楊博進(jìn)，李銀平,，干　泉，劉　偉，孔慶聰，黃玨皓

(1.中國科學(xué)院a.武漢巖土力學(xué)研究所;b.巖土力學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢　430010；2.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶　400030；3.湖北天利建筑技術(shù)有限責(zé)任公司，武漢　430010)

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泄水減壓法抗浮效果影響因素的正交分析

楊博進(jìn)la,lb，李銀平la,lb,2，干泉3，劉偉2，孔慶聰la,lb，黃玨皓la,lb

(1.中國科學(xué)院a.武漢巖土力學(xué)研究所;b.巖土力學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430010；2.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400030；3.湖北天利建筑技術(shù)有限責(zé)任公司，武漢430010)

針對地下室傳統(tǒng)抗浮工法的不足之處，探討了地下室泄水減壓抗浮法的基本原理及相應(yīng)的構(gòu)造措施，結(jié)合數(shù)值模擬對影響地下室抗浮泄水減壓效果的回填土寬度、泄水孔間距，以及施工過程中填土夯實(shí)度、地下室底部底層擾動(dòng)程度等因素進(jìn)行正交試驗(yàn)探討分析，最后結(jié)合殘差分析法及層次分析法對各因素的影響順序、影響權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算。研究結(jié)果表明：相對傳統(tǒng)方式，泄水減壓法變被動(dòng)抗浮為主動(dòng)抗浮，抗浮效果顯著，且施工簡便、成本低廉；各因素影響順序： 填土夯實(shí)度>填土寬度>孔間距>地下室底部擾動(dòng)程度，對應(yīng)權(quán)重值分別為0.55，0.27，0.15，0.03。前3個(gè)因素的總和達(dá)到0.97，故在應(yīng)用該技術(shù)的工程實(shí)踐中應(yīng)盡量減小回填土寬度，降低填土透水性，縮減泄水孔間距均能達(dá)到良好抗浮效果，同時(shí)也應(yīng)根據(jù)具體的工程條件對這3個(gè)因素的參數(shù)進(jìn)行合理限制，以達(dá)到最佳降水效果，為泄水減壓抗浮法的設(shè)計(jì)和施工等提供重要參考。

泄水減壓抗浮法；泄水孔；正交試驗(yàn)分析法；寬度；夯實(shí)度；擾動(dòng)程度

1　研究背景

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，國內(nèi)各大中城市紛紛發(fā)展地下空間，而且地下空間正在快速擴(kuò)展[1]。開發(fā)地下空間的同時(shí)伴隨著地下結(jié)構(gòu)抗浮問題的產(chǎn)生，并且建筑抗浮問題已成為影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程經(jīng)濟(jì)的難題。地下室抗浮設(shè)計(jì)尚未完善，主要是設(shè)計(jì)過程中沒有明確的抗浮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)依據(jù)[2]。地下室抗浮問題的抗浮設(shè)計(jì)方法主要表現(xiàn)為“被動(dòng)”和“主動(dòng)”2種方式。目前地下室抗浮設(shè)計(jì)中主要是“被動(dòng)”抗浮設(shè)計(jì)方法，如自重抗浮、抗浮樁、抗浮錨桿等傳統(tǒng)的抗浮技術(shù)，其地下水浮力無法調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)只能被動(dòng)地承受。因此采用“被動(dòng)”抗浮設(shè)計(jì)方法，地下室的抗浮設(shè)防水位的確定和水浮力的計(jì)算成為了主要難題，其直接影響工程的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。但是地下室抗浮設(shè)防水位沒有一定合理的理論依據(jù)設(shè)定，導(dǎo)致地下室“被動(dòng)”抗浮設(shè)計(jì)時(shí)帶有一定盲目性[3]。

“主動(dòng)”抗浮設(shè)計(jì)方法以泄水、降壓作為主要手段，通過降低地下室周圍土層水位，降低地下室水浮力，從而達(dá)到地下室抗浮的目的。本文探討了“主動(dòng)”抗浮中泄水減壓理論，通過在地下室四周設(shè)置排水溝和地下室外墻和底板上布設(shè)一定間距的泄水孔，讓地下水有組織地匯入室內(nèi)排水系統(tǒng)來降低地下水位，從而主動(dòng)降低地下水對地下室的浮力，達(dá)到抗浮目的。工程實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)的抗浮設(shè)計(jì)相比，用泄水孔泄水減壓及水泵抽水費(fèi)用相對節(jié)約，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2　泄水減壓法的抗浮原理

