基于指數(shù)矩陣的深基坑鄰近砌體房屋安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

陳大川，何蓓，胡建平,2，劉翔

(1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；2.中南大學(xué) 后勤保障部，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

?

基于指數(shù)矩陣的深基坑鄰近砌體房屋安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

陳大川1，何蓓1，胡建平1,2，劉翔1

(1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；2.中南大學(xué) 后勤保障部，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

摘要:為客觀評(píng)估深基坑鄰近的砌體結(jié)構(gòu)房屋的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，基于綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)矩陣法建立具有實(shí)操性的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。根據(jù)深基坑施工對(duì)房屋的影響機(jī)理及砌體結(jié)構(gòu)的受損機(jī)理，從深基坑和砌體房屋2個(gè)方面各選取4個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)；利用層次分析法結(jié)合改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度法確定指標(biāo)權(quán)重；提出具有區(qū)分度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和賦值方法，并同時(shí)考慮修正系數(shù)來綜合評(píng)定砌體房屋的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；最后通過工程實(shí)例，該評(píng)價(jià)模型的可操作性和可靠性得到了有效驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：深基坑鄰近；砌體房屋；安全評(píng)估；綜合指數(shù)矩陣法

伴隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，各類深基坑工程不斷興建以滿足建設(shè)的需要。深基坑往往毗鄰已有建筑物，其施工開挖引起的差異沉降、水平位移等必然對(duì)附近產(chǎn)生影響，甚至可能威脅到周圍房屋的結(jié)構(gòu)安全[1-2]。砌體結(jié)構(gòu)房屋作為我國(guó)傳統(tǒng)的房屋形式，分布范圍廣、總量大，既有年限較長(zhǎng)；深基坑在開挖的工程中，因土體的應(yīng)力釋放引起的地表沉降差異及水平位移對(duì)周邊砌體結(jié)構(gòu)房屋的影響較其他結(jié)構(gòu)房屋更顯著[3]。目前，國(guó)內(nèi)外主要采用數(shù)值模擬的方法研究深基坑的沉降預(yù)測(cè)[4]和變形規(guī)律[4-6]。此方法建模復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)，難以被普通工程人員采用，對(duì)深基坑周邊房屋進(jìn)行逐一建模的工程量很大。少量已建立的建筑物系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系也未將建筑物按照結(jié)構(gòu)類型區(qū)分對(duì)待，會(huì)導(dǎo)致指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，受房屋類型的影響，結(jié)果往往有所失準(zhǔn)。作者根據(jù)多年從事受地下工程施工影響結(jié)構(gòu)的安全鑒定的累積經(jīng)驗(yàn)，建立一套適用于深基坑周邊砌體結(jié)構(gòu)房屋的評(píng)價(jià)模型。從深基坑開挖與砌體房屋相互影響的機(jī)理和工程實(shí)踐出發(fā)選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，并采用AHP專家打分法結(jié)合改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度法來確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，并將指標(biāo)的賦值評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化，使模型在實(shí)際中具有操作性；最后運(yùn)用于工程實(shí)例驗(yàn)證了適用性與可靠性。本研究可為深基坑鄰近砌體結(jié)構(gòu)房屋事前的安全風(fēng)險(xiǎn)普查與鑒定提供參考依據(jù)。

1評(píng)估模型

1.1建模依據(jù)

地下工程中有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法可按照評(píng)估過程的實(shí)際操作分為純定性方法、純定量方法和半定量方法。由于在實(shí)際操作中，純定量分析需要借助可靠度理論和數(shù)值分析計(jì)算，并且得到準(zhǔn)確的事故概率頗為困難，故運(yùn)用半定性半定量模型較為易于被廣大工程人員接受和采用。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是較為常用的一種半定量方法。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法通過統(tǒng)計(jì)收集定量或定性指標(biāo)，借助事先確定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以得到相應(yīng)的指標(biāo)值，再借助數(shù)學(xué)計(jì)算方法得到一個(gè)綜合指標(biāo)，由此判斷待評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。以肯特指數(shù)法為代表的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法如今已被運(yùn)用在長(zhǎng)輸管道、地鐵施工、橋梁施工 、水質(zhì)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域[7-10]。

