崔起飛

(福州工商學(xué)院 福建福州 350715)

0 引言

基坑的施工技術(shù)復(fù)雜、專業(yè)化程度高、施工難度大、施工環(huán)境惡劣且控制難度大，其施工的安全性日益受到廣泛關(guān)注?；庸こ淌┕ぐ踩L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括事故發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)損失分析，常用的施工安全評(píng)價(jià)方法，主要包括定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、定量與定性相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。針對(duì)施工安全評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者提出了各種不同的解決途徑，例如，謝秀棟[1]運(yùn)用層次分析法對(duì)深基坑工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，并采用定量與定性的方式，對(duì)地基基礎(chǔ)施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；王鳴曉[2]通過(guò)二級(jí)模糊綜合評(píng)判法，對(duì)地基地質(zhì)、施工和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，并提出了風(fēng)險(xiǎn)控制建議?？赏乩碚撌且环N新興學(xué)科，最早由我國(guó)學(xué)者蔡文提出，此方法通過(guò)研究事物的可拓性和開(kāi)拓規(guī)律及方法，以此對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中難以量化的事物、規(guī)律進(jìn)行研究，從而指導(dǎo)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在工程建設(shè)領(lǐng)域，可拓評(píng)價(jià)是可拓理論主要應(yīng)用之一，該評(píng)價(jià)方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程中。

雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)可拓理論進(jìn)行了深入的研究和發(fā)展，但常見(jiàn)的評(píng)價(jià)方法不能較好解決風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)不同屬性的問(wèn)題，且部分指標(biāo)權(quán)重缺乏一定的客觀性，評(píng)價(jià)結(jié)果與指標(biāo)相關(guān)性較低，無(wú)法準(zhǔn)確判斷重點(diǎn)控制指標(biāo)，對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制的指導(dǎo)性有限。為此，本文基于變權(quán)理論和可拓理論進(jìn)行研究，并結(jié)合具體案例進(jìn)行基坑施工安全評(píng)價(jià)，以期提高安全評(píng)價(jià)可靠性。

1 基于變權(quán)理論的可拓模型

在標(biāo)準(zhǔn)物元可拓模型中主要通過(guò)利用物元思想建立評(píng)價(jià)模型，以此求出事物與各區(qū)間加權(quán)后的關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)關(guān)聯(lián)度，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和判斷[3]。但物元可拓理論在地鐵基坑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)踐中存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在：①如待測(cè)物元單項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值超出節(jié)域，則無(wú)法得到關(guān)聯(lián)函數(shù)值；②當(dāng)采用最大隸屬原則關(guān)聯(lián)度方法評(píng)定指標(biāo)等級(jí)時(shí)，在部分情況下可能出現(xiàn)低效或無(wú)線的情況。變權(quán)理論是一種根據(jù)不同值時(shí)權(quán)重值變化，并以此反應(yīng)指標(biāo)權(quán)重本質(zhì)屬性的理論[4]。該理論在指標(biāo)權(quán)重方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①在指標(biāo)權(quán)重確定中充分考慮客觀指標(biāo)值；②改善在復(fù)雜指標(biāo)情況下產(chǎn)生的“狀態(tài)失衡”問(wèn)題。

基于可拓理論存在的問(wèn)題，通過(guò)借助變權(quán)理論從兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：①針對(duì)部分指標(biāo)數(shù)值超出節(jié)域的情況，通過(guò)對(duì)經(jīng)典域、節(jié)域和待評(píng)物的歸一化處理，改善可拓理論指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度問(wèn)題；②以貼近度進(jìn)行綜合評(píng)判，改善最大隸屬度失效的問(wèn)題，提高模型評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、可靠性。

2 地鐵基坑工程施工安全評(píng)價(jià)案例分析

2.1 工程案例

以某地鐵工程換乘站地基工程為例，本工程基坑開(kāi)挖深度為21.5 m，支撐軸力設(shè)計(jì)值為7000 kN，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)，樁間采用旋噴止水方案，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平受力采用內(nèi)支撐和預(yù)應(yīng)力錨索方案，內(nèi)支撐為鋼筋混凝土，錨索則以抗拉力設(shè)計(jì)值為1320 kN的鋼絲繩制作。

