沿海盐碱化地区软土地基处理安全分层风险评估体系研究

罗 柱

（东莞市源胜建设工程质量检测有限公司 广东东莞523710）

0 引言

安全问题始终是工程建设过程中的难题，影响安全生产的问题因素复杂，需要科学的安全理论与体系去降低安全生产的风险。早在1919年，英国M.Greenwood［1］就提出了安全理论体系。

我国的安全管理活动是在20 世纪70 年代末、80 年代初，为适应改革开放形势下企业管理工作的需要而开展起来的。随着改革开放进程逐步的加快，沿海地区的工程建设安全问题也逐渐凸显出来。沿海盐碱化地区软土地基大多都是淤泥和淤泥质土，其中夹杂着粉砂交错层，造成了软土地基分层不均匀，组成成分复杂的特性［2］，地基的承载力和稳定性很差，软土地基处理过程中的安全风险监测体系研究就尤为重要。

针对软土地基处理的安全风险监测问题，Xu 等人［3］提出了软土路基健康状况评价系统，实时监控软土路基服役状态的安全风险，进行风险评估。徐敬业等人［4］用模糊综合评价法分析了运营期路基危险性及养护维修期路基服役状态风险程度，并验证了评估方法的可行性。陈荟竹等人［5］提出的生态风险评价体系，得到软路基服役状态风险评估关系，可以对软路基服役状态进行更加准确的评估。沿海盐碱化地区软土地基含盐成份过高，地基基础环境极不稳定。在地基处理的过程中，这些土质不确定因素会造成安全评价的难度加大。

围绕沿海盐碱化地区软土地基处理安全风险评估体系，基于物联网大面积软基处理监测、数据采集系统的构建，对特殊地基环境进行分片分区、分层分级监控，结合某一个设备、分片分区以及整个项目的安全评分，去实时监控地基处理施工过程中的安全隐患，在这个三级评分的过程中，安全分层风险评估系统能很好地监控地基处理项目过程中的风险。

1 安全分层评估体系

1.1 单个监测设备的安全评分

对于单个传感器或单组传感器的监测项与监测标准进行比较或分析，计算评分，确定其反映的工程安全性。例如，对某个沉降传感器的测量数据，计算仪器埋设处的地基沉降量和沉降速率，进行计算评分，以客观判断该位置的沉降情况是否正常；又如一个测斜孔中从上到下布置有一组若干个传感器，可综合计算位移速率并进行安全评分，以判断其位移情况是否正常。

1.1.1 地表沉降传感器评分

传统的地表沉降监测主要有全站仪［6］检测方法、水准仪［7］检测方法、GPS 站点［8］检测方法等。李勇发等人［9］基于PS-InSAR 雷达干涉测量技术对地表沉降进行了监测，实现了地表沉降的实时监测。基于以上研究，为了较好的实现超软弱地基处理沉降监测自动化，选取管道压力传感式方案［10］。地表沉降传感器计算评分如下：读取当天沉降量和前一天沉降量→计算日平均沉降速率→根据平均沉降速率所在区间确定评分公式→计算完成。

计算日沉降速率变化值如式⑴所示。

当Sdi＜0时，仪器故障。

式中：Sz为默认初始沉降速率30 mm/d（可根据实际情况在系统中修改）；Mij为第j个传感器第i天的地表沉降传感器单项评分。

1.1.2 孔隙水压力传感器评分

孔隙水压力的监测方法主要采用振弦式水压力计，孔隙水压力的检测就相当于地下水位的监测，沿海盐碱化地区软土地基的地下水位变化较大。在施工过程中，振弦式水压力计可以很好的监控沿海盐碱化地区软土地基孔隙水压力的变化，同时还能测量埋设点的温度，能长期埋设在水工建筑物的地基内。孔隙水压力传感器评分如下：读取初始压力值→计算超静孔压比→根据超静孔压比所在区间确定评分公式→计算完成。

计算超静孔压比如式⑹所示。

式中：R为超静孔压比，∑△U即第i天与最开始的总压力差；∑△P即第i天与最开始的堆载荷载差：Ui是第i天的压力值；U0是初始压力值；Pi是第i天的堆载值；下同。

然后根据以下评分区间计算：

式中：Ri为第i天的超静孔压比；Rep为初始超静孔压比；Mik为第k个传感器第i天的孔隙水压力传感器单项评分。

1.1.3 深层水平位移监测传感器评分

深层水平位移监测（测斜）的目的，主要是为了监测软基加固期围堤不同深处的侧向变形情况，为加载过程和加载速率控制提供指导，也为安全预警提供监测数据。深层水平位移的观测采用固定式测斜仪［11］进行监测。深层水平位移监测传感器评分如下：读取累计相对位移S→计算水平位移速率→根据水平位移速率所在区间确定评分公式→计算完成。