2007年袁奕[4]提出的泄水減壓抗浮方法結(jié)構(gòu)是由泄水系統(tǒng)和集水系統(tǒng)組成，如圖1所示，在地下室底板或者是地下室側(cè)墻上布置泄水孔，并在泄水孔外墻端設(shè)置反濾層，以防堵塞泄水孔，將滲入反濾層的水引流到地下室內(nèi)部排水溝中，達(dá)到降水目的。當(dāng)排水溝中的水積聚一定量時(shí)，開啟排水系統(tǒng)，將積水抽出到集水井內(nèi)用于其他用途，以此方法降低地下水水位，能夠有效釋放地下水對基底的壓力。

根據(jù)圖1所示的泄水減壓結(jié)構(gòu)可知，影響泄水減壓法抗浮的主要因素有：側(cè)墻泄水孔的間距、填土的寬度及填土的夯實(shí)度、底板受到擾動(dòng)土厚度。本文通過數(shù)值模擬對泄水減壓抗浮影響因素進(jìn)行分析，研究各個(gè)因素的變化對泄水減壓效果的影響狀況，便于對地下室泄水減壓抗浮設(shè)計(jì)時(shí)作出合理的參數(shù)選取。

圖1　泄水減壓抗浮結(jié)構(gòu)Fig.1　Details of anti-floating structure bydraining decompression

3　建立數(shù)值模擬計(jì)算模型

本文運(yùn)用數(shù)值模擬的方法研究上述因素與泄水減壓效果之間的關(guān)系，由地下室底部壓力水頭作為判斷泄水減壓效果的主要依據(jù)。

運(yùn)用二維滲流有限元程序SEEP/W對某地下工程項(xiàng)目進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，該項(xiàng)目共有3層地下室。所開挖的地下土層信息見表1。

表1　土層基本參數(shù)Table 1　Basic parameters of soil strata

純地下室采用框架結(jié)構(gòu)，周邊為剪力墻圍護(hù)，柱下為獨(dú)立基礎(chǔ)，持力層為③層殘積黏土層。地下第3層為設(shè)備用房和停車庫，建筑面積約1.2萬m2。本項(xiàng)目建筑±0.000標(biāo)高為高程40.650m，獨(dú)立基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-13.150m，高1 000mm，側(cè)面寬度130m，而泄水孔后的反濾層的尺寸約為400mm×400mm，故僅取其中一個(gè)剖面單元進(jìn)行數(shù)值模擬分析。本文模擬地下室處于最不利的極限情況，例如暴雨、連續(xù)強(qiáng)降雨等，擬采用上層滯水為0.3m的極限積水、填土層均完全飽和情形[5]。

評判泄水減壓效果分析主要是通過地下室底板的總水頭的大小進(jìn)行，底板總水頭的大小直接代表地下室底板水浮力的大小，地下室未泄水減壓時(shí)，底板處的總水頭為12.3m。其中數(shù)值模擬研究泄水孔間距L對泄水減壓的抗浮效果的影響過程中，泄水孔間距的大小為2泄水孔中心的距離，由于SEEP/W只能研究二維有限元問題，取模型的剖面分析，為此取僅有1個(gè)泄水孔的單元進(jìn)行等效模型分析。將泄水孔的有效泄水面積A1等效為1個(gè)泄水橫槽A2，其中A1=A2=Ld，d為橫槽寬，因此d=A1/L。計(jì)算中取剖面的范圍用于計(jì)算，基坑背后填土范圍取為9m，其中上部回填土(縱向厚度取為1.0m)夯實(shí)層滲透系數(shù)取K=8.0×10-7cm/s；其他土層的滲透系數(shù)取值根據(jù)實(shí)測資料取表1中數(shù)值。

為了對模型進(jìn)行有限元計(jì)算分析，需對計(jì)算模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，模型的1個(gè)單元大小設(shè)為20mm×20mm;假定初始水位在地表以上0.3m，且模型底部高程為0;在模型左側(cè)設(shè)置無滲流邊界，得到初始情況下地下室模型左側(cè)總水頭為16.5m;在模型中地下室側(cè)墻上距底板0.6m的泄水孔處，設(shè)置壓力水頭為0。存限元計(jì)算模型如圖2所示。

