戴佳立,張建新,杜文奇,劉乃棣

（1.天津城市建設(shè)學(xué)院天津市軟土特性與工程環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300384;

2.天津市安居建設(shè)發(fā)展總公司,天津 300050）

近年來,隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展,地下空間得到了開發(fā)和利用,深基坑工程變得十分普遍。深基坑工程大多位于繁華的市中心,周圍建筑物密集,管線復(fù)雜,緊鄰道路紅線,它的施工對(duì)周圍環(huán)境的影響越來越受到人們的關(guān)注[1]。監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑的施工過程中已經(jīng)是一項(xiàng)必不可少的環(huán)節(jié),它在對(duì)工程的質(zhì)量控制,進(jìn)度控制等環(huán)節(jié)中起到了良好的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。以往深基坑工程對(duì)周圍環(huán)境影響的研究主要集中在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬分析上,而運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究較少。本文以深基坑開挖監(jiān)測(cè)資料為依據(jù),運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法,確定安全風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重,劃分安全風(fēng)險(xiǎn)水平等級(jí),建立隸屬度函數(shù),對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。

1 工程概況

天津某辦公樓基坑工程,長約80 m,寬約65 m,位于繁華的市中心,場(chǎng)地西側(cè)與6層辦公樓相鄰,西南角和東南角與居民樓相鄰,建筑物年代較久遠(yuǎn),為歷史風(fēng)貌建筑,需要保護(hù),南側(cè)靠近河道,北側(cè)緊鄰城市主干道,東側(cè)為一幢7層小樓,周圍環(huán)境十分復(fù)雜,對(duì)變形要求較高。

基坑深度9.6 m,側(cè)壁安全等級(jí)一級(jí),圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800 mm鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,截水帷幕采用φ850 mm三軸水泥攪拌樁,采用一道鋼筋混凝土支撐。

天津?yàn)榈湫偷暮ｊ懴嘟换ボ浲恋貙?場(chǎng)地范圍內(nèi)的工程地質(zhì)條件極其復(fù)雜,地層變化起伏大,土質(zhì)軟弱,鉆孔揭露范圍內(nèi)見7層土,地下水位埋深1.30-1.70 m。具體土層情況如表1所示。

深基坑開挖將會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生較大影響,開挖施工時(shí)進(jìn)行了周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè),主要有:路面沉降L1-L8;建筑物沉降1-34;河岸地面沉降H1-H4。詳見圖1

該基坑在2010年12月6日的開挖過程中發(fā)現(xiàn)坑深4-5 m粉土層有漏水和涌土的現(xiàn)象,12月6日和12月7日的測(cè)斜數(shù)值分析發(fā)現(xiàn),曲線曲率變化異常,最大日變形量達(dá)到27.1 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了警戒值,見圖2。最后判斷為止水帷幕施工質(zhì)量問題所致,施工單位馬上進(jìn)行土方回填,并于12月7日采用雙液注漿的方法進(jìn)行堵漏。由于基坑周圍有需要保護(hù)的風(fēng)貌建筑,為更直觀的反應(yīng)本次事故對(duì)周圍環(huán)境的影響程度,故本文基于周圍環(huán)境的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判,以評(píng)價(jià)深基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境影響的安全性。

表1 土的物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Physical and mechanical properties of soils

2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的工具,把一些邊界不清的問題定量化,對(duì)受多因素影響的事物和現(xiàn)象作出總的綜合評(píng)價(jià)的方法[2-3]。

單因素評(píng)價(jià)并形成隸屬度矩陣:首先確定評(píng)價(jià)級(jí)別集V={v1,…,vm},然后通過隸屬度函數(shù)確定評(píng)價(jià)對(duì)象在各單項(xiàng)指標(biāo)上的得分 ri=（ri1,…,rim）（i=1,…,n）,最后以ri為行形成評(píng)價(jià)矩陣R=（rij）n×m。

綜合評(píng)價(jià):計(jì)算模糊合成B=A·R,合成采用（+,.）,即相當(dāng)于普通矩陣乘法,對(duì)于合成結(jié)果進(jìn)行歸一化,按最大隸屬度確定評(píng)價(jià)對(duì)象所屬的等級(jí)。B=max（b1,b2,…,bN）

3 對(duì)周圍環(huán)境影響的安全評(píng)價(jià)

