基于模糊综合评判的汇源大厦改造及湘江大道恢复工程监测

贺跃光，鲍建宽，樊明学，肖　亮

(1.长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410114；2.黑龙江工程学院 测绘工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)

1　工程概况

汇源天桥拆除、汇源大厦裙楼拆除、汇源大厦地下室加固工程及湘江大道路面恢复工程项目位于长沙市湘江大道和解放路交叉口的商业区。该地区商业氛围浓厚、人行密集，是城市的中心地段。汇源大厦主楼为27层，高87.5 m，西侧裙楼9层,于1995年开始建设，后来由于交通瓶颈，将湘江大道由43 m改造成54 m，裙楼位于调整后的路幅范围内。汇源大厦为无粘结预应力混凝土建筑，通过改造汇源大厦西侧裙楼的一层为架空层，拓宽了湘江大道：拆除了1根裙房出口处的框架结构圆形柱，设置车行道和人行道，并在2楼增加承重托梁，对汇源大厦进行托换工程改造[1-2]，同时修建一座跨度为35 m、桥面净宽19 m、设计人群荷载为3.5 kN/m2的跨湘江大道人行过街天桥及观景平台，形成湘江大道拐小弯局面(见图1)。

图1　改造前汇源天桥实际交通状况

从2014年开始，拆除汇源大厦西侧的部分裙楼以及过街天桥，裙楼西侧拆除的宽度为13.4 m，约为3 000 m2，人行天桥约800 m2，为该路段增加了一条机动车道。汇源天桥拆除包括桥面附属工程、天桥主梁、装饰塔及观景平台；汇源大厦裙楼原地下室顶板拆除，新掩筑700 mm厚顶板，局部调整地下室消防、电力管线等，并恢复汇源大厦原裙楼位置道路(见图2)。

图2　改造竣工后汇源大厦附近实际交通状况

2　汇源大厦改造及湘江大道恢复工程安全模糊综合评判

汇源大厦地下室梁柱主要承受人行荷载与汇源大厦裙楼设备荷载，在裙楼拆除与改造过程中，整体自重减轻导致地下室墙柱荷载减少，抗浮能力减弱，可能造成汇源大厦上浮破坏。为此，本文依据模糊综合评判原理对汇源大厦改造及湘江大道恢复工程安全进行模糊综合评判[3-6]。

2.1　基本原理

2.2　工程的安全模糊综合

汇源大厦裙楼和汇源天桥拆除、地下室加固相互制约，对汇源大厦主楼拆除过程中及拆除后安全状态进行评估，由汇源大厦沉降、倾斜、水平位移、地下水位变化等监测结果反映(见图3)，并据此对拆除施工影响下的汇源大厦安全做出评价[7-8]。评价因素集:

第一层：U={B1，B2，B3，B4}；

第二层：B1={C1，C2}；B2={C3，C4}；B3={C5，C6}；B4={C7，C8}。

图3　评估指标

表1　综合评价等级

单因素安全评价指标如表2所示。

表2　单因素安全评价指标

2.3　隶属函数

设表2中各单因素隶属函数服从线性分布，公式为

(1)

式中:δ为各单因素最大变形量；δ1，δ2为预警状态和危险(临界)状态控制指标。

安全状态隶属函数如图4所示。

图4　安全状态隶属函数

预警状态隶属函数公式为

(2)

式中:u1为单因素预警状态隶属度。

预警状态隶属函数如图5所示。

图5　预警状态隶属函数

式(3)为危险状态隶属函数

(3)

式中:u2为危险状态隶属度。

危险状态隶属函数如图6所示。

图6　危险状态隶属函数

2.4　安全评价指标权重集及评判模型

第一层因素集为沉降、倾斜、水平位移、地下水位，选用加权平均综合模型层次分析法获得各指标权重[9-11]，在9标度表3中仿数量化，构成构造判断矩阵，检验最大特征值对应相应因子权重向量。

表3　重要性评判准则

2.4.1层次分析法

运用层次分析法1～9标度，对第一层次的安全影响因素集进行比较，构造表4所示的判断矩阵。

表4　判断矩阵

2.4.2 矩阵特征根

(4)

2.4.3一致性指标C.I.

(5)

式中：n为判断矩阵阶数。

其中平均随机一致性指标值如表5所示。

表5　判断矩阵R.I.

四阶矩阵对应R.I.=0.9，则

(6)

第二层因素集为变形值和变形速率，选用加权平均综合评判模型。表6～表8分别为拆除施工开始、施工进行和施工完成后3种情况的权重值。

表6　施工开始判断矩阵

表7　施工中判断矩阵

表8　竣工后判断矩阵

依据工程施工前、中、后期监测的68期数据，对汇源大厦施工安全等级进行模糊综合评判。施工开始时、进行时和完成后的评价结果如表9所示。

表明该项目的工程施工与设计较合理，工程部分拆除对建筑本身不会产生明显影响。同时，由于倾斜变形小，其影响在评价过程中无法充分体现。因而必须特别重视倾斜观测，并增加倾斜观测影响权重，并严格控制倾斜安全指标[12-14]。

3　工程监测及信息化施工措施

为验证设计的可靠性，达到信息化施工目的，根据评判结果开展工程监测。监测内容包含沉降、地下室水平位移、地下水位、倾斜监测及现场巡视检查。现场监测按拆除前的初次观测、拆除过程中监测、竣工后特定时期内(经过一个湘江洪水期)监测进行，监测点布设情况统计如表10所示。

2013-09-22进行初始值观测；2013-09-27—2014-11-05为施工准备期，监测6期；2014-11-16—2015-02-20为施工关键期，从每天监测一次逐步过渡到每周监测2次，共监测40期；2015-02-23—2015-05-23为日常监测期，共监测5期；2015-06-18—2015-07-13在湘江洪水期共监测5期，2015-07-18—2015-11-16每月一期，共监测6期，从2016-02-19开始，竣工后运营监测期，每季度监测1期，共监测68期。

表10　监测测点布设

1)监测期间汇源大厦楼顶Q1的最大倾斜为36.9 mm、Q2的最大倾斜为40.35 mm、Q3的最大倾斜为38.22 mm。平均值为38.49 mm，小于0.002 5 H(72.8 mm)。

2)拆除期间各监测点水平位移量逐渐增加，且趋势基本一致，大小也大致相同，位移为30 mm左右，无异常变形点。

3)拆除过程中，各监测点沉降量(上浮)随拆除、荷载减少而变大。2015-01-12根据监测汇源大厦地下室上浮量出现变大趋势，一度上浮达到3.9 mm，经监测、监理、业主共同商讨，采取建筑垃圾填压、地下室顶板材料预压至地下室，新掩筑500 mm厚顶板更改为700 mm厚顶板等措施，有效控制了上浮量。

4)施工关键期，水位孔S1、S2、S3的最大水位日变化量依次为0.43 m、0.67 m、0.33 m，均小于预警值0.5 m，最大累计升降量小于预警值1.0 m。监测的地下水位变化与临近的湘江水位变化明显相关。

4　结　语

运用模糊综合评判基本原理，采用多级模糊评价模型对汇源天桥和裙楼拆除工程影响的汇源大厦进行安全评判，指导制订安全监测方案，并监测结果。通过填压、地下室顶板材料预压及新掩筑顶板加厚等措施，有效控制上浮量，保证该工程项目信息化施工措施的实施。

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