2.2 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

通過(guò)對(duì)地鐵基坑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分解，構(gòu)建地鐵基坑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。即將鉆孔灌注樁施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為樁頂垂直位移、樁頂水平位移、樁體變形、支撐軸力、地表沉降、地下水位，除支撐軸力安全評(píng)價(jià)指標(biāo)為軸力值外，其它各項(xiàng)指標(biāo)均劃分為累計(jì)值和變化速率(表1)，從而構(gòu)建鉆孔灌注樁安全評(píng)價(jià)體系。

根據(jù)改進(jìn)可拓理論模型，將地鐵基坑工程評(píng)價(jià)體系監(jiān)測(cè)指標(biāo)劃分為三個(gè)施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[5]：安全(不需要采取措施)、中等(應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)注意，采取預(yù)防和控制措施)、危險(xiǎn)(必須采取相應(yīng)措施)。依據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[6]，制定相應(yīng)的指標(biāo)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 經(jīng)典域和節(jié)域計(jì)算

結(jié)合該工程實(shí)際情況和施工安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立域物元、節(jié)域物元和待評(píng)物元評(píng)價(jià)矩陣。為解決可拓物元理論中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)超出節(jié)域范圍無(wú)法計(jì)算的問(wèn)題，對(duì)經(jīng)典域R(Nj,Ci,Vij)′和待測(cè)物元Rp′進(jìn)行規(guī)格化處理，如式(1)、式(2)所示。

(1)

(2)

式中：Nj為標(biāo)準(zhǔn)物元?jiǎng)澐值脑u(píng)價(jià)等級(jí)；

ci為相應(yīng)評(píng)價(jià)等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；

Vij則表示為該評(píng)價(jià)等級(jí)，Nj評(píng)價(jià)指標(biāo)，ci的取值范圍,Vij=[aij,bij]。

將表1數(shù)據(jù)代入式(1)、式(2)中，得到經(jīng)典域、節(jié)域如式(3)、式(4)所示：

(3)

(4)

2.4 待測(cè)物元模型的建立

基于變權(quán)理論改進(jìn)型物元評(píng)價(jià)模型權(quán)重的確定，需要確定常權(quán)權(quán)重向量，借助AHP層次分析法確定指標(biāo)常權(quán)，以此計(jì)算局部變權(quán)向量，如式(5)、式(6)所示。

(5)

根據(jù)上述計(jì)算所得的常權(quán)向量和局部變權(quán)向量，以此計(jì)算綜合權(quán)重向量如公式(6)所示。

(6)

式中：m為指標(biāo)個(gè)數(shù)；

本工程地鐵基坑開(kāi)挖深度為21.5 m，支撐軸力設(shè)計(jì)值為7000 kN，經(jīng)專家評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，得到各指標(biāo)權(quán)重值，如表2所示。

表2 指標(biāo)權(quán)重值

2.5 變權(quán)向量的確定

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和檢測(cè)值，借助層次分析法，確定常權(quán)權(quán)重。指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要包括累計(jì)值和變化速率。由于累計(jì)值主要體現(xiàn)指標(biāo)累計(jì)變形情況，而變形速率則體現(xiàn)指標(biāo)變化情況，因此，在施工安全評(píng)價(jià)中，將累計(jì)變形值權(quán)重設(shè)為0.4，最大變形速率權(quán)重按0.6計(jì)，根據(jù)變權(quán)理論和施工經(jīng)驗(yàn)確定變權(quán)向量，則變權(quán)向量水平為：否定水平(a)為0.3，及格水平(b)為0.6，激勵(lì)水平(c)為0.85，調(diào)整水平(d)為0.25，激勵(lì)調(diào)節(jié)水平(e)為0.8，計(jì)算變權(quán)向量sk(x)=(0.277,0.341,0.771,0.25,1.045,0.961,1.012，0.251,0.491，，0.274,0.25)，計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)監(jiān)測(cè)值如表3所示。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)監(jiān)測(cè)值