風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法(risk matrix method, RMM)起源于美國(guó)，在我國(guó)的隧道、地下工程、隧道等的規(guī)范中，已被列為一種推廣的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指導(dǎo)方法[11-12]。常見的通過風(fēng)險(xiǎn)概率、風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生帶來的損失來客觀描述風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，具有條理清楚、簡(jiǎn)明易懂、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

將風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法用在安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，可以實(shí)現(xiàn)定性向半定量的轉(zhuǎn)化，使得評(píng)定的結(jié)果區(qū)分度更為明顯；深基坑鄰近砌體房屋的安全性能主要取決于深基坑的施工安全性和房屋抵抗變形的能力，即易損性，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣能將這兩方面綜合考慮。上述方法均在安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中運(yùn)用較廣、可靠性良好，本文考慮運(yùn)用綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)矩陣法建立評(píng)價(jià)模型。

1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估首先要選擇行之有效的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。其選取按照科學(xué)性、獨(dú)立性的原則，還應(yīng)兼具易測(cè)性和區(qū)分度高的特點(diǎn)。從風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的角度入手，結(jié)合深基坑工程施工的實(shí)際特點(diǎn)，從深基坑對(duì)周邊的影響機(jī)理出發(fā)，甄選4個(gè)影響深基坑施工期安全風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，即：基坑設(shè)計(jì)深度F11，水文地質(zhì)情況F12，基坑施工方案F13，施工技術(shù)水平及條件F14；從砌體房屋的受損機(jī)理出發(fā)，選取4個(gè)對(duì)其易損性影響較大的關(guān)鍵因素，即：基礎(chǔ)類型及基礎(chǔ)埋深F21，承重墻體用材F22，構(gòu)造整體性F23，上部結(jié)構(gòu)剛度F24。以上述因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.3評(píng)估模型的建立

本文將風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣法有機(jī)結(jié)合起來的建?？傮w思路如下：先搜集相關(guān)原始數(shù)據(jù)，以得到深基坑施工指數(shù)值F1和砌體房屋易損性指數(shù)值F2，采取下列公式計(jì)算指標(biāo)分值：

(1)

(2)

式中：m和n分別為F1和F2的子評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)目；F1i和F2i為指標(biāo)得分；k1i和k2i為指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

將計(jì)算出的F1和F2得分值對(duì)應(yīng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)得到深基坑施工影響系數(shù)原始定性等級(jí)以及砌體房屋易損性原始定性等級(jí)，再通過砌體房屋所在基坑施工影響分區(qū)S1，砌體結(jié)構(gòu)重要度S2以及房屋的完損情況S3進(jìn)行定性修正，得到修正后的基坑施工影響等級(jí)和砌體房屋易損性等級(jí)，按照風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)矩陣表得到該房屋的最終風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建如圖1所示。

1.4指標(biāo)權(quán)重的確定

1.4.1方法及步驟

為了實(shí)操中風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)賦值的計(jì)算，需要確定客觀的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值。專家打分法能充分利用專家的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累的主觀信息，選用多個(gè)專家的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，一定程度上能避免單個(gè)專家評(píng)判的局限性；灰色關(guān)聯(lián)度是一種系統(tǒng)分析技術(shù)，關(guān)聯(lián)度分析指標(biāo)值之間的關(guān)聯(lián)程度，指標(biāo)值越大可標(biāo)明專家根據(jù)既有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的判斷趨于一致，所以可利用該方法彌補(bǔ)單個(gè)專家主觀看法的偏差。本文AHP專家打分法與改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合，確定評(píng)價(jià)模型中指標(biāo)權(quán)重，具有計(jì)算過程簡(jiǎn)便易行、最終結(jié)果區(qū)分度明顯的優(yōu)點(diǎn)[13]。具體步驟如下：1)邀請(qǐng)m個(gè)相應(yīng)領(lǐng)域的專家，根據(jù)層次分析法的矩陣構(gòu)造標(biāo)度結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建權(quán)重判斷矩陣，得到各個(gè)專家的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重AHP評(píng)判結(jié)果；

