多指标综合评价方法在上海市水闸安全鉴定中的应用
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第30卷第7期2 0 1
2年7月水 电 能 源 科 学
Water Resources and PowerVol.30No.7
Jul.2 0 1
2文章编号:1000-7709(2012)07-0109-
04多指标综合评价方法在上海市水闸安全鉴定中的应用
李 达,王春树,杜晓舜,金鹏飞
(上海市水利管理处,上海200002
)摘要:针对上海市中小型水闸的安全鉴定缺乏统一标准的问题,基于各种实际检测数据,采用多指标综合评价方法从安全性、适用性和耐久性3方面对水闸进行了综合评价。
选用模糊综合评价方法确定了水闸安全评价指标的构成,由不同领域的专家根据各损伤部位对水闸安全鉴定的影响程度给定指标权重,并对指标进行了无量纲化处理,进而获得指标评价标准和综合评价公式。
在此基础上对上海市水闸进行了安全综合评价,确定了各水闸的安全性能。
关键词:中小型水闸;安全鉴定;多指标综合评价方法;上海市中图分类号:TV66
文献标志码:A
收稿日期:2012-02-02,修回日期:2012-03-
15作者简介:李达(1984-),男,硕士研究生,研究方向为水闸工程管理及水资源调度,E-mail:lidawater@1
26.com 上海市现有1
959座中小型水闸,大部分建于20世纪80年代以前,普遍存在防洪标准低、混凝土裂缝和碳化、表面冲刷磨损、内部钢筋锈蚀、部件倾斜和位移、地基渗透破坏、不均匀沉陷等问题,工程安全隐患突出,
严重威胁着人民生命财产安全,也影响了水闸兴利效益的发挥。
由于上海市的水闸均为中小型水闸,不同位置的水闸安全性也不尽相同,且不同水闸功能亦不同,
这导致各水闸的安全性、适用性和耐久性存在较大差别,因此对水闸安全鉴定统一建立一种科学合理的评价方法就显得十分重要。
我国的水利工程安全评价研究工作始于大坝安全性
综合评价,
随之赵然杭等[1
]提出了水闸工程评价方法。
根据《水闸安全鉴定规定》[2
],上海市在2001年
实质性启动了水闸安全鉴定工作,将病险水闸除险加固工程列入到上海市实施防汛保安工程体系建设
中。
但在具体实施过程中,由于每个人对规定[2
]的
理解和掌握程度不同,在内容和深度上的把握也不同,因此选取的检测或复核内容并不统一,故现行规
定[2]对水闸系统安全检测和评估方面的实际指导性
有些薄弱,
这也导致上海市水闸可靠性检测、评估工作在具体操作时缺乏统一的标准,影响了鉴定的一致性。
鉴此,本文从安全性、适用性和耐久性3方面考虑,采用多指标综合评价方法对上海市中小型水闸进行了综合评价,确定了各水闸的安全性能。
该评价方法降低了人为因素的影响,保证了水闸可靠性评价工作的科学性和严肃性。
1 构建水闸安全综合评价指标体系
1.1 水闸综合评价指标体系的构成
本文选用多层次模糊综合评价方法[3]
分析水
闸综合评价指标体系的构成。
指标不超过20个,且合并重复的指标,并剔除对项目评价影响性小的指标。
针对上海市水闸的特点,对一些共性问题在指标中要体现出来,如水闸建设年代久导致防洪标准相差较大,且上海市地势低洼,地面沉降和海平面上升同时存在,
很多闸室高程有可能低于建成时的高程,因此防洪能力和闸室沉降两指标要单列。
随着上海市水闸自动化控制系统的不断普及,自动化控制指标亦作为安全鉴定的重要考核因素。
最终以水闸工程结构的安全性、适用性和耐久性作为一级指标,将其再细分为若干二级指标,具体水闸安全评价指标构成见表1。
表1 水闸安全评价指标构成Tab.1 Security
evaluation indicators of sluice项目一级指标权重Wi二级指标分项权重Wj上海市水安全性B10.647 1混凝土结构C10.166 8闸安全综启闭机C2
0.129 0合评价A钢闸门C30.132 8自动化控制系统C40.102 7防洪能力C50.171 7抗渗和抗滑稳定性C60.171 7闸室沉降观测C7
0.125 4适用性B20.170 6相对过水能力C80.179
5相对漏水流量C90.247 2消能防冲能力C10
