丁劍敏，賀琳，蔡元夢(mèng)，張嫄園

（無(wú)錫地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 無(wú)錫214000）

0 前言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)對(duì)高層建筑的需求與日俱增，同時(shí)對(duì)住宅及辦公樓等的建設(shè)提出了高要求即在較小的空間內(nèi)盡量的滿足多住戶、多辦公室的要求，為了滿足這種要求，高層的大面積建設(shè)隨之而來(lái)。但是對(duì)于高層而言，面臨最大的問(wèn)題就是基坑的穩(wěn)定性問(wèn)題，即使設(shè)計(jì)者按照規(guī)范要求設(shè)計(jì)，施工者按照設(shè)計(jì)工況分布施工，但最終還是出現(xiàn)了問(wèn)題，其中的問(wèn)題不得不引起人們的反思。因此對(duì)影響基坑工程安全的潛在危險(xiǎn)因素進(jìn)行科學(xué)的研究與評(píng)價(jià)，將有效的達(dá)到基坑工程安全的目的。

1 基坑工程危險(xiǎn)因素的研究現(xiàn)狀

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著城市地下空間的逐步發(fā)展，基坑工程事故率呈現(xiàn)居高不下的現(xiàn)狀，許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)此都進(jìn)行了深入的研究，同時(shí)，由于基坑工程的區(qū)域性較強(qiáng)，因此受到當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)條件、水文地質(zhì)條件以及周?chē)h(huán)境影響，并且對(duì)事故進(jìn)行分析可以得到影響基坑工程事故的主要原因?yàn)榛拥闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)等的不合理，施工組織措施不完善，也有基坑工程復(fù)雜性造成的偶然性原因等[2]。

對(duì)基坑危險(xiǎn)因素的研究和問(wèn)題的總結(jié)比較充分，而在潛在危險(xiǎn)因素的評(píng)價(jià)研究則稍有不足，主要集中于評(píng)價(jià)方法的選擇，合適的評(píng)價(jià)方法能很好的對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)[6]。

2 基坑工程潛在危險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

通過(guò)文獻(xiàn)研究法，對(duì)基坑工程相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行搜集、閱讀和整理，得到頻繁出現(xiàn)的影響基坑工程安全的潛在危險(xiǎn)因素。例如，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基坑類(lèi)型、基坑開(kāi)挖掘深度、降排水條件、周邊環(huán)境對(duì)基坑側(cè)壁位移的要求、基坑周邊荷載、施工季節(jié)、支護(hù)結(jié)構(gòu)使用期限等都是影響基坑工程的危險(xiǎn)因素[2～5,10]。文章為遴選出更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，建立了影響因素的指標(biāo)體系見(jiàn)圖1。

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 勘察因素

在勘察階段，影響因素主要為工程地質(zhì)條件（C1）、水文地質(zhì)條件（C2）、周邊環(huán)境條件（C3）、當(dāng)?shù)貧庀筚Y料（C4）等特點(diǎn)。基坑工程涉及土力學(xué)中穩(wěn)定、變形、滲變等，而工程地質(zhì)條件（C1）和水文地質(zhì)條件（C2）也是其中的關(guān)鍵因素。國(guó)內(nèi)不同的省份其地質(zhì)條件不同，會(huì)導(dǎo)致其具有不同的地質(zhì)條件。基坑工程施工時(shí)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件（C3）和當(dāng)?shù)貧庀筚Y料對(duì)施工方案和施工工期（C14）都有至關(guān)重要的影響。

2.2 設(shè)計(jì)因素

從基坑工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)考慮潛在危險(xiǎn)存在的因素也是減少基坑工程事故發(fā)生的方向之一。土工參數(shù)取值的計(jì)算（C5）和水、土壓力值的取值（C6）對(duì)基坑工程設(shè)計(jì)方案的選擇和優(yōu)化，以及選擇合適的圍護(hù)結(jié)構(gòu)都起到?jīng)Q定性作用，并對(duì)基坑深度（C7）和基坑形狀（C8）有影響。

2.3 施工因素

在施工過(guò)程中通過(guò)獲取巖土工程信息進(jìn)行分析處理，可以看出合理的施工過(guò)程的控制（C10）可以對(duì)施工中發(fā)生的意外事故做到最優(yōu)的應(yīng)急處理并能控制施工工期（C14）。而信息化施工可以及時(shí)監(jiān)測(cè)施工中出現(xiàn)的牽連問(wèn)題以及時(shí)間效應(yīng)所帶來(lái)的問(wèn)題，如基坑降水引起地下水位變化（C12）和土體蠕變引起的時(shí)間效應(yīng)（C13）等。