2.6 監(jiān)測(cè)指標(biāo)貼近度計(jì)算

根據(jù)改進(jìn)型可拓理論模型，計(jì)算指標(biāo)對(duì)應(yīng)等級(jí)貼近度和等級(jí)距離，如表4～表5所示。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)距離

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)

2.7 敏感性分析

為有效區(qū)分評(píng)價(jià)指標(biāo)中對(duì)地鐵基坑施工安全評(píng)價(jià)結(jié)果敏感性，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值和總管和評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值變化波動(dòng)情況，以此計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)整體安全評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的影響。為實(shí)現(xiàn)敏感性量化，采用評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差分析方法，以此分析安全評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)變化的敏感性，從而實(shí)現(xiàn)各指標(biāo)優(yōu)先級(jí)排序，為施工安全控制提供指導(dǎo)。

如前文所述，鉆孔灌注樁基坑基礎(chǔ)中，施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)包括11項(xiàng)，根據(jù)權(quán)重和特征值標(biāo)變化標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算指標(biāo)敏感性，如表6所示。

表6 權(quán)重和特征值標(biāo)變化標(biāo)準(zhǔn)差及影響等級(jí)

根據(jù)表6數(shù)據(jù)顯示，從安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重變化來(lái)看，樁頂垂直位移變化速率(C2)、樁頂水平位移變化速率(C4)、樁體變形累計(jì)值(C5)和樁體變形速率(C6)標(biāo)準(zhǔn)差值較大，表明各項(xiàng)指標(biāo)變化較為顯著，應(yīng)引起重點(diǎn)關(guān)注。

從安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重影響等級(jí)來(lái)看，樁體變形速率(C6)權(quán)重影響最高，其影響等級(jí)顯著高于其它指標(biāo)，其次為樁頂水平位移變化速率(C4)、樁體變形累計(jì)值(C5)，與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相符。

從安全評(píng)價(jià)指標(biāo)特征值研究來(lái)看，樁體變形速率(C6)變化幅度和影響等級(jí)最高，與權(quán)重結(jié)果一致，充分說(shuō)明樁體變形在鉆孔灌注樁施工影響顯著。

此外，根據(jù)基于變權(quán)理論的可拓模型，當(dāng)?shù)罔F基坑施工安全評(píng)標(biāo)實(shí)際值發(fā)生變化時(shí)，其安全評(píng)價(jià)權(quán)重和評(píng)價(jià)特征值也相應(yīng)發(fā)生變化。即在不同地質(zhì)條件下，安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的安全評(píng)價(jià)權(quán)重和特征值會(huì)存在一定的變化，對(duì)地鐵基坑工程施工安全影響程度不一。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合具體工程項(xiàng)目特點(diǎn)和各項(xiàng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值，合理計(jì)算該項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)等級(jí)，并對(duì)影響顯著的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，以此降低工程項(xiàng)目施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)基于對(duì)可拓評(píng)價(jià)理論的弊端進(jìn)行分析，借助變權(quán)理論對(duì)可拓評(píng)價(jià)理論模型進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)對(duì)基坑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分解，構(gòu)建地基基礎(chǔ)施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將基坑工程評(píng)價(jià)體系監(jiān)測(cè)指標(biāo)劃分為安全、中等、危險(xiǎn)3個(gè)施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。通過(guò)充分考慮指標(biāo)實(shí)際值變化和特征值范圍，建立的改進(jìn)型可拓評(píng)價(jià)模型。

(2)以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，構(gòu)建了鉆孔灌注樁施工安全評(píng)價(jià)體系。通過(guò)工程項(xiàng)目案例對(duì)改進(jìn)型可拓理論模型進(jìn)行應(yīng)用研究，得出樁體變形在鉆孔灌注樁施工影響顯著，與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相符，實(shí)現(xiàn)了地鐵基坑施工安全評(píng)價(jià)體系敏感性指標(biāo)的量化和排序，為工程風(fēng)險(xiǎn)控制提供了有效的指導(dǎo)。