0.210 6闸门启闭机控制力C110.237 5辅助设备(观测、防雷)完好情况C120.125 2
耐久性B30.182
3混凝土强度C130.212
3钢筋锈蚀C140.230 0表面裂缝C150.249 1碳化深度C160.148 1运维能力C17
0.160
5
1.2 指标权重的确定方法
确定权重的方法很多,为消除过多的人为影响因素,本文选择了定性定量相结合的层次分析法(AHP法)来确定各指标权重,同时根据上海市有关规定,在进行水闸安全鉴定工作时,需邀请水工、地质、金属结构、机电和管理等相关专业的专家,
且中型及以上水闸的专家组需由不少于7名专家组成,本文选取的专家名录见表2。
AHP法确定指标权重的具体步骤如下。
表2 选取专家名录
步骤1 设计各指标层打分表格。
步骤2 请7位专家根据9标度法[3]
填写两两比较判断矩阵,
并用数值表示行指标对列指标的相对重要性程度,本文以1,2,…,9及其倒数来表示,其中1、3、5、7、9分别表示两者一样重要、重要一点、
重要、重要的多、极端重要。
以水闸耐久性的二级指标为例,根据专家意见获得各项指标相对重要性结果见表3。
步骤3 根据两两判别矩阵统计总分值并计算各指标权重,结果见表1。
由于水闸工程的特殊性和复杂性,
评价结果的科学性、准确性、正确性一定程度上依赖于专家的评分结果。
然而由于
表3 水闸耐久性二级指标重要性的专家调查表
Tab.3 Expert q
uestionnaire of durabilityindicators of
sluice二级指标
专家评分
C13
C14
C15C16
C17
C133
1 3 13C141/3 1/3 5 5C151 3 3
3C161/3 1/5 1/3 2
C17
3
1/5
1/3
1/2
各专家自身知识背景和对评判方案了解程度的不同及专家自身偏好等因素的干扰,对于同一个决策问题的评判很可能存在较大的差异,因此本文利用加权平均剔除差异明显的专家评分值。
1.3 指标的无量纲化
根据《水闸安全鉴定规定》[2]
,水闸安全类别
分为正常水闸、可用水闸、病变水闸、病危水闸4个等级。
由于存在定量指标和定性指标,因此需利用一定的度量方法消除指标间取值范围和度量单位的差异,将实测值转化为同一个区间的指标评价值,
即对指标进行无量纲化处理。
常用的区间有[0,1]和[0,100],由于百分制较直观、易理解,
因此本文采用百分制规定,即一类闸[85,100]、二类闸[60,85)、三类闸[30,60)
、四类闸[0,30),分值越高表示水闸安全性能越好。
1.4 指标的评价标准
根据上述分析结果,获得了水闸安全评价二级指标评价标准见表4。
根据各指标的不同性质,将其分为定性指标、正向指标(指标值越大越
表4 水闸安全评价二级指标评价标准
Tab.4 Evaluation standard of security
evaluation indicators of sluice二级指标
一类闸
二类闸
三类闸
四类闸
指标类型备注
C1结构轻微破坏或无破坏结构有明显破坏
承载结构有强烈破坏出现结构性破坏[
4]定性指标目测
C2使用性能良好,只需一般
维修
能正常使用,但需中修
不能正常使用,需大修
不能使用,需更换或报废定性指标电动机、钢丝绳、制动装置等
C3表面脱漆率小于1/4
,能正常起落,闸门无变形面板及梁锈蚀深度小于1/4厚度,闸门有轻微变形锈蚀深度小于1/2厚度,受力梁变形,起落困难梁断裂不能使用,闸门变形严重,不能正常启闭
定性指标重点检测闸门腐蚀、焊缝等C4使用性能良好,只需一般维修
能正常使用,但需中修不能正常使用,需大修不能使用,需更换或报废定性指标自动化控制系统包含电气设备、
指示仪表、
自动控制系统C5C5≥0.98 0.95≤C5<0.98 0.85≤C5<0.95 C5<0.85正向指标C5=Tr(
现状抵御洪水标准)Td规范5中抵御洪水标准C6
C6≥0
.98 0.95≤C6<0.98 0.85≤C6<0.95 C6<0
.85正向指标抗渗稳定性采用C6=Jr/Jd计算;抗滑稳定性用C6=Kr/Kd计算
C7/mm C7<
40 40≤C7<50 50≤C7<70 C7>70负向指标主要观测不均匀沉降C8C8≥0.98 0.95≤C8<0