3 基坑工程潛在危險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)因素影響關(guān)系的確定

文章通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷的方式向長(zhǎng)期從事基坑工程施工的人員發(fā)放問(wèn)卷做息調(diào)查。同時(shí)，問(wèn)卷問(wèn)題是基于14個(gè)三級(jí)指標(biāo)建立完成，并且設(shè)置了非常嚴(yán)重、較嚴(yán)重、一般、較輕和非常輕等五個(gè)層級(jí)。為使調(diào)查問(wèn)卷真實(shí)有效，本次共發(fā)放問(wèn)卷243份，其中收回有效問(wèn)卷217份，問(wèn)卷有效回收率為89.3%。

3.1 問(wèn)卷的信度和效度分析

文章運(yùn)用SPSS 20.0軟件對(duì)問(wèn)卷的信度及效度進(jìn)行分析。在分析結(jié)果中，總量表Cronbach’s Alpha系數(shù)為0.785，分量表的Cronbach’s Alpha系數(shù)范圍為0.762～0.809。對(duì)信度進(jìn)行檢驗(yàn)過(guò)程中，專(zhuān)家學(xué)者均認(rèn)為Cronbach’s Alpha系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為:0.6～0.65(最好不要)；0.65～0.7(最小可接受值)；0.7～0.8(相當(dāng)好)；0.8～0.9(非常好)[13]。由此可知，問(wèn)卷具有較好的信度。同時(shí)，文章利用因子分析法對(duì)效度進(jìn)行分析，其中KMO系數(shù)為0.756，P值為0.001(小于0.01)，達(dá)到顯著水平；提取出5個(gè)公共因子，其累積解釋總方差達(dá)到67.358(大于0.6)；綜合可知，各指標(biāo)項(xiàng)旋轉(zhuǎn)載荷范圍為0.535～0.886，并且多數(shù)超過(guò)0.6，因此可以判斷問(wèn)卷具有較好的結(jié)構(gòu)效度[12]。

3.2 指標(biāo)選項(xiàng)的頻率統(tǒng)計(jì)

調(diào)查問(wèn)卷的選項(xiàng)均是評(píng)價(jià)研究的第三級(jí)指標(biāo)。通過(guò)選項(xiàng)結(jié)果的頻率統(tǒng)計(jì)，為之后建立的模糊評(píng)價(jià)的評(píng)判矩陣匯總基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1）。由表1可得出，在潛在危險(xiǎn)影響指標(biāo)中，選擇一般與較嚴(yán)重程度的頻率遠(yuǎn)高于其他選項(xiàng)。

通過(guò)表1可看出影響程度為一般與較嚴(yán)重的頻率遠(yuǎn)高于其他選項(xiàng)。

4 基于ANP指標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)模型和權(quán)重計(jì)算

評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的影響關(guān)系（%） 表1

4.1 基于ANP指標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)模型

根據(jù)上述的基坑工程潛在危險(xiǎn)因素的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)分析各個(gè)指標(biāo)之間的影響關(guān)系，進(jìn)而比較各個(gè)元素之間的相對(duì)重要性，進(jìn)而構(gòu)造判斷矩陣。并且利用Satty的1～9標(biāo)度法對(duì)不同元素進(jìn)行賦值，從而生成專(zhuān)家權(quán)重調(diào)查問(wèn)卷，并邀請(qǐng)9位專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)的重要性進(jìn)行評(píng)分，且均通過(guò)了判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣的評(píng)分標(biāo)度如表2所示[7-11]。

評(píng)分標(biāo)度 表2

如果有5名以上的專(zhuān)家認(rèn)為兩個(gè)指標(biāo)之間存在影響，則可以認(rèn)定這兩個(gè)指標(biāo)之間存在相互影響的關(guān)系，而得出基坑工程潛在危險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的影響關(guān)系[7]，見(jiàn)表3。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得到基坑工程潛在危險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的網(wǎng)絡(luò)模型圖。在此模型中控制層為基坑工程潛在危險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)因素，網(wǎng)絡(luò)層為B1基坑工程自身因素、B2設(shè)計(jì)管理、B3施工組織管理[1-8]?；庸こ虧撛谖ｋU(xiǎn)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的網(wǎng)絡(luò)模型見(jiàn)圖2。

4.2 基于網(wǎng)絡(luò)模型的權(quán)重結(jié)果

評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的影響關(guān)系 表3

ANP的控制層中有元素B1，B2，B3，控制層下，網(wǎng)絡(luò)層有元素組C1，…，C14。以控制層元素B1，B2，B3為準(zhǔn)則，每個(gè)元素集Bi中的二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)元素Ci（i=1，2，3，…，14）當(dāng)成次準(zhǔn)則，其中Bi中有元素Ci1,…，Cini,i=1,…，N;Bj中有元素Cjl(l=1,…，N)，元素Bi中元素按其對(duì)Cjl的影響力大小進(jìn)行間接優(yōu)勢(shì)度比較,即構(gòu)造判斷矩陣[1]。