圖1　深基坑鄰近砌體房屋安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型Fig. 1 Safety risk assessment model for masonry buildings adjacent to deep foundation pit

2)將m個(gè)專家對(duì)n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的AHP評(píng)判(已通過一致性檢驗(yàn))集合匯總，構(gòu)成評(píng)價(jià)因子專家判斷矩陣，并選擇權(quán)重參考值(一般選取該數(shù)列中最大的數(shù)值作為各個(gè)專家序列的統(tǒng)一參考值)，形成參考數(shù)列F0=(f0(1),f0(2),…,f0(mm))；

3)運(yùn)用下式逐個(gè)求得n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)參考值的距離

(3)

按式(4)～(5)逐個(gè)求n個(gè)指標(biāo)的各自權(quán)重并進(jìn)行歸一化處理得到最終的權(quán)重值：

(4)

(5)

1.4.2權(quán)重計(jì)算

1)分別邀請(qǐng)10位深基坑方面的專家(以下代號(hào)為E1～ E10)和10位砌體結(jié)構(gòu)方面的專家(以下代號(hào)為E11～ E20)采用層次分析法方法對(duì)F1和F2的指標(biāo)進(jìn)行依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的打分判斷。例舉專家E1對(duì)深基坑影響評(píng)價(jià)指標(biāo)的AHP評(píng)判過程如表1所示。所有專家的權(quán)重評(píng)判結(jié)果(均已通過一致性檢驗(yàn))見表2(其中加粗的數(shù)字為判斷矩陣的權(quán)重參考值)。

表1專家E1指標(biāo)權(quán)重AHP評(píng)判矩陣及結(jié)果

Table 1 Assessment matrix and results of indexes’ weights from professor E1

專家E1的AHP判斷矩陣M權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果R1一致性檢驗(yàn)MF11F12F13F14F1111/21/33F12211/26F133218F141/31/61/810.160.300.490.05é?êêêêêù?úúúúúCI=0.0053CR=0.0059<0.1滿足要求

表2　各個(gè)專家AHP打分計(jì)算權(quán)重所得結(jié)果

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)以及步驟2)和3)，采用式(3)～(5)進(jìn)行計(jì)算，得到深基坑施工影響的4個(gè)指標(biāo)權(quán)重W1={w11,w12,w13,w14}T={0.18,0.29,0.39,0.14}T；砌體結(jié)構(gòu)易損性的4個(gè)指標(biāo)權(quán)重W2={w21,w22,w23,w24}T={0.43,0.14,0.22,0.21}T。

2風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定

2.1風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)賦值分級(jí)準(zhǔn)則

為了使等級(jí)劃分更有區(qū)分度，體現(xiàn)在實(shí)際中“兩頭少，中間多”的現(xiàn)象，本文并未采用等分法劃分等級(jí)，而是參照美國(guó)空軍在矩陣中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率的劃分標(biāo)準(zhǔn)，采用百分制，指數(shù)的定量賦值及定性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分的對(duì)應(yīng)結(jié)果見表3。

表3定量分值與定性分級(jí)的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

Table 3 Corresponding standard for quantitative scores and qualitative classifications

等級(jí)Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)定量分值0-1011-4041-6061-9091-100定性分級(jí)結(jié)構(gòu)易損性有利較有利一般不利很不利基坑影響性可忽略較小一般較大很大

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

參考文獻(xiàn)[14-16]已有的因素分級(jí)方法以及筆者多年從事深基坑鄰近房屋安全性評(píng)估的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照各指標(biāo)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的影響程度大小，為評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體實(shí)施制定定性或定量的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，描述如表4所示。

