基坑工程地下空间开发工程适宜性评价

秦迎宾 刘汉强 孙怀军

(天津市勘察院，天津 300191)

基坑工程地下空间开发工程适宜性评价

秦迎宾 刘汉强 孙怀军

(天津市勘察院，天津 300191)

地下空间开发利用涉及工程地质条件、水文地质条件、岩土体条件、地面及地域位置条件和不良地质条件，采用层次分析法，在宏观上分析了影响地下空间开发适宜性的各个层次指标因素的重要性程度的区别，计算出各个指标因素在评价过程中的权重，以此对地下空间开发利用适宜性进行综合评价。

基坑工程，地下空间，适宜性，层次分析

0 引言

从20世纪90年代开始，中华人民共和国建设部颁发《城市地下空间开发利用管理规定》，指导城市地下空间的开发工作。经过几年时间的实施和实际经验的积累，2001年，建设部对该规定进行了修改和完善，颁布了《建设部关于修改〈城市地下空间开发利用管理规定〉的决定》，提出了在进行地下空间开发时要综合考虑不同地区的地域特征和地质条件，对城市地下空间开发利用的指导更加具有实际意义。

1992年，清华大学的祝文君教授指导完成了国内第一个对城市宏观层次的地下空间资源调查——“北京旧城区浅层地下空间资源调查与利用研究”，本次研究建立了地下空间的初步模型和资源调查的基本概念体系，首次提出了城市地下空间资源分层调查的方法，建立了以层次分析法为基础的评估指标体系和结构模型。对于石家庄地区，2005年，河北省水文工程地质勘察院进行了石家庄市工程地质环境综合评价，建立了石家庄市工程地质环境质量评价体系和BP神经网络模型，为石家庄的城市总体规划和土地利用规划提供了决策依据和支持。

1 层次分析模型的建立

根据评价体系分析，按不同性质把各影响因素分类并建立层次关系。对某一层次的元素来说，它既受上一层次的元素支配，又对下一层次的某些元素起到支配作用，全部因素组成层层联系的递阶结构[1](见表1)。

表1 层次分析评估体系

各个层次的含义如下:

目标层:为解决问题的目标，层次分析需满足总目标要求。

准则层:通过采取某种措施来使预定总目标所涉及中间环节得以实现。

指标层:为要解决问题，所需选取的各类措施等。

2 评价指标权重计算及一致性的检验

2.1 评价指标权重的计算

AHP层次分析法的基本原理就是建立评价模型后，根据评价结构的层次，将目标层、准则层和指标层每个层次的影响因素两两比较，根据重要性等级的比较构造判断矩阵。判断矩阵表示在复杂系统研究中，针对层次结构中的某元素而言，引入合理度量标准，判断该层次中各有关元素相对重要性程度。最后，求出判断矩阵最大特征根λmax及它所对应的特征向量，判断矩阵最大特征根对应的特征向量，就是每个因素在整个多因素综合层次评价结构中的权重。

本节根据评价指标对目标的重要程度建立评判矩阵：

A=(aij)n×n(i，j=1，2，3，…，n)。

其中，aij就是两个指标相比，对于目标层的重要性比例标度。

根据调查的地质数据资料，利用中国科学评价研究中心张建华教授的Yaahp0.4.1软件计算判断矩阵的最大特征根对应的特征向量，也就是各因素的权重大小，计算出各个影响因素在地下空间开发利用适宜性评价过程中的权重。

2.2 一致性检验

判断矩阵是经过咨询相关专家，两两比较影响因素的重要性等级建立的，较客观地反映出两个影响因素影响力的差别，能减少其他因素的干扰，但是综合全部比较结果时，受到人为主观因素影响较大，不同专家所作判断矩阵一致性是不能确定的。在构造判断矩阵时，不允许判断偏离一致性过大[2]。因此，应该查看关于判断性矩阵是否具有令人满意的一致性。

若随机一致性比率CR满足下式:

则称其具有满意一致性。在公式中RI表示平均随机一致性指标，CI表示一致性指标，CI=(λmax-n)/(n-1)，由表2查出。

当n=1，2，3，…，9时，T.L.Satty教授给出RI值。

表2 平均随机一致性指标RI查询表

根据中间层与指标层的权重比例，计算随机的一致性比例为CR，当CR<0.10时，则认为判断矩阵的一致性是可以被接受的，不满足CR<0.10的条件时，则需调整本层次的各判断矩阵，也就是调整各个影响因素重要性比较等级，直至层次总排序的一致性检验满足平均随机一致性比例CR<0.10为止[3](见表3)。

