本文是一篇工程硕士论文，本文分析了复合地基技术经济评价的研究现状，在深入研究复合地基处理技术合理性与经济合理性的基础上着重对复合地基处理方案的的智能优化设计与方案比选展开研究。
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
近年来，伴随着我国经济的高速发展，建筑行业的规模也在急剧的发展扩张中，建筑物的规模愈来愈大，功能需求和结构要求日益增高 [1]。尤其十三五规划指出，下一步我国社会经济发展的主要方向是资源节约型、高质量发展的社会，在此大背景下，地下空间的积极开发符合我国社会经济建设的需求，地基基础行业也将相继迎来新的发展机遇[2]。随着地下工程的发展势头越来越好，复合地基处理工程所受到的重视程度也迅速增高，行业内清晰的意识到了复合地基处理工程的关键性，一方面会直接影响整体工程的建设质量，另一方面地基基础处理工程所占工程总造价和总工期比重很大[3]。因此随着工程领域的发展与进步，对地基处理技术提出了更高的要求。
在这样的背景下，复合地基的优化设计与方案比选问题成为了工程人必须重视的问题。复合地基处理工程影响因素多，怎样在多个设计方案中选择出与该地基工程最匹配[4]、最适合的地基处理方案，是一个繁琐且需要仔细斟酌的过程[5]。目前，国内对于地基处理方案技术经济分析的研究相对较少，大多数设计单位技术人员主要根据多年积累的工程知识和专业素养，主观选取几个可供备选的方案，再通过对比这几个备选的地基处理方案的各个层面优势与劣势，最终确定工程应用的方案[6]。这种传统方式随意性较强，主观性较强，且一定程度上会被设计人员的专业素质所限制，使得选取过程较为粗糙简单，没有较强的说服力。复合地基处理方案想要做到科学选取，应该综合分析施工可行性、技术设计、成本、质量、工期等条件，应该进行整体性比选与分析，方可在众多处理方案中选择出最佳的处理方案[7]。然而，当前各类地基处理方案的技术经济比选分析研究较少，当前的方案选择大致上以人为经验选取为主过于主观，结果偏差较大，可靠性不高。且复合地基的设计经常出现功能过剩或功能欠缺的情况，无法得到最优的地基处理方案[8]。因此当前地基处理领域的燃眉之急就是找到一个能够最大可能兼顾满足技术要求且减少无为经济投资的好方法。
1.2 研究现状
1.2.1 复合地基处理技术研究现状
“复合地基”的说法最开始是由国外学者提出的，最初阶段是运用碎石桩方法处理天然地基的代名词，随着长年累月的发展，逐渐变为采用桩体加固技术来处理天然地基[17-23]。之后，随着经济向好的持续发展，地基处理技术在工程实践领域以及基础理论研究方领域的发展，都取得了质的飞跃。近三十年来，我国该领域内工作人员逐渐增强了对复合地基的关注，切实的促进了复合地基的应用与发展。 [24-29]。
复合地基概念早期仅仅局限在对软土地基的加固时采用散体材料桩这种形式。建国初期，有专家开展对石灰桩加固地基的探索与研究，并对其研究成果进行了总结归纳 [30-33]。到了 1970 年代，CaO 与多种掺合料一起制成石灰桩，被应用于各种地质条件下等级较低的建筑，且反馈结果较好[34-36]。
近年来随着复合地基技术与建筑行业的快速发展，复合地基的各方面要求越来越多样，越来越严苛，在此高需求的持续发展下，工程实践积累愈来愈多，然而复合地基承载力和沉降计算理论还不够成熟[37-40]。但是在业内复合地基处理所产生的经济效益是毋庸置疑的。
苏肖康[41]等以 CFG 桩复合地基作为研究对象，为该地基的施工工艺提供了新的思路与见解。
赵其华[42]等运用 Matlab 对 CFG 桩进行优化设计，取得了不错的成果。
叶书麟[43]等以旋喷粧复合地基为研究对象，深入研究其水泥慘入量对承载力的影响，并得到良好反馈。
杨敏[44]在研究竖向荷载作用下的变形特性上，求得长短桩组合桩对沉降有着显著作用，并且得到此法能够有效减少长桩的工程量。
2 复合地基的特征分析与系统搭建
2.1 复合地基的特征分析
2.1.1 复合地基的定义与分类
复合地基的定义，是说地基处理过程中，为达到建筑物要求，天然地基需增强地基承载力，将天然地基的部分土体置换，或者说加筋材料添加在天然地基中。目前常用的地基处理方法众多，这些地基处理方法大致可分为四大类，如图 2-1 所示。本文主要讨论的方法是竖向增强体这类复合地基类型，如图 2-1（d）所示。该方式因其造价低等优势，得到工程领域的青睐。
竖向增强体按照规范的划分方法，即以桩体材料进行区别，通常认定分为散体材料桩、刚性桩和柔性桩三类，常见分类情况见表 2-1：
2.2 智能综合优选系统的搭建
