(diào)查意見和公式(1)～(5)，可得到該黃土沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)二級評價(jià)指標(biāo)集Ui的權(quán)重集Wi如下：

W1=(0.187,0.294,0.385,0.134)T

W2=(0.345,0.305,0.228,0.122)T

W3=(0.426,0.355,0.219)T

W4=(0.382,0.413,0.205)T

一級評價(jià)指標(biāo)集U的權(quán)重集W通過專家經(jīng)驗(yàn)直接給出,即：W=(0.40,0.20,0.20,0.20)T。

4.2 建立隸屬度矩陣

自然環(huán)境因素U1的風(fēng)險(xiǎn)概率隸屬度矩陣由專家調(diào)查分析得到,即：

采用同樣方法，可得到設(shè)計(jì)因素U2、施工因素U3和管理養(yǎng)護(hù)因素U4的隸屬度矩陣Ri。

4. 3 多層次綜合評判

以黃土沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)概率評判為例，由公式(7)～(8)可得到二級評價(jià)指標(biāo)評判集Di如下：

由二級評價(jià)指標(biāo)評判集Di和公式(9)～(10)，可得到一級評價(jià)指標(biāo)評判集D為

D=(0.022 6,0.109 2,0.171 6,0.224 4,0.471 8)

由公式(11)，該橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)概率評分Hp=0.702 5。由同樣方法，可得到該橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)損失評分Hl=0.723 8。

4. 4 安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與控制

基于上述評價(jià)結(jié)果，該橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)概率和安全風(fēng)險(xiǎn)損失估計(jì)結(jié)果分別為Hp=0.702 5和Hl=0.723 8。由表4整體安全風(fēng)險(xiǎn)水平等級評價(jià)矩陣可知，該橋梁下部結(jié)構(gòu)的整體安全風(fēng)險(xiǎn)水平為Ⅳ級；由表5安全風(fēng)險(xiǎn)水平接受準(zhǔn)則可知，該橋梁下部結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)險(xiǎn)水平處于極高風(fēng)險(xiǎn)水平等級，屬于不可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平，必須高度重視并采取切實(shí)有效的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施，直至將風(fēng)險(xiǎn)降低到不期望的水平。

為了防范與化解其安全風(fēng)險(xiǎn)，對該橋梁應(yīng)采取優(yōu)化橋址排水設(shè)計(jì)、加強(qiáng)施工過程控制、加大管理養(yǎng)護(hù)等風(fēng)險(xiǎn)控制措施，其安全風(fēng)險(xiǎn)控制原則和主要內(nèi)容如下：

(1) 處理好短期發(fā)展與長期使用性能的關(guān)系，實(shí)施具有針對性、主動(dòng)性、超前性的處治對策；解決好防沖防滲問題；遵循遠(yuǎn)接遠(yuǎn)送、迅速分離、降低流速、分散徑流、加固溝槽的原則；做到統(tǒng)一布置，逐項(xiàng)設(shè)計(jì)。

(2) 橋址填挖交界及臺(tái)前護(hù)坡處，溝槽基礎(chǔ)必須位于原狀土上，不能滿足要求時(shí)，基底軟土及護(hù)坡填土應(yīng)整體進(jìn)行夯實(shí)處治；高陡邊坡必須要進(jìn)行邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)，并要保證施工順利進(jìn)行及后期運(yùn)營安全。

(3) 提高橋梁排水設(shè)施管理養(yǎng)護(hù)的投入，建設(shè)專門的排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)工程師隊(duì)伍，并加大養(yǎng)護(hù)力度，完善經(jīng)常檢查及定期檢查機(jī)制，同時(shí)建立健全完備的橋梁下部結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

該橋梁下部結(jié)構(gòu)采取了相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施后的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果，見表6。

表6 黃土山區(qū)沖溝地形某橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)控制結(jié)果

由表6可知，采取安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施后該橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)水平降至Ⅱ級，屬于可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平。

5 結(jié) 論

黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)對運(yùn)營橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)具有可預(yù)見性，有助于防范與化解橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)，并可減少后期管理養(yǎng)護(hù)損失，本文研究得到結(jié)論如下：

(1) 分析了黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)及其影響因素，提出了橋梁下部結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系。

(2) 提出了黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，并提出了風(fēng)險(xiǎn)控制準(zhǔn)則。

(3) 建立了一套完整的黃土山區(qū)沖溝地形橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，運(yùn)用該評價(jià)方法對某運(yùn)營橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明：該評價(jià)方法能夠有效分析并預(yù)測該橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險(xiǎn)水平，從而驗(yàn)證了該方法的有效性。