首先计算当天水平位移速率，即前一天的累计相对位移减去今天的累计相对位移，然后根据以下评分区间计算：

式中：Sh即为预警标准值，默认设置Sh=5 mm/d；Si为第i天的水平位移速率；Mil为第l个传感器第i天的深层水平位移监测传感器单项评分。

1.2 监测类型的评分

监测类型评分如图1 所示，监测设备类型的评分主要给项目管理人员一个辅助的数据，判断整个项目运行是否正常，系统会给出两个数据：监测类型设备评分中的最小值，监测类型设备评分的平均分。

图1 监测类型评分示意图Fig.1 Schematic Diagram of Monitoring Type Scoring

1.3 分区的安全评分

分区总体的评分示意图如图2 所示，各个设备类型取最小评分值，如某一个分区参与评分计算的传感器个数分别是：沉降监测传感器为j，孔压传感器为k，深层水平位移监测传感器为l（j、k和l均为不小于0的整数）。

分区中所有参与评分的沉降监测传感器评分最小值A：

所有参与评分的孔压传感器评分最小值B：

所有参与评分的深层水平位移监测传感器评分最小值C：

1.3.1 判断深层水平位移传感器是否存在

⑴分区周边未布置深层水平位移监测（或分区周边的测斜传感器全部损坏，不参与评分），令

式中M为分区的安全评分，下同。

⑵分区周边布置有深层水平位移监测时，令

图2 分区总体评分示意图Fig.2 Schematic Diagram of Overall Grade of Each District

式中：Mij是地表沉降安全评分平均值；Mik是孔隙水压力安全评分平均值；Mil是深层水平位移安全评分平均值。

2 监测预警技术

2.1 预警分类

在沿海盐碱化地区软土地基施工的过程中，单个设备的监测数据不能直观的表达整个工程的安全风险系数，通过安全风险分层分级评估体系去实时监控整个工程项目地基的安全风险是非常有效的。安全风险分层评估体系把施工现场的基础施工安全风险划分为4个等级。

⑴四级：安全风险评估得分≥85 分，施工现场安全监控状态处于正常状态，单个设备的监测数据值都处于正常范围，沿海盐碱化地区软基处理施工正常，地基安全风险低。

⑵三级：安全风险评估得分为60～84 分，施工现场安全监控状态处于基本正常状态，某个设备、或者某一些设备的监测点数据数值偏大，但是这些监测点附近的其他设备监测均处于正常范围内，这种通常可能是现场局部的施工干扰造成的，安全风险分层评估体系对此类异常判定是微小风险，地基安全风险较低。

⑶二级：安全风险评估得分为50～59 分，施工现场安全监控状态处于有风险状态，某个设备、或者某一些设备的监测点数据数值较大，数值接近甚至可能达到了预警值，这些监测点附近的其他设备监测得监测数据数值也接近了甚至达到了预警值，反映该地基区域安全风险较大。

⑷一级：安全风险评估得分在50分以下，施工现场安全监控状态处于高度风险状态；某个设备、或者某一些设备的监测点数据数值很大，数值超过了预警值，这些监测点附近的其他设备监测得监测数据数值也超过了预警值，反映该地基区域安全风险很大。

2.2 计算流程

风险预警生成流程如图3 所示，安全分层风险评估系统中采用自动定时更新预警信息的方法。每一次自动更新过程中，系统会获取上一次预警日期后设备的评分，根据这个评分与前一次预警的评分所在预警等级是否相同，相同则直接更新上一条预警信息，不同则创建新的预警信息，然后继续遍历下一个数据，直到整个预警完成。

图3 预警生成流程Fig.3 Flow Chart of Early Warning Generation

3 结论

⑴安全分层风险评估体系稳定有效，系统全面的监测了风险。由单个设备的监测数据预警，到分片分区监测数据预警，再到整体工程监测数据预警，把整个工程项目的风险分级分层次，由细部到整体的规则，同时由低层次的评分按特定逻辑计算获得高层次的评分，高层次评分反映的风险情况就是整个工程项目基础施工的安全风险。

⑵建立了大面积软基处理自动化监测安全分层风险预警系统理论。基于地基处理过程中的地基安全风险等级划分为4 等级，其中一级表示安全风险很大；二级表示安全风险较大，存在安全风险；三级表示安全风险较低；四级表示安全风险低。