由于判斷矩陣較多，在此僅分別列舉一個(gè)一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣，具體如表4、5所示。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的網(wǎng)絡(luò)模型

一級(jí)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)的判斷矩陣 表4

B1的二級(jí)指標(biāo)對(duì)B1準(zhǔn)則的判斷矩陣 表5

并由特征根法得排序向量Wil(jl),Wi2(jl),…,Wini(jl).記Wij為

這樣的權(quán)重超矩陣共有3個(gè)，由于該指標(biāo)體系只有一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)因素，所得矩陣計(jì)算結(jié)果即為加權(quán)超矩陣[1]。由于ANP網(wǎng)絡(luò)中各元素間的影響關(guān)系較為復(fù)雜，為了計(jì)算出元素較為準(zhǔn)確的相對(duì)權(quán)重，需對(duì)加權(quán)超矩陣求極限，進(jìn)而得到極限加權(quán)超矩陣∞。

參考王蓮芬的理論方法[9]，并利用Super Decision程序，進(jìn)而對(duì)超矩陣和極限加權(quán)超矩陣進(jìn)行運(yùn)算。通過(guò)選擇[Computions][Unweighted Super Matrix][Text]得到超矩陣，選擇[Computions][weighted Super Matrix][Text]得到加權(quán)超矩陣。

4.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)因素權(quán)重的計(jì)算和分析

通過(guò)選擇[Computions][Priorities]可得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的局部權(quán)重和全部權(quán)重。排序結(jié)果在表6中顯示。

在所有二級(jí)指標(biāo)中，勘察因素B1權(quán)重為0.373，設(shè)計(jì)因素B2權(quán)重為0.436，施工因素B3權(quán)重為0.191，因此二級(jí)指標(biāo)的重要程度依次是：設(shè)計(jì)因素、勘察因素、施工因素。

ANP權(quán)重大于0.1且排名前的是C3周邊環(huán)境條件、C9地面超載，可以將其稱(chēng)為基坑工程潛在危險(xiǎn)因素中的高度風(fēng)險(xiǎn)。在施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有對(duì)周邊環(huán)境條件勘察不夠嚴(yán)謹(jǐn)或者由于忽視了周邊環(huán)境導(dǎo)致在基坑開(kāi)挖過(guò)程造成事故。而地面超載會(huì)對(duì)基坑施工時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形的影響，隨著超載的增大，地表的沉降量隨之增大。

ANP權(quán)重在0.05～0.1之間的C8基坑形狀、C7基坑深度、C6水、土壓力值的取值、C5土工參數(shù)取值的計(jì)算、C1工程地質(zhì)條件、C2水文地質(zhì)條件可以劃歸為中等風(fēng)險(xiǎn)。其中，基坑壁的承載能力與坑壁穩(wěn)定性受到基坑整體形狀和基坑整體深度的影響。而基坑工程產(chǎn)生穩(wěn)定和變形問(wèn)題的主要原因是土壓力問(wèn)題和處理地下水的問(wèn)題。而土壓力值既土層的分布規(guī)律和計(jì)算模式有關(guān)，也和圍護(hù)樁(墻)的位移方向和大小密切相關(guān)[5]。則直接影響工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，難以準(zhǔn)確分析，需要依據(jù)具體工程的情況具體分析。

評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的權(quán)重 表6

基坑工程的一般風(fēng)險(xiǎn)則主要是在ANP權(quán)重為0.01～0.05之間的6項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，也是基坑工程在方案設(shè)計(jì)時(shí)需要多組方案對(duì)比，多角度考慮設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

5 結(jié)論

文章根據(jù)基坑工程潛在危險(xiǎn)因素關(guān)系復(fù)雜特點(diǎn)，通過(guò)問(wèn)卷法獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用網(wǎng)絡(luò)層次分析法建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在網(wǎng)絡(luò)層充分考慮各三級(jí)指標(biāo)之間的傳遞關(guān)系，基于ANP理論構(gòu)建模型，得到基坑工程潛在危險(xiǎn)因素三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重并對(duì)其排序結(jié)果進(jìn)行了分析。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的方法分析，得到二級(jí)指標(biāo)設(shè)計(jì)因素為重要的潛在危險(xiǎn)因素。對(duì)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析可以得到周邊環(huán)境條件、地面超載是影響基坑安全穩(wěn)定的高度風(fēng)險(xiǎn)，需要著重重視。同時(shí)，由于基坑工程的復(fù)雜性和特殊性，需要在規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上預(yù)留出額外的安全儲(chǔ)備。