3.1 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目確定各單因素的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表2。

按影響因素的重要性,先進(jìn)行打分,確定影響因素的權(quán)重,經(jīng)歸一化處理并作一致性檢驗(yàn),得到一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)權(quán)重集A=（0.09 0.55 0.36）和二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)權(quán)重集Ai=（0.25 0.75）。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.2 Evaluation index system

3.2 建立評(píng)價(jià)級(jí)別集

在相關(guān)研究基礎(chǔ)上[4-7],根據(jù)工程的實(shí)際狀況,將基坑的安全等級(jí)劃分為:安全、關(guān)注、預(yù)警、警戒、危險(xiǎn)五個(gè)等級(jí),V={v1,v2,v3,v4,v5}見表3。

3.3 警戒值（閥值）的建立

警戒值（閥值）是在監(jiān)測(cè)報(bào)警值的基礎(chǔ)上考慮國家規(guī)范,地方規(guī)范和該工程設(shè)計(jì)要求[8-11],通過專家經(jīng)驗(yàn)判斷建立的。綜上所述,表4列出了各因素安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)12月7日和12月8日建筑物沉降較穩(wěn)定,最大變形速率為0.5 mm/d,12月9日沉降速率加大。這說明建筑物沉降對(duì)于基坑周圍深層土體的變形有滯后效應(yīng)。而路面的沉降一直都很穩(wěn)定,說明本次事故的影響范圍不是很大?，F(xiàn)以2011年12月9日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料做為評(píng)價(jià)依據(jù),對(duì)基坑周圍環(huán)境的安全性進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià),各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)見表5。

表3 深基坑周邊環(huán)境安全模糊綜合評(píng)判的級(jí)別集Tab.3 The levels of safety and fuzzy synthetic evaluations for surrounding Environment

表4 各因素安全評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.4 The index of safety evaluation

表5 基坑周邊環(huán)境各單因素指標(biāo)Tab.5 The single index of surroundings around foundation pit

3.4 隸屬度函數(shù)的選定

為了求得模糊關(guān)系矩陣,必須建立各單因素對(duì)基坑支護(hù)體系安全分級(jí)的隸屬函數(shù)。建立合理的隸屬函數(shù)是比較困難的,需要通過不斷的試驗(yàn)和總結(jié)。本文隸屬函數(shù)的確定參照文獻(xiàn)[8]中介紹的半梯形與梯形的函數(shù)表達(dá)形式建立隸屬度函數(shù)。

基坑處于安全狀態(tài)的隸屬函數(shù)

基坑處于關(guān)注狀態(tài)的隸屬函數(shù)

基坑處于預(yù)警狀態(tài)的隸屬函數(shù)

基坑處于警戒狀態(tài)的隸屬函數(shù)

基坑處于危險(xiǎn)狀態(tài)的隸屬函數(shù)

上式的 a、b、c、a分別為基坑處于關(guān)注、預(yù)警、警戒和危險(xiǎn)狀態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)控制值,x為最大測(cè)值指標(biāo)。

3.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

將表5中的最大測(cè)值指標(biāo)代入隸屬度函數(shù)中,得到最下層的評(píng)價(jià)矩陣

評(píng)價(jià)模型為

得到

第二層評(píng)價(jià)矩陣和評(píng)判模型為

歸一化后得（0.322,0.335,0.307,0.024,0.012）,根據(jù)最大隸屬度原則,取B中的最大值0.335,則對(duì)應(yīng)為二級(jí)警戒狀態(tài),所以基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境影響的綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為二級(jí)關(guān)注狀態(tài)。說明對(duì)于此次漏水事件,施工單位土方回填及時(shí),雙液注漿參數(shù)控制合理,取得良好效果。

4 結(jié)語

運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析,能夠較真實(shí)地反應(yīng)深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀況,減少了主觀判斷帶來的差異,使評(píng)價(jià)結(jié)果更加精確,為工程的順利開展提供可靠的幫助。

本文評(píng)價(jià)方法操作性強(qiáng),具有一定的實(shí)用價(jià)值,可為基坑設(shè)計(jì)施工部門進(jìn)行參考。目前天津地區(qū)對(duì)基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境影響的安全評(píng)價(jià)研究較少,相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)參考上海地區(qū)而建立,對(duì)于進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)體系的問題今后還有較大的研究空間。

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