圖2　有限元計(jì)算模型Fig.2　Finite-element simulation model

4　多因素耦合作用下對泄水減壓效果的研究

泄水減壓過程中地下水水位不僅受泄水孔間距大小控制，而且受地下室周圍填土寬度及夯實(shí)程度的控制。夯實(shí)程度主要通過周圍填土的滲透性體現(xiàn)，另外地下室底部擾動(dòng)層的厚度是施工時(shí)對地下室底部土的擾動(dòng)程度，其主要通過水能在地下室底板流動(dòng)，使周圍地下水連通，從而對地下水水位也有明顯的影響，因此泄水減壓法下的地下水水位受到多因素耦合相互作用。運(yùn)用Geostudio-Seep軟件數(shù)值模擬對泄水減壓法降水進(jìn)行孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、地下室底部擾動(dòng)程度因素影響下的正交數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，分析每個(gè)因素對泄水減壓地下水水位影響的主次關(guān)系；運(yùn)用層次分析法計(jì)算各影響因素對地下水位影響權(quán)重，得到孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、地下室底部擾動(dòng)程度作用下地下水水位的方程，進(jìn)而為地下室泄水減壓降水工程各部分工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

4.1數(shù)值模擬試驗(yàn)方案

泄水減壓法主要是通過泄水孔將地下室外的地下水從泄水孔中匯入地下室，再從地下室內(nèi)部用水泵抽出。此泄水減壓過程中受到地下室工程多方面因素影響，為了準(zhǔn)確分析各因素對地下室泄水減壓的影響規(guī)律，便于為地下室泄水減壓工程提供參數(shù)選取的科學(xué)依據(jù)，選取孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、地下室底部擾動(dòng)程度進(jìn)行正交試驗(yàn)研究。正交試驗(yàn)[6]設(shè)計(jì)采用4因素4水平的試驗(yàn)L16(42)方案，共需進(jìn)行16次試驗(yàn)。其中在布置高出地下室底面0.6m泄水孔時(shí)，泄水孔間距分別為1，2，3，4m，填土寬度分別為0.5，1.0，2.0，4.0m，填土夯實(shí)度(本研究通過滲透率來表征)為1×10-5,2×10-6,4×10-7,8×10-8m/s，底板擾動(dòng)厚度分別為0.2，0.3，0.4，0.5m。正交試驗(yàn)方案如表2所示。

表2　多因素耦合作用下地下室底板水位正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2　Orthogonal experiment design of basement floorlevel under the coupling action of multiple factors

注：A表示泄水孔間距(m)；B表示填土寬度(m)；C表示夯實(shí)度(m/s)；D表示底板擾動(dòng)程度(m)。

運(yùn)用設(shè)計(jì)的有限元模型，開展孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度及地下室底部擾動(dòng)程度多場相耦合數(shù)值模擬試驗(yàn)。通過有規(guī)律地改變各個(gè)影響因素的大小，數(shù)值模擬計(jì)算得出地下室工程底板的水頭。

4.2數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果

在孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度及地下室底部擾動(dòng)程度4個(gè)因素耦合作用下，共建立了16個(gè)有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)，正交試驗(yàn)數(shù)值模擬求解地下室地板水頭的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

4.3試驗(yàn)結(jié)果分析

4.3.1水浮力及建筑物恒載計(jì)算

4.3.1.1地下室水浮力

依據(jù)地勘要求，地下室抗浮水位可按設(shè)計(jì)室外地面整平標(biāo)高確定，地下水水位取-0.15m(±0.000絕對標(biāo)高40.650m)，地下3層底板板面標(biāo)高-13.150m，底板厚500mm，水頭高度(13.15+0.5-0.15)=13.5m，取最大的柱網(wǎng)8.4m×8.1m進(jìn)行驗(yàn)算。

表3　地下室底板水頭正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3　Orthogonal experiment results ofbasement floor level

地下室水浮力的計(jì)算基本原理是根據(jù)阿基米德原理，浮力等于它所排開水體體積之重量，即

F浮=γwHA。

(1)

式中：γw為水的重度；H為建筑物在水中的高度；A為地下室底面積。

該項(xiàng)目工程中地下室的水浮力大小依式(1)可得F浮=13.5×10×8.4×8.1=9 185.40(kN)。

4.3.1.2地下室結(jié)構(gòu)恒載

恒載包括地下室頂板覆土、結(jié)構(gòu)自重。依據(jù)工程實(shí)例對地下室結(jié)構(gòu)恒載各個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算，得到如下數(shù)據(jù)。