表4　各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表4

指標(biāo)等級(jí)Ⅰ級(jí)(0-10分)Ⅱ級(jí)(11-40分)Ⅲ級(jí)(41-60分)Ⅳ級(jí)(61-90分)Ⅴ級(jí)(91-100分)基坑施工方案F13(0.39)有利于基坑本體及附近土體穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度足夠大,利于嚴(yán)格控制變形較利于基坑內(nèi)部及周圍土體穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度較大,較利于控制變形對(duì)維持基坑內(nèi)部及周圍土體穩(wěn)定效果一般,支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度適中,控制變形效果一般不利于維持基坑內(nèi)部及周圍土體穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度較小,較不利于控制變形可使基坑本身出現(xiàn)失穩(wěn)、土體滲透破壞等事故,支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度不足,變形容易發(fā)展、失控施工技術(shù)水平及條件F14(0.14)技術(shù)力量雄厚,類似工程經(jīng)驗(yàn)豐富,工期安排和環(huán)境對(duì)施工非常有利技術(shù)力量較強(qiáng),類似工程經(jīng)驗(yàn)較豐富,工期和環(huán)境對(duì)施工較有利技術(shù)力量一般,類似工程經(jīng)驗(yàn)一般,工期和環(huán)境一般技術(shù)力量較薄弱,類似工程經(jīng)驗(yàn)較缺乏,工期和環(huán)境對(duì)施工較不利技術(shù)力量薄弱,類似工程經(jīng)驗(yàn)較匱乏,工期和環(huán)境對(duì)施工很不利基礎(chǔ)類型及基礎(chǔ)埋深F21(0.43)鋼筋砼箱型基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)(埋深較大)樁基礎(chǔ);鋼筋砼箱型基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)(埋深較小)鋼筋砼條形基礎(chǔ);有地圈梁或鉸接的磚砌條形基礎(chǔ)普通磚砌條形基礎(chǔ);素混凝土條形基礎(chǔ)灰土、三合土或毛石基礎(chǔ);獨(dú)立基礎(chǔ)承重墻體用材F22(0.14)配筋砌體磚砌實(shí)心墻混凝土空心砌塊墻磚砌空斗墻土胚墻、毛石墻體構(gòu)造整體性F23(0.22)傳力明確,體系合理,平(立)面規(guī)整;整體設(shè)有圈梁、構(gòu)造柱且無裂縫、殘損現(xiàn)象傳力較明確,體系較合理,平(立)面較為規(guī)整;設(shè)有圈梁、構(gòu)造柱且無裂縫、殘損現(xiàn)象傳力較明確,體系較合理,平(立)面較為規(guī)整;部分區(qū)域或樓層設(shè)有圈梁、構(gòu)造柱無殘損現(xiàn)象或整體設(shè)有圈梁、構(gòu)造柱但部分存在裂縫、殘損傳力不明,局部結(jié)構(gòu)較為薄弱,平(立)面布置有明顯漏洞;部分有圈梁、構(gòu)造柱但存在明顯的裂縫、殘損或無圈梁、構(gòu)造柱傳力路徑嚴(yán)重不當(dāng),結(jié)構(gòu)整體存在薄弱環(huán)節(jié),平(立)面布置存在嚴(yán)重缺陷;無圈梁、構(gòu)造柱上部結(jié)構(gòu)剛度F24(0.21)L/h<2.02.0≤L/h<2.52.5≤L/h<3.03.0≤L/h<3.5L/h≥3.5

2.3修正參數(shù)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的思想，為了使評(píng)價(jià)過程盡可能嚴(yán)謹(jǐn)、全面，考慮風(fēng)險(xiǎn)修正指數(shù)修正得到的F1和F2對(duì)應(yīng)等級(jí)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更貼近實(shí)際情況。由于本文采用的百分制賦值的方法，單純采用定量系數(shù)修正對(duì)于不同的等級(jí)修正效果會(huì)因本身的初始賦值有所差異，所以本文考慮半定量的修正方式，即擬用砌體房屋所在基坑施工影響分區(qū)S1的等級(jí)來調(diào)整深基坑施工指數(shù)值F1等級(jí)；采用完損情況 S2及砌體結(jié)構(gòu)重要度 S3來調(diào)整砌體房屋易損性指數(shù)值F2等級(jí)。文獻(xiàn)[17]根據(jù)荷載寬度和距基坑邊緣的距離劃分了基坑邊緣的影響分區(qū)，行業(yè)內(nèi)采用的房屋安全鑒定的規(guī)范給出了房屋完損情況的等級(jí)分類，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范劃分了結(jié)構(gòu)重要度等級(jí)。在筆者參與評(píng)估工作的初期未考慮修正參數(shù)而有損失準(zhǔn)，故后期在評(píng)估實(shí)踐中加入了修正參數(shù)進(jìn)行綜合考量，修正的指導(dǎo)思想是：已損情況嚴(yán)重的、受施工影響大的、結(jié)構(gòu)重要的要提高等級(jí)重點(diǎn)考慮以進(jìn)行重點(diǎn)防范安全事故；反之則應(yīng)降低相應(yīng)等級(jí)，避免資源的不合理配置和浪費(fèi)。綜合分析出修正因素等級(jí)劃分及處理辦法如表5所示。

