引言

近年来，我国经济发展迅速，各级政府加大了农、林、水利等基础工程建设的力度，特别是水利工程建设方面，水是最不可或缺的物质基础，是生命之源，是其他产业及人民大众生活的基础物资。为此，从上世纪中期之后，我国修筑了大量水利工程，但由于运行服役时间的持续增长，加上早期设计不到位、施工工序不严格等因素影响，很多水利工程存在病害问题，甚至一部分工程处于危险状态，尤其是一项小型水库项目。本文针对处于丘陵区的一座小型水库项目进行除险加固方案比选及评价分析，在分析研究当中采用了层次分析法（AHP），通过投资额、工期、场地限制三大因素进行两种不同加固方案多方位对比探讨，以此保证方案的合理性、可行性。

一、工程概况

某小型水库建于上世纪70年代末，据地质调查研究，本水库汇水区域处于丘陵地带，0.73k㎡为汇水面积。水库各项参数如表1所示。水库功能包括：防洪、水产养殖等，600亩为其灌溉面积。

表1  水库各项参数及技术要求

二、工程存在的主要问题

根据施工现场调查情况可知，本工程主要存在以下问题：

1、坝顶高程与防洪标准不符，无法满足施工要求；

2、迎水面坡面平整度较差；

3、背水坡一些部位存在问题，比如局部断面过陡，且存在大量雨淋沟；

4、溢洪道属于明渠出流，消能、防护设施不完善；

5、进库道路、坝顶防汛路未合理铺设；

6、未见观测及管理设施。

由于该小型水库工程坝顶高程与防洪标准不符，为达到要求，应适当加高坝体，也可重新建设挡浪墙。但总体来讲，想要达到这一目的，难度相对较大，尤其是征地难度大，且成本过高。为此，在加固方案比选及评价分析当中，应重点考虑的因素有工程投资、工期影响、场地限制等。

三、小型水库除险加固方案

1、大坝加高培厚加固方案

该方案当中，土石坝扩建加高时，需采取由下游面培厚加高的方案，如果存在一定难度，可采取戴帽加高方案。与新建坝顶路结合，以97.60m为坝顶高程，4.0m为路面净宽。若坝顶高程不足，可在坝段填筑黏土，并碾压确保其密实度。

2、新建挡浪墙加固方案

将现浇混凝土挡浪墙（C25）建于大坝迎水侧，这样可以进一步降低土方回填量，且减少坝后占地面积。在该加固方案当中，同样以97.60m为挡浪墙顶高程，并与新建坝顶路情况结合，可见97.10m为坝顶高程，4m为路面净宽。

四、方案比选与评价分析

根据往常施工经验及工程实践分析，方案决策大多数情况下会以方案比较表的呈现方式为主，但是若没有明确的方案比选原则或者投资控制方案，当决策者经验不够等因素存在时，最终作出的判断往往有待考量，或许并非完全合理，这种情况下，势必会造成资金浪费、工期增加等问题，甚至不能将工程应用效益发挥出来。

针对这一情况，为了保证方案比选的合理性，需要确定比选决策的原则及投资控制方法，并采用一种更合理、更具有权威性的技术支持，比如层次分析法（AHP），在本次小型水库大坝加固方案比选及评价分析当中，考虑到水库当前存在的主要问题，在全面分析大量影响因素的基础上，通常来讲，对小型水库除险加固总体方案选择造成影响的因素很多，比如投资额、工期、场地限制等等。为此，在方案比选与评价分析当中，选择不同的项目影响因素，通过层次分析法原理，对不同子项工程进行对比分析，为方案比选提供技术保障。具体情况如下：

1、递阶层次结构

基于层次分析法原理，本文构建目标层、准则层、方案层不同的大坝加固工程最优方案比选递阶层次结构，其中，在两个方案当中主要考虑因素包括工程投资、施工场地、工期影响。

2、判断准则

基于决策经验及投资控制原则，在水库大坝运行当中，防洪安全是最为关键的一大要素。为此，在本工程大坝加固方案比选当中，应尽可能保证大坝质量及安全，因此，在决策关键指标选择时，主要以工程投资、施工场地、工期影响三大因素为主，从而建立判断矩阵，并做好计算分析。