(1)頂板覆土自重(400mm厚)：0.4×17.6×8.4×8.1=479.00(kN) 。

(2)樓板自重：0.5+0.13+0.13+0.2×25×8.4×8.1=1 632.96(kN) 。

(3)柱自重：0.6×0.6×12.9×25=116.10(kN) 。

(4)墊層自重：0.1×20×8.4×8.1=136.08(kN) 。

(5)獨(dú)立基礎(chǔ)自重：4.0×4.0×1.0×25=400.00(kN) 。

地下室結(jié)構(gòu)恒載總重為以上各部分自重之和：G=479.00+1 632.96+116.10+136.08+400.00=2 764.14(kN)

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，結(jié)合《給排水構(gòu)筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50068—2002)中地下室抗浮穩(wěn)定性相關(guān)規(guī)范[7]：水浮力F浮與結(jié)構(gòu)自重G的關(guān)系滿足G/F浮≥1.05，故該項(xiàng)目地下室抗浮臨界水位HL大小為

由以上計(jì)算可知，地下室結(jié)構(gòu)自重值遠(yuǎn)小于地下室水浮力值，地下水位遠(yuǎn)高于“臨界抗浮水位”，因此地下室結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定性嚴(yán)重不足。在表3的多因素耦合作用下模擬地下室底板水頭正交試驗(yàn)結(jié)果可知，大部分地下室模型經(jīng)過泄水減壓，地下水位下降到地下室“抗浮臨界水位”以下，故泄水減壓法能夠較好地降低地下水位。

4.3.2影響因素主次性分析

(2)

其每個(gè)水平試驗(yàn)指標(biāo)平均值M為

(3)

式中M1，M2，M3和M4為試驗(yàn)因素“泄水孔間距”在不同水平時(shí)地下室底板水頭平均值。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著泄水孔間距的增加地下室底板水頭明顯減小，其影響比較明顯。

(4)

因此影響因素“泄水孔間距”的極差即為

(5)

根據(jù)上述方法依次計(jì)算其他試驗(yàn)因素泄水孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、地下室底部擾動(dòng)程度的極差，計(jì)算結(jié)果如表4所示。從表4可知各試驗(yàn)因素極差大小依次為0.7，1.43，2.85，0.32，試驗(yàn)因素極差關(guān)系為填土夯實(shí)度>填土寬度>孔間距>地下室底部擾動(dòng)程度。因此根據(jù)極差分析可知，各試驗(yàn)因素對地下室底板水頭大小影響主次關(guān)系為填土夯實(shí)度>填土寬度>孔間距>地下室底部擾動(dòng)程度。

表4　各因素對地下室底板水頭影響的極差分析數(shù)據(jù)Table 4　Data of range analysis of factors that affect thebasement floor level

4.3.3影響因素顯著性分析

極差分析法通俗易懂，計(jì)算方法較為容易，但該方法的缺陷為不能區(qū)分試驗(yàn)中由于試驗(yàn)條件改變引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)和試驗(yàn)誤差引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)，換言之，不能區(qū)分因素各水平間對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果的差異究竟是由于因素水平不同，還是由于試驗(yàn)誤差引起的，且無法估計(jì)試驗(yàn)誤差的大小。另外，極差分析法中各因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響大小無法給以精確的數(shù)量估計(jì)，不能提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來判斷所考察因素作用是否顯著。為了彌補(bǔ)極差分析的缺陷，可采用方差分析。方差分析基本思想是將數(shù)據(jù)的總變異分解成因素引起的變異和誤差引起的變異2部分，構(gòu)造F統(tǒng)計(jì)量，作F檢驗(yàn)，即可判斷因素作用是否顯著。

(1)總偏差平方和SST計(jì)算為

(6)

(2)因素偏差平方和為

(7)

(3)自由度計(jì)算如式(8)，其中：df為自由度；n為因素水平個(gè)數(shù)。

df=n-1。

(8)

(4)誤差平方和為

SSE=SST-SSA-SSB-SSC-SSD。

(9)

(6)方差計(jì)算為

(10)

(7)F統(tǒng)計(jì)量為

(11)

以試驗(yàn)因素A泄水孔間距為例，計(jì)算F統(tǒng)計(jì)量，具體如下：

(12)