.98 0.85≤C8<0
.95 C8<0.85正向指标C8=
Qr(
闸门实际过水流量)Qd(
闸门设计过水流量)C9
未发现止水失效,C9≤1.02个别部位止水失效,1.02<C9≤1.05止水长度占总长度1/4,1.05<C9≤1.15止水基本失效、漏水严重,C9>1.15负向指标C9=Qr(现状漏水流量)Qd
(最大允许漏水流量)C10
未发现止水失效,C10≤1.02个别部位止水失效,1.02<C10≤1.05止水长度占总长度1/4,1.05<C10≤1.15止水基本失效、漏水严重,C10>1.15负向指标C10=qr(水闸实际单宽流量)qdC11
控制力完好控制力有不足控制力明显不足失去控制力定性指标C12
完好有效损毁1~2处至少1处能用基本损毁定性指标指上下游水位观测、防雷接地、沉降观察点等
C13C13≥0.98 0.95≤C13<0.98 0.85≤C13<0.95 C13<0.85正向指标C13=fx(
工程现场检测数据)fd(
规范[6]规定的混凝土强度)C14/mV C14≥-100-200≤C14<-100-400≤C14<-200 C14<-
400正向指标根据《水工混凝土试验规程》[7]测电位平均值
C15
/mm
少量裂缝,且最大裂缝宽度<0.25裂缝数目较多,但短多长少,最大裂缝宽度在0.25~0.5裂缝数目多但短少长多,最大裂缝宽度>0.5影响安全的重要局部有裂缝贯穿负向指标 基础指标就以裂缝宽度的最大值作为评估标准C16C16<0.2 0.2≤C16<0.5 0.5≤C16<0.9 C16>0.9负向指标C16=d(
平均碳化深度)s
C17
制度齐全,人员运维规范制度较为齐全,人员运维较为规范制度不齐全,人员运维不规范制度缺失,人员运维极不规范
定性指标注:Jr为闸门目前渗透坡降;Jd为规范[6]渗透坡降;
Kr为闸门抗滑稳定安全系数;Kd为规范[4]中抗滑稳定安全系数。
·
011·水 电 能 源 科 学 2012年
第30卷第7期李 达等:多指标综合评价方法在上海市水闸安全鉴定中的应用好)、负向指标(指标值越小越好)3种类型。
1.5 综合评价公式
根据水闸实际安全检测报告,填写每个单项指标的分值,并结合各分项指标权重综合评价整个水闸安全状况。
采用多目标线性加权函数法,即综合评分法计算综合评估分,其表达式为:
I=∑∑Vi
Q()iUi
式中,I为综合评估分;Vi为单项指标分值;Qi为单项二级指标权数;Ui为一级指标权数。
2 中小水闸安全鉴定结果综合评价
2010年上海市完成了12座水闸的安全鉴定
工作,本文以其中的练祁河水闸[8]
为例,对其安全
鉴定结果进行安全综合评价。
练祁河水闸于1978年7月竣工投入使用,主要功能为挡潮、排涝、引清调水。
设计最大流量排
水316m3/s、引水132m3
/s
,为宝山区域内流量最大的水闸,属中型类水闸。
截止2010年,该闸已运行32年,经检测与复核计算,发现以下安全问题:①内河消力池侧墙严重碳化,内部钢筋已进入锈蚀期,结构耐久性较差。
②交通桥桥墩盖梁端部结构出现贯穿性开裂。
③内、
外河侧消力池与闸室结构有明显沉降差,引起水平止水与垂直止水损坏失效,影响防渗安全。
④内河侧灌砌海漫有冲刷现象,存在安全隐患。
⑤边孔两扇闸门超过使用折旧年限,
且现场检测发现闸门底梁明显变形;导向轮均不能转动、启闭不畅;面板、主梁等主要构件腐蚀等级均达到C级,
即较重腐蚀;横向联结系桁架构件蚀余厚度小于6mm,底止水及侧向止水均缺失。
⑥中孔闸门侧向止水与门槽脱开,漏水量超标,且导向轮常在检修孔处受阻、门槽埋件挤压变形,从而影响闸门正常启闭。
实际检测结果中,水闸闸墩、交通桥桥墩柱、排架、消力池墙的混凝土强度值均在22.7~31.5
MPa之间,满足原设计(#
200混凝土)
及现行规范[6]要求,且防洪能力满足要求,内河消力池左侧
墙电位平均值为-406mV,
抗滑稳定安全系数(1.12)小于规范[6]要求(1.20
)。
由此获得了练祁河水闸安全评价指标分值(表5),根据各项指标
分值得到练祁河水闸安全综合评价分数为55分,属于三类闸。
进而获得了上海市部分水闸安全评价结果见表6。
3 结语
a.