表5　修正因子及情況處理

2.4風(fēng)險(xiǎn)矩陣法定級(jí)

參照常用的既有建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類[14]，結(jié)合砌體房屋抵抗變形的能力較弱，往往老化較為嚴(yán)重，安全風(fēng)險(xiǎn)較大的特點(diǎn)，將基坑鄰近砌體房屋的安全風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí)，不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施有所不同，見表6。

表6深基坑鄰近砌體房屋安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

Table 6 Safety risk grade classification for masonry buildings adjacent to deep foundation pit

編號(hào)等級(jí)(風(fēng)險(xiǎn)程度)應(yīng)對(duì)措施1可忽略(極低)施工前房屋無需保護(hù)2可接受(較低)施工前采取簡(jiǎn)單保護(hù)即可3合理控制(一般)施工前建筑物需要進(jìn)行一般保護(hù),如有需要應(yīng)對(duì)重點(diǎn)部位在施工中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控4嚴(yán)格控制(較高)房屋施工前需要進(jìn)行重要部位的加固補(bǔ)強(qiáng)保護(hù),并對(duì)該房屋實(shí)時(shí)監(jiān)控5拒絕接受(很高)施工前需要大范圍、大面積加固保護(hù),或者直接拆除重建,并在施工全過程進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控、實(shí)時(shí)跟進(jìn)

參照已有風(fēng)險(xiǎn)管理指南相關(guān)規(guī)范確定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合深基坑旁砌體結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果更為準(zhǔn)確、合理、有效。(如房屋易損性等級(jí)Ⅰ級(jí)，性能良好，但深基坑施工安全狀況差Ⅳ級(jí)的情況參照指南中的應(yīng)該是可接受的，如此會(huì)風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)偏低，很可能控制不力而使房屋受損，故調(diào)增一級(jí)，等級(jí)定為嚴(yán)格控制。)其余等級(jí)的調(diào)整由于本文篇幅不再作詳細(xì)說明。調(diào)整后的等級(jí)評(píng)判矩陣如表7所示。操作中應(yīng)由F1和F2的定性等級(jí)，對(duì)應(yīng)表7確定最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。

表7深基坑鄰近砌體房屋安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判矩陣

Table 7 Safety risk grade evaluation matrix for masonry buildings adjacent to deep foundation pit

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)易損性指數(shù)Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)深基坑影響Ⅰ級(jí)可忽略可忽略可忽略可接受可接受Ⅱ級(jí)可忽略可接受可接受合理控制合理控制Ⅲ級(jí)可接受可接受合理控制合理控制嚴(yán)格控制Ⅳ級(jí)合理控制合理控制嚴(yán)格控制嚴(yán)格控制拒絕接受Ⅴ級(jí)嚴(yán)格控制嚴(yán)格控制嚴(yán)格控制拒絕接受拒絕接受

3實(shí)例與驗(yàn)證

3.1工程概況

某小區(qū)13號(hào)棟房屋(以下簡(jiǎn)稱為“13號(hào)棟”)為6層磚混結(jié)構(gòu)房屋，該房屋緊鄰長(zhǎng)株潭城際鐵路某車站基坑。該房屋于2004 a建成，采用振動(dòng)沉管灌注樁基礎(chǔ)，長(zhǎng)高比為3.6，承重墻體采用MU10燒結(jié)普通黏土磚。該房屋平(立)面規(guī)整，整體設(shè)有一處伸縮縫。體型參數(shù)滿足規(guī)范要求，每層均設(shè)有圈梁、構(gòu)造柱；已存在部分裂縫、殘損。