(13)

(14)

同理計(jì)算可得SSB=4.78，SSC=18.45，SSD=0.35，誤差平方和SSE可以通過平方和分解公式獲得，即

SSE=SST-SSA-SSB-SSC-SSD=0.02。

(15)

則因素A的F統(tǒng)計(jì)量為

(16)

類似可以計(jì)算出其它因素F統(tǒng)計(jì)量，具體方差分析數(shù)據(jù)如表5所示。

表5　各因素對地下室底板水頭影響的方差分析Table 5　Variance analysis of multiple factors that affect thebasement floor level

注：Fa為0.05，0.01兩種自由度下的臨界值，**代表顯著性大小。

多因素耦合作用下建立有限元模型模擬求解地下室底板水頭大小正交試驗(yàn)，其各個(gè)影響因素方差分析結(jié)果如表5。根據(jù)分析結(jié)果可知，填土寬度和填土夯實(shí)度影響因素方差分析統(tǒng)計(jì)F值分別為239和922，大于泄水孔間距和底板底層擾動(dòng)程度2個(gè)影響因素方差分析統(tǒng)計(jì)量F值，分別為82.0和17.5。F分布臨界值Fa(0.05)=9.28,Fa(0.01)=29.46，影響因素泄水孔間距和填土寬度及夯實(shí)度F值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Fa(0.05)和Fa(0.01)。因此，泄水孔間距和填土寬度及夯實(shí)度3個(gè)因素對泄水減壓法地下室底板水頭影響具有明顯顯著性，地下室底板底層土擾動(dòng)程度對地下室底板水頭影響不特別顯著。通過上述分析可知，影響泄水減壓法地下室底板水頭因素主次關(guān)系依次為：填土夯實(shí)度、地下室底板寬度、填土寬度和底層土擾動(dòng)程度，其結(jié)果與極差分析結(jié)果一致。

4.3.4試驗(yàn)因素對泄水減壓法地下室底板水頭大小的影響

圖3為試驗(yàn)影響因素泄水孔間距、填土寬度、夯實(shí)度和底層擾動(dòng)層厚度對泄水減壓法地下室底板水頭影響的趨勢圖。

圖3　試驗(yàn)因素對地下室底板水頭的影響趨勢Fig.3　Trends of factors affecting the basement floor level

從圖3中可以看出，地下室底板水頭大小隨著泄水孔間距減小而降低；地下室底板水頭大小隨著填土寬度增加而增大；地下室底板水頭大小隨著填土夯實(shí)度增大迅速減小；隨底板擾動(dòng)程度增加而緩慢減小。試驗(yàn)影響因素對地下室底板水頭大小影響變化規(guī)律跟前文試驗(yàn)結(jié)論是一致的。

根據(jù)數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著泄水孔間距和填土寬度及夯實(shí)度增大，地下室底板水頭變化幅度很大，而隨著底部擾動(dòng)層厚度增大，底板水頭變化幅度不大，從而說明在多因素耦合條件下，泄水孔間距和填土寬度及夯實(shí)度3個(gè)因素對地下室底板水頭影響明顯，底部擾動(dòng)層厚度對地下室底板水頭影響不明顯。上文分析試驗(yàn)影響因素對底板水頭影響的主次關(guān)系和顯著性可知，泄水孔間距和填土寬度及夯實(shí)度3個(gè)因素對地下室底板水頭影響顯著，底部擾動(dòng)程度大小對地下室底板水頭影響不顯著，因此試驗(yàn)結(jié)果跟分析結(jié)果是一致的，進(jìn)而說明該正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)以及結(jié)論分析是正確的。

5　地下室底板水頭影響因素權(quán)重分析

地下室底板水頭大小影響因素孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、底部擾動(dòng)程度耦合條件下正交試驗(yàn)，分析了4個(gè)因素對地下室底板水頭大小影響主次關(guān)系以及其顯著性，本文運(yùn)用層次分析法模擬計(jì)算4個(gè)影響因素對地下室底板水頭大小影響權(quán)重，從而為地下室底板水頭大小回歸方程提供擬合回歸依據(jù)。