在参照多种规范、标准和前人研究成果的基础上,建立了水闸多层次综合评价指标体系,较
表5 练祁河水闸安全评价指标分值
Tab.5 Scores of safety
evaluation indicators
表6 上海市部分水闸安全评价结果
Tab.6 Safety
evaluation results of part of全面地反映了水闸的安全状况。
据此对上海市水闸进行了综合安全评价,确定了水闸的安全性能。
本文研究方法对上海地区水闸的安全评价有一定借鉴意义。
目前上海市正在加紧改造病险水闸,本文的评价结果可作为区分水闸病险程度的重要依据,
从而根据轻重缓急安排资金,使有限的资金发挥更大的效益。
b.
多指标综合评价方法通过量化定性指标和明确指标权重,使给出的综合评价结果更加直观,对水闸进行的可靠性评价更符合实际情况,为水闸安全管理和运行提供了更有力的保障。
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(下转第68页)
·
111·
图7 1-1剖面动静叠加后坝轴向拉应力分布与横缝开度情况Fig.
7 Dam axial tensile tress distribution of 1-1dam profile after static and seismic superp
osedand opening
of contraction joints坝段和#8转折坝段之间横缝开度均小于0.5mm。
5 结语
a.
本文折线布置重力坝的地震动力反应规律与一般重力坝基本相同,但由于左岸岸坡坝段转折,
大坝整体横河向加速度与动位移最值出现在左岸岸坡坝段。
b.
静动应力叠加后主要在坝踵、转折坝段上游面及上、
下游坝面折坡附近出现了拉应力区,最大拉应力为2.12MPa。
c.
坝轴线转折位置的楔形坝段上游面靠坝顶部位在地震过程中开裂的可能性较大,该坝段两侧横缝开度均小于止水的允许变形。
d.
在坝踵及坝颈部区域应采取局部提高混凝土强度的措施增强大坝的抗震安全性,而对于坝轴线转折处的楔形坝段,坝轴向较大拉应力区的范围为自坝顶以下30m,应在此范围内配置坝轴向抗震钢筋,并局部提高混凝土强度等级,以确保转折坝段的抗震安全性。
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592.Seismic Dynamic Response Analysis of Gravity
Dam with Polygonal Dam AxisXIONG Kun1,
2,GAO Feng3,
LI Rui 4
(1.Changjiang
Institute of Survey,Planning,Design and Research,Wuhan 430010,China;2.National Dam SafetyResearch Center,Wuhan 430010,China;3.HydroChina Chengdu Engineering Corporation,Chengdu 610072,China;4.Changjiang Geotechnical Engineering Corporation(Wuhan),Wuhan 430010,China)Abstract:Taking a rolled concrete gravity
dam with polygonal dam axis for an example,the software ADINA is usedto make three-dimensional FEM time-history analysis of full gravity dam in order to study the dam’s seismic resistant be-havior and seismic weak positions.The results show that the dynamic response laws of the gravity dam with polygonaldam axis are basically the same with general gravity
dams;but the longitudinal dynamic response of dam monoliths on leftbank appears larger while the upstream of wedge-shaped monolith is obviously tensile in the dam axis direction.Someseismic resistant measures should be taken to improve the seismic safety
of the wedge-shaped dam monolith.Key
words:gravity dam;polygonal line;dam axis;櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀
seismic resistant behavior(上接第111页)
Application of Multi-index Comp
rehensive Evaluation Methodto Safety
Evaluation of Sluice in ShanghaiLI Da,WANG Chunshu,DU Xiaoshun,JIN Peng
fei(Shanghai Water Conservancy
Management,Shanghai 200002,China)Abstract:There is lack of uniform standard for safety
evaluation of medium and small-scale sluice in Shanghai City.Based on the various detection data,multi-index comp
rehensive evaluation method is used to evaluate the sluices from theaspects of safety,applicability and durability.The composition of sluice safety evaluation index is determined by
usingfuzzy comprehensive evaluation method.The impact of damage position on the sluice safety is judged by the experts in dif-ferent domain and the weig
ht of index is determined.Dimensionless indexes are dealt with and the evaluation criterion andformula of indexes are obtained.The sluice safety of Shanghai is evaluated comprehensively and the safety
performance ofthe sluice is
determined.Key
words:medium and small sluice;safety evaluation;multi-index comprehensive evaluation method;Shanghai City·
86·水 电 能 源 科 学 2012年。