基于模糊綜合評(píng)判的匯源大廈改造及湘江大道恢復(fù)工程監(jiān)測(cè)

賀躍光，鮑建寬，樊明學(xué)，肖　亮

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2.黑龍江工程學(xué)院 測(cè)繪工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050)

1　工程概況

匯源天橋拆除、匯源大廈裙樓拆除、匯源大廈地下室加固工程及湘江大道路面恢復(fù)工程項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市湘江大道和解放路交叉口的商業(yè)區(qū)。該地區(qū)商業(yè)氛圍濃厚、人行密集，是城市的中心地段。匯源大廈主樓為27層，高87.5 m，西側(cè)裙樓9層,于1995年開始建設(shè)，后來(lái)由于交通瓶頸，將湘江大道由43 m改造成54 m，裙樓位于調(diào)整后的路幅范圍內(nèi)。匯源大廈為無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土建筑，通過(guò)改造匯源大廈西側(cè)裙樓的一層為架空層，拓寬了湘江大道：拆除了1根裙房出口處的框架結(jié)構(gòu)圓形柱，設(shè)置車行道和人行道，并在2樓增加承重托梁，對(duì)匯源大廈進(jìn)行托換工程改造[1-2]，同時(shí)修建一座跨度為35 m、橋面凈寬19 m、設(shè)計(jì)人群荷載為3.5 kN/m2的跨湘江大道人行過(guò)街天橋及觀景平臺(tái)，形成湘江大道拐小彎局面(見圖1)。

圖1　改造前匯源天橋?qū)嶋H交通狀況

從2014年開始，拆除匯源大廈西側(cè)的部分裙樓以及過(guò)街天橋，裙樓西側(cè)拆除的寬度為13.4 m，約為3 000 m2，人行天橋約800 m2，為該路段增加了一條機(jī)動(dòng)車道。匯源天橋拆除包括橋面附屬工程、天橋主梁、裝飾塔及觀景平臺(tái)；匯源大廈裙樓原地下室頂板拆除，新掩筑700 mm厚頂板，局部調(diào)整地下室消防、電力管線等，并恢復(fù)匯源大廈原裙樓位置道路(見圖2)。

圖2　改造竣工后匯源大廈附近實(shí)際交通狀況

2　匯源大廈改造及湘江大道恢復(fù)工程安全模糊綜合評(píng)判

匯源大廈地下室梁柱主要承受人行荷載與匯源大廈裙樓設(shè)備荷載，在裙樓拆除與改造過(guò)程中，整體自重減輕導(dǎo)致地下室墻柱荷載減少，抗浮能力減弱，可能造成匯源大廈上浮破壞。為此，本文依據(jù)模糊綜合評(píng)判原理對(duì)匯源大廈改造及湘江大道恢復(fù)工程安全進(jìn)行模糊綜合評(píng)判[3-6]。

2.1　基本原理

2.2　工程的安全模糊綜合

匯源大廈裙樓和匯源天橋拆除、地下室加固相互制約，對(duì)匯源大廈主樓拆除過(guò)程中及拆除后安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，由匯源大廈沉降、傾斜、水平位移、地下水位變化等監(jiān)測(cè)結(jié)果反映(見圖3)，并據(jù)此對(duì)拆除施工影響下的匯源大廈安全做出評(píng)價(jià)[7-8]。評(píng)價(jià)因素集:

第一層：U={B1，B2，B3，B4}；

第二層：B1={C1，C2}；B2={C3，C4}；B3={C5，C6}；B4={C7，C8}。

圖3　評(píng)估指標(biāo)

表1　綜合評(píng)價(jià)等級(jí)

單因素安全評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示。

表2　單因素安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.3　隸屬函數(shù)

設(shè)表2中各單因素隸屬函數(shù)服從線性分布，公式為

(1)

式中:δ為各單因素最大變形量；δ1，δ2為預(yù)警狀態(tài)和危險(xiǎn)(臨界)狀態(tài)控制指標(biāo)。

安全狀態(tài)隸屬函數(shù)如圖4所示。

圖4　安全狀態(tài)隸屬函數(shù)