5.1層次結(jié)構(gòu)模型

利用層次分析法[9]計(jì)算孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、底部擾動(dòng)程度4個(gè)因素對地下室底板水頭大小影響權(quán)值時(shí)，首先構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，層次結(jié)構(gòu)模型分為3層：目標(biāo)層、指標(biāo)層和對象層。圖4即為層次結(jié)構(gòu)模型圖，目標(biāo)層為各影響因素的權(quán)值，指標(biāo)層為地下室底板水頭大小，對象層為影響因素孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、底部擾動(dòng)程度。

圖4　層次結(jié)構(gòu)模型Fig.4　Hierarchy model

5.2判斷矩陣

運(yùn)用回歸分析方法，對任意2個(gè)影響因素和地下室底板水頭大小進(jìn)行二元線性回歸分析，通過計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)如表6。對任意2個(gè)影響因素標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)經(jīng)比較后，可以計(jì)算出2個(gè)影響因素對地下室底板水頭大小相對重要性比值，利用相對重要性比值來構(gòu)建判斷矩陣。如影響因素“孔間距”的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)為82，影響因素對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)為0.55，則2個(gè)因素對地下室底板水頭大小影響相對重要性比值a=︱(-0.82)/0.55︱=1.48。根據(jù)此方法可以依次計(jì)算出任意2個(gè)影響因素對地下室底板水頭大小相對重要性比值，從而構(gòu)建判斷矩陣A。在進(jìn)行回歸分析之前要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使各影響因素與地下室底板水頭大小呈較好的線性關(guān)系，為回歸分析做好相應(yīng)準(zhǔn)備。

表6　標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)Table 6　Standard regression coefficients

其判斷矩陣為

(17)

經(jīng)過計(jì)算得到矩陣A的最大特征值為4.178，其影響因素權(quán)向量ω=[0.15，0.27，0.55，0.03]。

5.3一致性檢驗(yàn)

在對計(jì)算模型分析計(jì)算過程中，不可能對所有因素的數(shù)值進(jìn)行精確的判斷，計(jì)算依據(jù)會(huì)存在誤差，從而導(dǎo)致判斷矩陣的特征值會(huì)產(chǎn)生偏差。在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，并沒有要求判斷具有完全一致性，但判斷一定要有大體的一致性，否則無法進(jìn)行分析計(jì)算?？傊?，在計(jì)算得出判斷矩陣最大特征值后，還要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

通過式(18)計(jì)算判斷矩陣A的隨即一致性比率CR，當(dāng)CR<0.1時(shí)，判定矩陣A具有滿意的一致性。為了度量不同階判斷矩陣的一致性，引入了判斷矩陣的平均隨機(jī)性指標(biāo)RI值，當(dāng)矩陣階數(shù)n為3～10時(shí),隨機(jī)一致性比率RI取值分別為0.78，0.90，1.12，1.24，1.32，1.41，1.45，1.49。

(18)

式中：λmax為判斷矩陣A的最大特征值。通過判斷矩陣計(jì)算λmax=4.178，矩陣階數(shù)n=4，計(jì)算得到CR(A)=0.04。判斷矩陣A的一致性比率CR<0.1，因此判斷矩陣A具有滿意的一致性。

5.4權(quán)重分析

判斷矩陣具有滿意的一致性，說明判斷矩陣構(gòu)建合理，因此判斷矩陣的權(quán)向量即為影響因素權(quán)值?？组g距、填土寬度、填土夯實(shí)度、底部擾動(dòng)程度4個(gè)影響因素對地下室底板水頭影響因素權(quán)值大小依次為0.15，0.27，0.55，0.03，其中孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度3個(gè)因素對地下室底板水頭大小影響權(quán)值很大，底部擾動(dòng)程度權(quán)值較小?？组g距、填土寬度、填土夯實(shí)度3個(gè)因素權(quán)重占到95%以上，另外可以看出填土夯實(shí)度對地下室底板水頭大小影響最大，填土寬度影響次之，剩下依次為孔間距和底部擾動(dòng)程度。該結(jié)論與前文分析上述4個(gè)因素對地下室底板水頭大小影響的主次關(guān)系以及顯著性的結(jié)論是一致的，因此運(yùn)用層次分析法判斷孔間距、填土寬度、填土夯實(shí)度、底部擾動(dòng)程度4個(gè)影響因素對地下室底板水頭大小影響權(quán)重是合理正確的。

