基于模糊綜合分析法的橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁基的安全風險評價

陳麗萍， 夏玲， 陳衛(wèi)平

(湖南華罡規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司， 湖南 長沙 410076)

城市高架橋充分利用城市空間，與城市隧道形成地下、地上、交叉穿行的空間格局，成為諸多城市建設(shè)首選的交錯交通結(jié)構(gòu)。一些城市高架橋的樁基已與城市地鐵隧道同時施工完畢，而橋梁承臺上部結(jié)構(gòu)在橋樁施工完成較長時間后才進行，其施工會對既有樁基安全造成威脅。史增朝等采用危險指數(shù)安全評價法建立風險評估模型，評價了橋梁拆除施工對周邊橋梁的影響。關(guān)莎莎建立道路下穿某橋梁上部結(jié)構(gòu)的有限元模型，分析了基坑開挖對橋梁結(jié)構(gòu)變形的影響。國內(nèi)對后施工影響周邊建筑物安全的風險研究起步較晚，未形成科學、合理的管理體系和風險評價體系，造成這類工程不能順利開展，同時基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以收集，很難提供對相關(guān)建筑物受周邊建筑物施工影響的判別依據(jù)。該文采用模糊綜合分析法，基于橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工與既有樁基的位置關(guān)系進行樁基安全風險識別和評價。

1 模糊綜合分析法簡介

采用單因素模糊評價法進行橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對既有橋樁基的安全風險評價。計算過程如下：

(1)建立指標集。建立因素指標集U={U1,U2,U3,…，Un}，確定評價對象。

(2) 計算指標權(quán)重。采用層次分析法確定指標權(quán)重。

(3) 建立評語集V。用V={V1,V2,V3,…，Vn}表示各種可能的評判結(jié)果，它是模糊綜合評價向量的一個集合，用于構(gòu)建等級隸屬度函數(shù)。

(4) 建立隸屬度R。依據(jù)指標集、評語集，邀請專家對評價對象進行打分，建立各評價對象的模糊關(guān)系矩陣R=(rij)n×m。

(5) 計算模糊綜合評判集B。公式如下：

B=AR=(a1,a2,a3,…,an)·

(1)

2 安全風險評價體系

2.1 篩選安全風險指標

采用文獻調(diào)研法，結(jié)合相關(guān)項目的風險評估報告，從技術(shù)層面、組織管理、自然環(huán)境3個方面篩選橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對鄰近橋樁的安全風險指標(見表1)。

表1 橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁的安全風險

2.2 安全風險二次構(gòu)建

橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對鄰近橋樁的安全風險包括3個部分共16項?？紤]到承臺上部結(jié)構(gòu)施工對既有樁基的位置關(guān)系等，部分風險因素發(fā)生概率極低，或從因素間的相互關(guān)系角度來看可對一些風險進行合并或刪減。為此，運用德爾菲法進行風險因素篩選。

2.2.1 構(gòu)建初始問卷

按表1中安全風險指標制作初始調(diào)查問卷，考慮到識別的風險因素可能存在不足，在問卷中增加補充意見欄，以獲得科學、系統(tǒng)的安全風險指標。同時將項目背景及相關(guān)信息作為調(diào)查問卷的附件，并對風險內(nèi)容進行簡單描述。

調(diào)研專家選擇與調(diào)研內(nèi)容相關(guān)的研究工作者，包括8名高校老師、4名政府質(zhì)量監(jiān)督管理人員、6名參與交叉施工管理的建設(shè)單位人員、12名高級工程師。共發(fā)放30份問卷，回收問卷30份，回收率100%。

2.2.2 風險因素檢驗

根據(jù)風險因素的重要程度、專家對風險因素的熟悉程度、風險因素的判斷依據(jù)進行風險因素評價。風險重要程度劃分為很重要、重要、較重要、一般重要、不太重要、不重要，分別對應(yīng)10、8、6、4、2、0分。風險因素的專家熟悉程度劃分為很熟悉、熟悉、較熟悉、一般熟悉、不太熟悉、不熟悉，系數(shù)分別為1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.0。風險因素的判斷依據(jù)劃分為經(jīng)驗類、理論類、了解程度類、直觀類，系數(shù)分別為1.00、0.75、0.50、0.25。