預(yù)警狀態(tài)隸屬函數(shù)公式為

(2)

式中:u1為單因素預(yù)警狀態(tài)隸屬度。

預(yù)警狀態(tài)隸屬函數(shù)如圖5所示。

圖5　預(yù)警狀態(tài)隸屬函數(shù)

式(3)為危險(xiǎn)狀態(tài)隸屬函數(shù)

(3)

式中:u2為危險(xiǎn)狀態(tài)隸屬度。

危險(xiǎn)狀態(tài)隸屬函數(shù)如圖6所示。

圖6　危險(xiǎn)狀態(tài)隸屬函數(shù)

2.4　安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重集及評(píng)判模型

第一層因素集為沉降、傾斜、水平位移、地下水位，選用加權(quán)平均綜合模型層次分析法獲得各指標(biāo)權(quán)重[9-11]，在9標(biāo)度表3中仿數(shù)量化，構(gòu)成構(gòu)造判斷矩陣，檢驗(yàn)最大特征值對(duì)應(yīng)相應(yīng)因子權(quán)重向量。

表3　重要性評(píng)判準(zhǔn)則

2.4.1層次分析法

運(yùn)用層次分析法1～9標(biāo)度，對(duì)第一層次的安全影響因素集進(jìn)行比較，構(gòu)造表4所示的判斷矩陣。

表4　判斷矩陣

2.4.2 矩陣特征根

(4)

2.4.3一致性指標(biāo)C.I.

(5)

式中：n為判斷矩陣階數(shù)。

其中平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值如表5所示。

表5　判斷矩陣R.I.

四階矩陣對(duì)應(yīng)R.I.=0.9，則

(6)

第二層因素集為變形值和變形速率，選用加權(quán)平均綜合評(píng)判模型。表6～表8分別為拆除施工開始、施工進(jìn)行和施工完成后3種情況的權(quán)重值。

表6　施工開始判斷矩陣

表7　施工中判斷矩陣

表8　竣工后判斷矩陣

依據(jù)工程施工前、中、后期監(jiān)測(cè)的68期數(shù)據(jù)，對(duì)匯源大廈施工安全等級(jí)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。施工開始時(shí)、進(jìn)行時(shí)和完成后的評(píng)價(jià)結(jié)果如表9所示。

表明該項(xiàng)目的工程施工與設(shè)計(jì)較合理，工程部分拆除對(duì)建筑本身不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。同時(shí)，由于傾斜變形小，其影響在評(píng)價(jià)過(guò)程中無(wú)法充分體現(xiàn)。因而必須特別重視傾斜觀測(cè)，并增加傾斜觀測(cè)影響權(quán)重，并嚴(yán)格控制傾斜安全指標(biāo)[12-14]。

3　工程監(jiān)測(cè)及信息化施工措施

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性，達(dá)到信息化施工目的，根據(jù)評(píng)判結(jié)果開展工程監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包含沉降、地下室水平位移、地下水位、傾斜監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)按拆除前的初次觀測(cè)、拆除過(guò)程中監(jiān)測(cè)、竣工后特定時(shí)期內(nèi)(經(jīng)過(guò)一個(gè)湘江洪水期)監(jiān)測(cè)進(jìn)行，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況統(tǒng)計(jì)如表10所示。

2013-09-22進(jìn)行初始值觀測(cè)；2013-09-27—2014-11-05為施工準(zhǔn)備期，監(jiān)測(cè)6期；2014-11-16—2015-02-20為施工關(guān)鍵期，從每天監(jiān)測(cè)一次逐步過(guò)渡到每周監(jiān)測(cè)2次，共監(jiān)測(cè)40期；2015-02-23—2015-05-23為日常監(jiān)測(cè)期，共監(jiān)測(cè)5期；2015-06-18—2015-07-13在湘江洪水期共監(jiān)測(cè)5期，2015-07-18—2015-11-16每月一期，共監(jiān)測(cè)6期，從2016-02-19開始，竣工后運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)期，每季度監(jiān)測(cè)1期，共監(jiān)測(cè)68期。