該基坑的最大開挖深度為27.8 m。地層自上而下分別為雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土、細(xì)圓礫土，泥質(zhì)粉砂巖；地質(zhì)情況一般。地下水：孔隙潛水地下水量較大，富水，地下水位較低；基巖裂隙水水量較小。該車站主體為兩柱三跨雙層框架結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m的鉆孔灌注樁及鋼支撐支護(hù)體系，樁長(zhǎng)26.83～30.43 m，開挖基坑采取“分層開挖、隨挖隨撐，撐錨與挖土配合”的指導(dǎo)原則，所選取的施工方案較合理、利于基坑內(nèi)部及周圍土體的穩(wěn)定。施工方類似工程經(jīng)驗(yàn)較豐富，施工技術(shù)成熟，近年來無重大安全事故出現(xiàn)，但在此工程未配備專門的風(fēng)險(xiǎn)管理小組。

房屋離基坑邊緣的最近距離為14.4 m，按影響分區(qū)的分類為強(qiáng)影響區(qū)[17]。房屋無明顯裂縫，依照《房屋完損等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》鑒定為基本完好。房屋的用途為一般住宅，參照《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，重要性等級(jí)為普通。13號(hào)棟與深基坑的位置關(guān)系見圖2。

圖2　13號(hào)棟與深基坑位置關(guān)系圖Fig. 2 Position relation between 13# building and deep foundation pit

3.2風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判別

依據(jù)本文提出的模型對(duì)該砌體房屋進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)合調(diào)查實(shí)況按照表5～6的指標(biāo)賦值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)以及式(1)～(2)，得到綜合指數(shù)結(jié)果及等級(jí)如表8所示。

表8　評(píng)價(jià)13號(hào)棟安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3.3評(píng)估結(jié)果分析

該房屋的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“嚴(yán)格控制”，需要在施工前進(jìn)行加固修繕。但施工方并未對(duì)此引起足夠的重視，沒有提前對(duì)該房屋進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。在施工的過程中，受爆破施工等的影響，13號(hào)棟于2013-03-09的最大沉降量達(dá)到了-48.98 mm，最小沉降量為+6.3 mm，不均勻沉降總量達(dá)到了55.28 mm，最大傾斜值為向南偏98 mm(傾斜度為6.10‰)。房屋墻體發(fā)生了多處裂縫且在該基坑施工期間繼續(xù)有所發(fā)展，引發(fā)了住戶的恐慌和糾紛。最終該房屋采用多種加固方法才控制了不均勻沉降，未繼續(xù)發(fā)展。若能及早重視，按照評(píng)判的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行事前處理，能有效地避免不必要的損失。

3.4其他驗(yàn)證

將本評(píng)估模型運(yùn)用到長(zhǎng)沙和衡陽(yáng)等6個(gè)緊鄰建筑物的深基坑旁的砌體房屋的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判，評(píng)估共計(jì)36棟砌體結(jié)構(gòu)房屋，其中35棟事前評(píng)判的結(jié)果與施工工程中監(jiān)測(cè)、施工后跟進(jìn)反饋得到的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一致。另有1棟房屋由于在調(diào)查2年前已自行加固修繕但在評(píng)估調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)，造成了評(píng)估等級(jí)偏高一個(gè)等級(jí)，出現(xiàn)了評(píng)估失誤。35棟房屋中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)極低、較低、一般、較高、很高的房屋數(shù)目分別為3，10，10，9和4；評(píng)定準(zhǔn)確的房屋中的32棟均按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的處理意見在施工的過程中未出現(xiàn)任何安全問題。另有3棟等級(jí)評(píng)定為一般的房屋，責(zé)任方由于不重視在施工前進(jìn)行任何處理，導(dǎo)致房屋在施工中出現(xiàn)了少量的差異沉降裂縫并伴隨著施工有所發(fā)展，而后采取了緊急補(bǔ)救才得以控制。以上說明該評(píng)判模型具有良好的操作性能與貼合實(shí)際情況的評(píng)價(jià)結(jié)果。