依次進行風險因素重要程度、專家熟悉程度及判斷依據(jù)判斷，確定評價的權(quán)威程度和專家意見的一致性，結(jié)果見表2。由表2可知：2輪檢驗的權(quán)威程度值均大于0.8，根據(jù)文獻[6]，問卷調(diào)查的一致性為可接受水平，問卷調(diào)研數(shù)據(jù)可靠。

表2 專家權(quán)威程度檢驗結(jié)果

結(jié)合肯德爾和諧系數(shù)W進一步確定調(diào)研專家意見的一致性，計算公式如下：

(2)

式中：Ri為第i個被評安全風險因素數(shù)量之和；N為被評定的安全風險數(shù)量；K為問卷調(diào)研專家人數(shù)。

W值為[0，1]，其值越大，安全風險確認的一致性程度越高，W=1時安全風險因素評價結(jié)果為完全一致，W=0時安全風險因素評價結(jié)果為完全不一致。

采用SPSS軟件進行處理，得第1輪、第2輪的W值分別為0.878、0.872，2輪W值較接近，表明調(diào)研專家意見較一致。

2.2.3 問卷初次調(diào)研

對收集的初始問卷調(diào)研結(jié)果進行統(tǒng)計，結(jié)果見表3。

表3 橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁安全風險因素的初步調(diào)查結(jié)果

續(xù)表3

由表3可知：根據(jù)專家意見，16項風險中的5項可縮減，包括4項可與其他風險合并的風險、1項可忽略的風險。另外，部分專家認為鑿除樁頭深度過大可能引起樁基不穩(wěn)定，應(yīng)增加“鑿除樁頭深度”。

2.2.4 問卷再次調(diào)研

按初始問卷調(diào)研結(jié)果制作二次調(diào)查問卷再次進行調(diào)研，收集專家意見，刪除專家認可比例低的風險因素，最終確定的風險因素見表4。

表4 最終風險因素識別結(jié)果

3 案例分析

3.1 工程概況

長沙市先鋒路匝道橋西起高升路，東至洞和路，與長株潭城際鐵路相鄰。圖1為先鋒路匝道橋平面圖。

圖1 先鋒路南、北匝道橋平面圖

該匝道橋沿線基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖，為極軟巖，水理性質(zhì)差，且存在不均勻風化。橋的樁基和城際鐵路隧道均已完成建設(shè)，即將進行橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工。橋承臺上部結(jié)構(gòu)體積大，施工要求高，尤其是在施工前需破除部分樁頭，破除時開挖深度最大處超過4 m?？紤]到破除樁頭及承臺上部結(jié)構(gòu)施工可能對已有樁基及周邊隧道造成影響，施工前應(yīng)對周邊隧道及橋梁樁基的安全性進行分析，識別、評價相關(guān)風險。

3.2 橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁的安全風險評價

3.2.1 確定安全風險指標權(quán)重

采用層次分析法確定一級指標、二級指標的權(quán)重，一級指標權(quán)重乘以二級指標權(quán)重即為綜合權(quán)重(見表5)。

表5 安全風險指標的權(quán)重

由表5可知：1) 一級指標中，技術(shù)層面安全風險的權(quán)重最大，其次是組織管理安全風險、自然環(huán)境安全風險。2) 二級指標中，橋梁承臺與底下樁基的位置關(guān)系安全風險的綜合權(quán)重最大，其次是施工信息反饋與處理風險，樁基沉降與位移、施工自然環(huán)境應(yīng)對、鑿除樁頭深度等安全風險的權(quán)重也較大。這些風險因素對項目風險的影響最大，是需重點關(guān)注的風險因素。

3.2.2 計算隸屬度矩陣

風險隸屬度矩陣由專家對各風險指標的等級判斷統(tǒng)計獲得，風險隸屬度打分分為高、較高、中等、較低、低5個等級。收集專家的打分情況，形成風險因素的影響等級隸屬度矩陣：