复合地基智能综合优选系统是一个综合的智能系统，该系统一方面能够同时且高效的完成多个方案的优化设计，快速得到关键设计所需参数；另一方面能够将所得的不同设计方案，借助综合评价模型并编制好计算机程序语言进行计算，进而得出最科学、可靠的处理方案。该系统旨在完成一个“优中选优”的决策过程。
复合地基智能综合优选系统的设计思想是：将优化设计模块与综合比选模块分开，根据复合地基设计领域资料，建立优化设计模型，通过求解优化设计模型来计算分析并解决实际设计问题；根据复合地基的方案比选领域资料，建立方案综合评价模型，通过求解综合比选模型来计算分析并解决实际方案比选问题。用户已知工程勘察数据与设计数据，就可以通过优化设计模块快捷计算的得出关键参数设计结果与造价成本信息，进而通过综合评价模块做到“优中选优”，进而输出最佳处理方案。
复合地基智能综合优选系统的组成结构如图 2-2 所示。用户操作界面：用户通过用操作界面向优化设计模块中输入工程勘察数据与设计数据，通过模块计算获取满足承载力与沉降量等技术要求的优化设计参数，并输出关键参数值与桩体造价信息；之后在优化设计模块的基础上，通过综合比选模块输入各个不同方案的评判信息，并最终输出不同处理方案的综合得分值，进而得到最大化满足各方实际需求的最优处理方案。
3 复合地基智能优化设计研究 ........................ 17
3.1 CFG 桩复合地基智能优化设计数学模型 .............................. 17
3.1.1 CFG 桩复合地基处理的设计分析 ............................... 17
3.1.2 CFG 地基承载力的计算方法 .......................... 18
4 复合地基智能综合评价模型的研究 .................................... 35
4.1 复合地基处理方案的评价指标体系的构建 .......................... 36
4.1.1 评价指标体系的建立原则................................... 36
4.1.2 层次结构的确定与构建 ................................... 36
5 智能综合评价分析系统的开发 ........................... 53
5.1 系统开发环境及工具 .................................. 53
5.1.1 系统技术支持平台................................ 53
5.1.2 系统开发工具 .................................. 53
5 智能综合评价分析系统的开发
5.1 系统技术平台及开发工具
5.1.1 系统技术支持平台
想要最终完成一个系统的开发，技术支持平台选择是首先要思考的问题。技术平台的配置关乎系统的可操作性与流畅便捷性。目前现有的操作系统主要包括 PC 端 Windows、Unix、Net Ware、Linux 等，移动端包括 IOS 与安卓等。考虑到计算量较大的原因，故而我们此次主要针对 PC 端展开系统的开发。Windows 系统因兼容性强、操作便捷、使用效率高、受众广等特点而成为当前的主流操作系统。为了更便捷、高效的服务于用户，提高用户的使用体验，本文选择在 Windows7 技术支持平台上开发该系统，可以使的系统的受众更广，应用更广泛。
5.1.2 系统开发工具
复合地基智能综合优选系统开发选用 MATLAB 2016b 作为开发平台工具。近年来，建筑行业积极向信息化方向靠拢，故而 MATLAB 越来越受到工程领域的重视。并且MATLAB 向较于其他开发软件，对不擅长编程的工程人来说，十分友好，极适合快速上手。另一层面本文选择 MATLAB 作为系统开发工具主要是因为优化设计模型所采用的遗传算法与综合评价模型所采用的灰色模糊层次分析法都是由 MATLAB 进行计算求解，因此采用 MATLAB 进行开发方便快捷，能够省略很多不必要的麻烦。
6 结论与展望
6.1 研究成果
本文分析了复合地基技术经济评价的研究现状，在深入研究复合地基处理技术合理性与经济合理性的基础上着重对复合地基处理方案的的智能优化设计与方案比选展开研究，主要有以下几个方面的研究成果和结论：
（一）建立多个类型的复合地基优化设计数学模型，并将智能优化算法与传统复合地基处理方案设计相结合，使用 GA 遗传算法对 CFG 桩复合地基、多桩型复合地基、水泥土搅拌桩复合地基的优化模型进行了智能求解，结合实例验证了基于遗传算法的复合地基优化设计模型是可行的；
（二）在对复合地基的方案综合比选的研究