4結(jié)論

1)以深基坑施工對(duì)房屋的影響機(jī)理以及砌體房屋本身的受損機(jī)理為基礎(chǔ)，基于風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)理論和風(fēng)險(xiǎn)矩陣?yán)碚撎岢隽松罨余徑鲶w結(jié)構(gòu)房屋安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)模型；

2)根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分別從深基坑施工影響和砌體房屋易損性各選取4個(gè)獨(dú)立可操作的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并使用AHP-改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度的方法，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，克服了傳統(tǒng)專家打分法專家數(shù)過少、偶然性過強(qiáng)的弱點(diǎn)；

3)提出具有實(shí)操性和區(qū)分度的評(píng)分細(xì)則和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并且在工程實(shí)例中得到有效驗(yàn)證，表明模型評(píng)價(jià)效果較好，能為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)意見。但指標(biāo)的權(quán)重、各種定性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則還需要在日后的工作中繼續(xù)細(xì)化和量化；專屬于其他結(jié)構(gòu)類型的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型也有待建立。

[1] 鄭剛，李志偉．基坑開挖對(duì)鄰近任意角度建筑物影響的有限元分析[J]．巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34(4)：615-624.

ZHENG Gang, LI Zhiwei. Comparative analysis of responses of buildings adjacent to excavations with different deformation modes of retaining walls[J]. Chinese Jounal of Geotechnical Engineering, 2012, 34(4): 615-624.

[2] 邊亦海，黃宏偉．深基坑開挖引起的建筑物破壞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]．巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28(增1)：1892-1896.

BIAN Yihai, HUANG Hongwei. Risk assessment of building damage induced by deep excavation[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006, 28(Suppl 1): 1892-1896.

[3] 尹曉．基坑開挖對(duì)鄰近砌體結(jié)構(gòu)房屋的影響分析和保護(hù)研究[D]．上海：同濟(jì)大學(xué)，2006：2-4.

YIN Xiao. Study of the influence analysis of foundation excavation on nearby masonry structure’s buildings and the protection [D]. Shanghai: Tongji University, 2006: 2-4.

[4] 王洪濤，傅鶴林，劉運(yùn)思，等．土石組合超深基坑開挖下樁錨支護(hù)對(duì)鄰近建筑物影響分析[J]．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，9(6)：30-35.

WANG Hongtao, FU Helin, LIU Yunsi, et al. Analysis of the pile anchor bracing affect adjacent building under super deep excavation with earth-rock combination[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2012, 9(6): 30-35.

[5] Son M，Coording E J．Estimation of building damage due to excavation-induced ground movements[J]．Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2005, 131(2): 162-177.

[6] 陳林靖，余其鳳，戴自航．福州某軟土地區(qū)深基坑開挖對(duì)周圍建筑物影響的三維有限元分析[J]．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，12(1)：79-85.

CHEN Linjing, YU Qifeng, DAI Zihang. 3D finite element analysis of the influence of excavation in soft soil areas in Fuzhou on the surrounding buildings[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2015, 12(1): 79-85.

[7] 許謹(jǐn)，邵必林，吳瓊．肯特法在長(zhǎng)輸管道安全評(píng)價(jià)中的改進(jìn)研究[J]．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，24(1)：109-112.

XU Jin, SHAO Bilin, WU Qiong. Improvement of kent method for evaluation of long-distance pipeline risk[J]. China Safety Science Journal, 2014, 24(1): 109-112.

[8] 趙蕾，盧浩，王明洋，等．改進(jìn)肯特指數(shù)法在地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(12)：97-102.

ZHAO Lei, LU Hao, WANG Mingyang, et al. Application study of w kent index method on risk assessment in subway engineering construction[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2012, 34(12): 97-102.

