深基坑工程对周围环境影响的安全评价

2011-06-05 10:37戴佳立张建新杜文奇刘乃棣

河北工程大学学报(自然科学版) 2011年3期

戴佳立,张建新,杜文奇,刘乃棣

（1.天津城市建设学院天津市软土特性与工程环境重点实验室,天津 300384;

2.天津市安居建设发展总公司,天津 300050）

近年来,随着我国城市建设的发展,地下空间得到了开发和利用,深基坑工程变得十分普遍。深基坑工程大多位于繁华的市中心,周围建筑物密集,管线复杂,紧邻道路红线,它的施工对周围环境的影响越来越受到人们的关注[1]。监测技术在深基坑的施工过程中已经是一项必不可少的环节,它在对工程的质量控制,进度控制等环节中起到了良好的社会效应和经济效应。以往深基坑工程对周围环境影响的研究主要集中在监测数据与数值模拟分析上,而运用模糊综合评价法对监测数据进行分析研究较少。本文以深基坑开挖监测资料为依据,运用模糊综合评价法,确定安全风险因素的权重,划分安全风险水平等级,建立隶属度函数,对风险因素进行模糊综合评判。

1 工程概况

天津某办公楼基坑工程,长约80 m,宽约65 m,位于繁华的市中心,场地西侧与6层办公楼相邻,西南角和东南角与居民楼相邻,建筑物年代较久远,为历史风貌建筑,需要保护,南侧靠近河道,北侧紧邻城市主干道,东侧为一幢7层小楼,周围环境十分复杂,对变形要求较高。

基坑深度9.6 m,侧壁安全等级一级,围护结构采用φ800 mm钢筋混凝土钻孔灌注桩,截水帷幕采用φ850 mm三轴水泥搅拌桩,采用一道钢筋混凝土支撑。

天津为典型的海陆相交互软土地层,场地范围内的工程地质条件极其复杂,地层变化起伏大,土质软弱,钻孔揭露范围内见7层土,地下水位埋深1.30-1.70 m。具体土层情况如表1所示。

深基坑开挖将会对周围环境产生较大影响,开挖施工时进行了周围环境的监测,主要有:路面沉降L1-L8;建筑物沉降1-34;河岸地面沉降H1-H4。详见图1

该基坑在2010年12月6日的开挖过程中发现坑深4-5 m粉土层有漏水和涌土的现象,12月6日和12月7日的测斜数值分析发现,曲线曲率变化异常,最大日变形量达到27.1 mm,远远超出了警戒值,见图2。最后判断为止水帷幕施工质量问题所致,施工单位马上进行土方回填,并于12月7日采用双液注浆的方法进行堵漏。由于基坑周围有需要保护的风貌建筑,为更直观的反应本次事故对周围环境的影响程度,故本文基于周围环境的沉降监测数据进行模糊综合评判,以评价深基坑开挖对周围环境影响的安全性。

表1 土的物理力学指标Tab.1 Physical and mechanical properties of soils

2 模糊综合评价法

模糊综合评价法是运用模糊数学的工具,把一些边界不清的问题定量化,对受多因素影响的事物和现象作出总的综合评价的方法[2-3]。

单因素评价并形成隶属度矩阵:首先确定评价级别集V={v1,…,vm},然后通过隶属度函数确定评价对象在各单项指标上的得分 ri=（ri1,…,rim）（i=1,…,n）,最后以ri为行形成评价矩阵R=（rij）n×m。

综合评价:计算模糊合成B=A·R,合成采用（+,.）,即相当于普通矩阵乘法,对于合成结果进行归一化,按最大隶属度确定评价对象所属的等级。B=max（b1,b2,…,bN）

3 对周围环境影响的安全评价

3.1 安全评价指标体系

根据监测项目确定各单因素的评价指标体系见表2。

按影响因素的重要性,先进行打分,确定影响因素的权重,经归一化处理并作一致性检验,得到一级指标的评价权重集A=（0.09 0.55 0.36）和二级指标的评价权重集Ai=（0.25 0.75）。

表2 评价指标体系Tab.2 Evaluation index system

3.2 建立评价级别集

在相关研究基础上[4-7],根据工程的实际状况,将基坑的安全等级划分为:安全、关注、预警、警戒、危险五个等级,V={v1,v2,v3,v4,v5}见表3。

3.3 警戒值（阀值）的建立

警戒值（阀值）是在监测报警值的基础上考虑国家规范,地方规范和该工程设计要求[8-11],通过专家经验判断建立的。综上所述,表4列出了各因素安全评价指标。

监测数据发现12月7日和12月8日建筑物沉降较稳定,最大变形速率为0.5 mm/d,12月9日沉降速率加大。这说明建筑物沉降对于基坑周围深层土体的变形有滞后效应。而路面的沉降一直都很稳定,说明本次事故的影响范围不是很大。现以2011年12月9日的监测数据资料做为评价依据,对基坑周围环境的安全性进行模糊综合评价,各项评价指标见表5。