3、判断矩阵构建及计算分析

根据上述两个大坝加固方案，在三大影响因素当中，其优缺点如下：

（1）大坝加固方案优缺点对比分析

方案1：大坝加高培厚加固方案

优点：成本低，997.5元/m（坝长工程造价）、工序简单、工期少。

缺点：坝后占地较多，坝脚延伸长度多，向外多出3m；且坝后多属于基本农田，将会加大征地难度。

方案2：新建挡浪墙加固方案

优点：坝后占地面积小，坝脚延伸长度短，向外多出1m左右；相对方案1征地难度较小。

缺点：成本高，1686.4元/m（坝长工程造价）；采用混凝土防浪墙工艺，其工序复杂，且工期长。

（2）判断矩阵构建

根据上述分析，以工程投资、施工场地、工期影响构建大坝加固最优方案，并建设A-B判断矩阵。此外，通过MATLAB软件计算不同数据结果，比如特征向量W、最大特征值λ_max、一致性指标CI、一致性比率CR，所得结果如表2所示。

表2  A-B判断矩阵及计算结果

结合MATLAB软件计算分析，可以得出本工程当中A-B判断矩阵所获取的最大特征值λ_max为3.0291，为了检验判断矩阵的一致性，可按照公式1获取具体数据，得到一致性指标CI，如下：

                      公式1

其中：λ_max=3.0291；

      n=3；

此外，结合公式1，获取的一致性指标CI（0.0145）及平均随机一致性指标RI（0.52），可获取随机一致性比率CR。

   公式2

由此得出，随机一致性比率CR=0.0279，相比规定标准要求0.10，小于0.10，由此可得出层次分析结果有满意的一致性，经一致性检验，判断矩阵的权重系数分配具有可行性，较为合理。

（3）准则层对方案层的判断矩阵及计算分析

为了确定选择哪一种方案更合理，需针对不同方案，通过工程投资、工期影响、施工场地三大因素，分别进行准则层对方案层判断矩阵的构建，即以工程投资B1为主的B1-C判断矩阵、以工期影响B2为主的B2-C判断矩阵、以施工场地B3为主的B3-C判断矩阵。由于二阶矩阵具有一致性，因此，无需作一致性检验。

第一，以工程投资B1为主的B1-C判断矩阵，选择方案C1与方案C2进行对比分析，所得特征向量W值如表3所示。

表3  B1-C判断矩阵及计算结果

第二，以工期影响B2为主的B2-C判断矩阵，选择方案C1与方案C2进行对比分析，所得特征向量W值如表3所示。

表3  B2-C判断矩阵及计算结果

第三，以施工场地B3为主的B3-C判断矩阵，选择方案C1与方案C2进行对比分析，所得特征向量W值如表3所示。

表3  B3-C判断矩阵及计算结果

（4）计算结果及评价分析

根据上述分析，可以获取工程投资B1、工期影响B2、施工场地B3及方案C1、方案C2的特征向量W值，从而得出其权重值，具体结果如表4所示。

表4  计算结果及综合值

根据上述分析，可得出，方案C1的权重为0.1561；方案C2的权重为0.8439。经对比分析两种方案，最终选择方案C2，也就是说方案2，新建防浪墙加固方案。

五、结束语

综上所述，小型水库承担着防洪、灌溉、发电、养殖等多种重要作用,其中防洪关系人民财产安全、社会安定和生态安全。在长年运行之后,小型水库年久失修,坝体渗漏、坡面损坏、配件老化、设备落后等问题严重影响了大坝的安全运行和管理水平。本文根据工程实际，选取了两种不同的大坝加固方案，并以三大影响因素为主展开比选及评价分析，基于层次分析法原理，最终得出方案2新建防浪墙加固方案，最具应用价值。

参考文献：

[1] 宋彦伸.连云港市小型水库除险加固方案比选与分析.扬州大学[D].

[2] 张文娟,李树言,漆文邦.探究层次分析法在小型水库除险加固工程中的应用[D].2018.

[3] 孙玉军,胡伟伟.小型水库除险加固工程施工管理措施研究[D].2017.