[9] 陸新鑫，徐秀麗，李雪紅，等．基于肯特指數(shù)法的橋梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，23(6)：165-171.

LU Xinxin, XU Xiuli, LI Xuehong, et al. Assessment of bridge construction safety risk based on kent index method[J]. China Safety Science Journal, 2013, 23(6): 165-171.

[10] 王世斌．隧道施工對(duì)鄰近橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法評(píng)估[D]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009：29-62.

WANG Shibin. Safety risk assessment of adjacent bridges affected by tunnel construction[D]. Changsha: Central South University, 2009: 29-62.

[11] 阮欣，尹志逸，陳艾榮．風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法研究與工程應(yīng)用綜述[J]．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，41(3)：381-385.

RUAN Xin, YIN Zhiyi, CHEN Airong. A review on risk matrix method and its engineering application[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 2013, 41(3): 381-385.

[12] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范[S]．2011.

Ministry of Housing and Urban-rural Development of the People’s Republic of China. Code for risk management of underground work in urban rail transit [S]. 2011.

[13] 崔杰，黨耀國(guó)，劉思峰．基于灰色關(guān)聯(lián)度求解指標(biāo)權(quán)重的改進(jìn)方法[J]．中國(guó)管理科學(xué)，2008，16(5)：141-145.

CUI Jie, DANG Yaoguo, LIU Sifeng. An improved method to decide indexes’ weights based on the gray relation degree[J]. Chinese Journal of Management Science, 2008, 16(5): 141-145.

[14] 吳賢國(guó)，陳曉陽(yáng)，丁烈云，等．地鐵隧道施工鄰近建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)[J]．施工技術(shù)，2011，40(338)：78-80.

WU Xianguo, CHEN Xiaoyang, DING Lieyun, et al. Safety risk rank evaluation of adjacent buildings during metro tunneling construction[J]. Construction Technology, 2011, 40(338): 78-80.

[15] 華正陽(yáng)．深基坑開挖對(duì)近距離建筑的安全影響研究[D]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2014：85-89.

HUA Zhengyang. A study on the influence of deep foundation pit excavation upon adjacent building safety[D]. Changsha: Central South University, 2014: 85-89.

[16] 吳榮良．基坑開挖對(duì)周邊建筑物安全性影響及評(píng)定方法研究[D]．重慶：重慶大學(xué)，2012：50-58.

WU Rongliang. Study of the safety aseessment method of influence of foundation excavation on nearly buildings[D]. Chongqing: Chongqing University, 2012: 50-58.

[17] 李俊松．基于影響分區(qū)的大型基坑近接建筑物施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究[D]．成都：西南交通大學(xué)，2012：74-109.

LIS Junsong. Study on security risk management of constructing large foundation pit adjacent to building based on influence partition theory[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2012: 74-109.

Safety risk grade assessment of masonry buildings adjacent todeep excavation based on integrated risk index matrix methodCHEN Dachuan1, HE Bei1, HU Jianping1,2, LIU Xiang1

(1. College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China;2. Logistic Support Department, Central South University, Changsha 410083， China)

Abstract:In order to assess the safety risk grades of masonry structure buildings adjacent to deep excavation objectively, a practical model was proposed based on integrated risk index matrix method. Firstly, according to the effect mechanism of buildings affected by deep excavation construction and the damage mechanism of masonry structure buildings, 4 evaluating indexes from deep excavation and another 4 indexes from masonry structure were selected separately. Then AHP and the improved grey relation degree method were used to decide the selected indexes’ weights. A distinguishing evaluation standard and a chosen scoring method were then put forward and correction factors were considered to determine the safety risk grades for more accurate results. Finally, the operability and reliability of this model were verified by actual engineering examples.

Key words:adjacent to deep excavation; masonry buildings; safety assessment; integrated index matrix method

中圖分類號(hào)：X947

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-7029(2016)04-0767-08

通訊作者：陳大川(1967-)，男，四川營(yíng)山人，教授，博士，從事建筑結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及結(jié)構(gòu)加固改造理論的研究工作；E-mail：405088634@qq.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50778067)

收稿日期：2015-09-16