同理，構(gòu)建風險因素的概率矩陣，考慮篇幅，不再列出。

3.2.3 計算風險指標等級

根據(jù)GB/T 23694—2013《風險管理 術(shù)語》、GB/T 27921—2011《風險管理 風險評估技術(shù)》等規(guī)范對風險等級的劃分原則確定安全風險發(fā)生概率及等級分值范圍(見表6)。

表6 橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁安全風險的概率及影響等級

對風險發(fā)生概率及風險影響程度進行權(quán)重相乘，得到加權(quán)值(見表7)。

表7 風險等級計算結(jié)果

由表7可知：無風險等級為5級的風險因素，說明橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁的安全影響并未達到最嚴重狀態(tài)；達到4級的安全風險因素較多，共6項，分別為支護結(jié)構(gòu)、施工方案、樁基沉降或位移、橋梁承臺與底下樁基的位置關(guān)系、樁基安全防護體系、信息反饋與處理，這些是橋承臺施工中需重點考慮的安全風險因素；達到3級的風險因素有2項，風險等級為2級的安全風險因素有4項，沒有1級等級的安全風險因素。舍棄對安全風險影響較小的風險因素，安全風險指標選擇符合項目施工的監(jiān)測需求。

3.2.4 風險模糊綜合評價

設(shè)評價向量為Bi(i=1,2,3)，則有：

B1=w1R1=(0.22,0.12,0.40,0.15,0.11)

B2=w2R2=(0.13,0.15,0.32,0.23,0.18)

B3=w3R3=(0.14,0.14,0.22,0.30,0.20)

3.造成的危害?！暗皖^族”“低頭”會瀏覽到各種文化垃圾，頭腦很容易被娛樂信息和垃圾信息充斥，造成思維僵化、情感木然，探究能力消失，消解了主流文化和精英文化的影響力，高雅文化很少顧及，最后成為了低俗平庸的精神生活主體，而不是追求理想與超越的創(chuàng)造主體；在道德建設(shè)方面，“低頭族”接受的信息大多是滿足青年人表面的低俗的感官歡愉，久而久之，降低了他們欣賞水平和分辨能力，造成價值混亂，享樂主義、功利主義泛濫，造成個人道德無責任化傾向，社會道德冷漠化傾向；在理想信方面，信仰缺失，信念弱化，追求的不過是物質(zhì)的滿足和低層次的虛無縹緲的快樂。這些嚴重損害了他們構(gòu)建和諧精神生活的能力，導(dǎo)致精神生活失衡、失序。

將以上計算向量合并形成總的隸屬度評價矩陣：

設(shè)綜合權(quán)重為w，評語集Bi的綜合權(quán)重為：

w=(0.6,0.3,0.1)

橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁的安全風險綜合評價向量A為：

A=wR=(0.120,0.174,0.450,0.140,0.125)

評語集V=(高，較高，中等，較低，低)，評價向量A中的最大值為0.45，對應(yīng)評語集中的中等，橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁的安全風險為中等水平。

4 結(jié)論

(1) 橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁的安全風險主要包括技術(shù)層面、組織管理、自然環(huán)境三方面，共有12項子風險。

(2) 一級指標風險中，技術(shù)層面安全風險的權(quán)重最大，其次是組織管理安全風險、自然環(huán)境安全風險。二級指標中，橋梁承臺與底下樁基的位置關(guān)系安全風險的權(quán)重最大，其次是施工信息反饋與處理風險，樁基沉降與位移風險、施工自然環(huán)境應(yīng)對、鑿除樁頭深度等安全風險的權(quán)重也較大，這些風險因素對項目風險程度的影響最大，是需重點關(guān)注的風險因素。

(3) 12項安全風險中，風險發(fā)生概率較大的有橋梁承臺與底下樁基的位置關(guān)系、信息反饋與處理；風險影響等級較高的有支護結(jié)構(gòu)、施工方案、樁基沉降或位移、橋梁承臺與底下樁基的位置關(guān)系、樁基安全防護體系、信息反饋與處理，這些是施工中需重點關(guān)注的安全風險因素；其余安全風險因素發(fā)生概率及影響等級均不高。

(4) 橋承臺上部結(jié)構(gòu)施工對橋樁的安全風險處于中等水平。