表3 层次总排序权重计算表

3 12 m基坑工程支护形式

中层0 m～12 m基坑开挖，根据石家庄的工程地质条件特征，一般采用土钉墙支护的形式。土钉墙是由原位土体、土钉群、防水系统及喷射混凝土面层等组成。土钉则是在土中钻孔后，植入带肋钢筋、变形钢筋等后注浆而成。土钉主要依靠其与土体的摩擦力或粘聚力同周围土体紧密连接成一个稳定的整体，形成一个近似重力式挡土墙的整体结构，抵抗墙后土压力，保证开挖面稳定、安全。土钉主要对土体起到加固和约束的作用，除此之外，土钉亦可以采用钢管、角钢等直接击入的方法植入土中。

土钉墙属于土体加筋技术，与加筋挡土墙相似，但又有所区别。土钉墙是在原状土中加筋，加筋挡土墙则是填土时加筋。土钉墙受力最大的土钉位于中部，底部土钉受力最小。土钉墙是一种复合结构，土钉的作用是弥补土体强度不足，提高原状土体整体的抗拉、抗剪强度。通过与原状土体的相互作用，对边坡的变形、破坏形态进行了改变，显著提高了边坡的稳定性，并改善了其承受超载的能力，同时因为土体变形小，对邻近建筑物的影响亦较小。

4 12 m基坑工程适宜性分区

0 m～12 m基坑工程适宜性计算成果见图1，适宜性评价分区见图2。

5 结语

0 m～12 m基坑工程地下空间开发工程适宜性评价:

1)基坑工程适宜区分布范围。

分布于市区大部、东部新区中部以及正定新区大部；分区特征：无软土、湿陷性土分布，围岩整体稳固，土体粘聚力高，基坑支护一般采用土钉墙支护形式。

2)基坑工程比较适宜区分布范围。

分布于东部产业区东南部以及老城区东北角；分区特征：工程地质条件较简单，地下水位埋藏较深，基坑开挖支护措施费用较高。

3)基坑工程适宜度较差分布范围。

分布于东部产业区西北部、老城区西北及西南角成点、块状分布；分区特征：工程地质条件和地下水条件较复杂，有少量软土分布，软土厚度一般小于3 m。

4)基坑工程适宜度差分布范围。

分布于西三环大郭村、康庄一带和正定县城西部；分区特征：工程地质条件和地下水条件很复杂，围岩整体稳固性差，基坑开挖施工困难，需要特殊的支护措施。

在这个灰色综合评估模型的基础上，对石家庄地下空间开发利用适宜性等级进行了划分。石家庄市地下空间开发利用适宜性综合评价结果为：适宜占55%，比较适宜占20%，适宜性较差占15%，适宜性差10%。总体上，石家庄大部分地区地下空间开发适宜性较好，比较适宜进行地下空间的开发和利用。

[1] 孔令曦.城市地下空间可持续发展评价模型及对策的研究[D].上海：同济大学，2006.

[2] 马 仕.上海城市发展对地下空间资源开发利用的需求预测研究[D].上海：同济大学,2007.

[3] 唐福祥.东莞市地下空间开发需求预测及岩土技术初探[D].广州：广东工业大学，2007.

[4] 童林旭.为21世纪的城市发展准备足够的地下空间资源[J].地下空间，2000，20(1):1-5.

On suitability evaluation of underground space development projects of foundation pit projects

Qin Yingbin Liu Hanqiang Sun Huaijun

(TianjinSurveyInstitute,Tianjin300191,China)

The paper indicates the underground space development involves the engineering geological conditions, hydrological conditions, rock and earth conditions, ground and regional location and unfavorable conditions, adopts the hierarchical analysis method, analyzes the differentiation of the importance of various indexes affecting the adoptability of the underground space suitability, and calculates the weight evaluation in the evaluation process of various factors, so as to undertake the comprehensive evaluation of the underground space development suitability.

foundation pit project, underground space, suitability, hierarchical analysis

2015-04-14

秦迎宾(1982- )，男，工程师； 刘汉强(1987- )，男，助理工程师； 孙怀军(1975- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)19-0061-02

TU463

A