6　結(jié)論及建議

(1)泄水減壓法是一種通過降低地下水位達(dá)到降低地下室底板水壓力的方法，其能主動(dòng)將地下水匯入室內(nèi)排水系統(tǒng)排出，使地下水位達(dá)到目標(biāo)抗浮水位以下，達(dá)到抗浮目的，泄水減壓抗浮工程具有良好的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

(2)泄水孔應(yīng)盡量設(shè)在地下室側(cè)墻上，其既能有效降低地下水水位，又不影響地下室側(cè)墻的施工和作用。在地下室側(cè)面布置泄水孔時(shí)，一定間距范圍內(nèi)，泄水孔間距越小，越有利于地下水位的降低，工程中根據(jù)地下水位的高低及地下室大小，適當(dāng)增減側(cè)面泄水孔的間距。

(3)在一定范圍內(nèi)，填土的寬度增加和夯實(shí)度的降低均能夠使地下室底板水頭增加較大，地下室底板水頭大小對填土寬度和夯實(shí)度變化較為敏感。工程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制填土的寬度和夯實(shí)度，填土寬度根據(jù)工程設(shè)計(jì)一定時(shí)，夯實(shí)下部填土達(dá)到一定程度，充分降低填土的滲透性。

(4)地下室底板下土層擾動(dòng)厚度對地下室底板水頭有一定影響，對地下室底板水頭影響權(quán)重較小，地下室底板水頭大小隨著地下室底板下土層擾動(dòng)程度增加而增加。在地下室底部墊層施工過程中應(yīng)盡量避免對地下室底板下土層的擾動(dòng)。

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(編輯：劉運(yùn)飛)

Orthogonal Analysis of Factors Affecting the Anti-floating Effect ofDraining Decompression

YANGBo-jin1，2,LIYin-ping1,2，3,GANQuan4,LIUWei3,KONGQing-cong1，2,HUANGJue-hao1，2

(1.InstituteofRockandSoilMechanics,ChineseAcademyofSciences,Wuhan430010,China;2.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering,ChineseAcademyofSciences,Wuhan430010,China;3.StateKeyLaboratoryofCoalMineDisasterDynamicsandControl,ChongqingUniversity,Chongqing400030,China;4.HubeiTianliConstructionTechnologyCo.Ltd.,Wuhan430010,China)

Inviewoftheshortcomingsoftraditionalbasementanti-floatingmethods,wediscussedthebasicprincipleandthecorrespondingconstructionmeasuresofdrainingdecompression.Wealsoanalyzedthefactorsaffectingtheanti-floatingeffectwithorthogonalexperimentscomparedwithnumericalsimulation.Thefactorsincludethewidthofbackfill,thespacingofdrainageholes,thecompactiondegreeofbackfill,andthedisturbancedegreeoftheunderlyingatthebottomofthebasement.Finally,wecalculatedtheinfluenceorderandweightsofvariousfactorsusingresidualanalysismethodandanalytichierarchyprocess.Resultsshowthatcomparedwithconventionalmethods,drainingdecompressionhasobviousanti-floatingeffectbychangingpassiveanti-floatingtoactiveanti-floating.Moreover,itisconvenienttoconstruct,andthecostislow.Theorderoffactorsaccordingtotheinfluenceisasfollows:compactiondegreeofbackfill>widthofbackfill>spacingofdrainageholes>disturbancedegreeatthebottomofbasement,andthecorrespondingweightsare0.55,0.27,0.15,0.03,respectively.Thesumofthefirstthreefactorsisupto0.97.Asaresult,weshouldtrytoreducethespacingofholes,thewidthandthewaterpermeabilityofthebackfilltoachievegoodanti-floatingeffectinengineeringpractice.Besides,weshouldalsolimittheparametersofthesethreefactorsreasonablyinordertoachievethebesteffectofloweringwaterlevelaccordingtospecificengineeringconditions.Theresearchmethodprovidesanimportantreferenceforthedesignandconstructionoftheanti-floatingmethodbydrainingdecompression.

anti-floatingmethodbydrainingdecompression;drainageholes;orthoganalexperimentanalysis;width;compactiondegree;disturbancedegree

2015-08-05;

2015-09-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41472285)

楊博進(jìn)(1990-)，男，河南商丘人，助理工程師，碩士，主要從事巖土工程基坑降水及加固技術(shù)方面的研究，(電話)15102735900(電子信箱)1057531292@qq.com。

10.11988/ckyyb.20150629

2016,33(09):121-127

TU46

A

1001-5485(2016)09-0121-07