表10　監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

1)監(jiān)測(cè)期間匯源大廈樓頂Q1的最大傾斜為36.9 mm、Q2的最大傾斜為40.35 mm、Q3的最大傾斜為38.22 mm。平均值為38.49 mm，小于0.002 5 H(72.8 mm)。

2)拆除期間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移量逐漸增加，且趨勢(shì)基本一致，大小也大致相同，位移為30 mm左右，無(wú)異常變形點(diǎn)。

3)拆除過(guò)程中，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量(上浮)隨拆除、荷載減少而變大。2015-01-12根據(jù)監(jiān)測(cè)匯源大廈地下室上浮量出現(xiàn)變大趨勢(shì)，一度上浮達(dá)到3.9 mm，經(jīng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)理、業(yè)主共同商討，采取建筑垃圾填壓、地下室頂板材料預(yù)壓至地下室，新掩筑500 mm厚頂板更改為700 mm厚頂板等措施，有效控制了上浮量。

4)施工關(guān)鍵期，水位孔S1、S2、S3的最大水位日變化量依次為0.43 m、0.67 m、0.33 m，均小于預(yù)警值0.5 m，最大累計(jì)升降量小于預(yù)警值1.0 m。監(jiān)測(cè)的地下水位變化與臨近的湘江水位變化明顯相關(guān)。

4　結(jié)　語(yǔ)

運(yùn)用模糊綜合評(píng)判基本原理，采用多級(jí)模糊評(píng)價(jià)模型對(duì)匯源天橋和裙樓拆除工程影響的匯源大廈進(jìn)行安全評(píng)判，指導(dǎo)制訂安全監(jiān)測(cè)方案，并監(jiān)測(cè)結(jié)果。通過(guò)填壓、地下室頂板材料預(yù)壓及新掩筑頂板加厚等措施，有效控制上浮量，保證該工程項(xiàng)目信息化施工措施的實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀躍光,高鵬.匯源大廈托換工程監(jiān)測(cè)[J].測(cè)繪通報(bào),2002(12):32-33.

[2]賀躍光,高鵬.匯源大廈托換工程沉降監(jiān)測(cè)分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2002,28(11):37-39.

[3]陳惠榮,彭認(rèn)燦,李樹軍.數(shù)字海圖產(chǎn)品質(zhì)量的模糊綜合評(píng)價(jià)[J].測(cè)繪工程，2010,19(5)：32-34.

[4]張洪強(qiáng),蓋宇仙,謝藏德.基于模糊綜合評(píng)價(jià)的市區(qū)段鐵路環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2010,12(5)：46-48.

[5]張濤,于雪芹,劉德利.模糊綜合評(píng)判法在土木工程測(cè)量實(shí)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定中的應(yīng)用[J].測(cè)繪工程，2009,18(1)：73-76.

[6]佟玲，張洪強(qiáng)，劉淑娟，等.軌道交通對(duì)城市影響的模糊綜合評(píng)價(jià)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2011,13(4)：79-82.

[7]XIONG B L,LU C J.Dynamic Analysis of the Superstructure-Pile Foundation-Soil Interaction System under Earthquake Based on Fuzzy Theory[J].Applied Mechanics and Materials,2011,48: 461-465.

[8]樊明學(xué).長(zhǎng)沙市湘江大道匯源大廈改造工程變形監(jiān)測(cè)與安全評(píng)價(jià)[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué),2014.

[9]賀躍光，杜年春，等.工程施工監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理[M].北京：人民交通出版社,2013.

[10] 吳江淮.建筑物靜態(tài)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與處理[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2007.

[11] 王凱．成都來(lái)福士廣場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)[D]．成都：成都理工大學(xué)，2012．

[12] 于丹丹,雙晴.地鐵隧道施工鄰近建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].城市軌道交通研究,2013,16(4): 32-37.

[13] 賀躍光,熊莎,吳盛才.基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的某地鐵基坑工程安全風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)[J].工程勘察,2013(9): 47-50.

[14] 陳旭．高速鐵路基坑臨近建筑物的監(jiān)測(cè)及安全評(píng)價(jià)[D]．長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2010．