由於建築物類型不同,破壞機理也不同,基坑支護結構、土體和周圍建(構)築物之間的相互作用,導致深基坑相鄰建築物安全狀態分類研究過程中存在多層次、多指標等復雜問題。為了解決這些問題,將理想點法引入到研究中。理想點法是壹種經典的多指標綜合評價方法,具有分析原理直觀、計算簡單、樣本需求量小等優點。目前,它已經在巖土工程、環境質量評價等領域得到了很好的應用。筆者根據自己參與的工程實踐,基於理想點法,構建了緊鄰深基坑的高層建築安全等級評價指標體系,並參照常用的監測標準給出了較為詳細的量化評價基準,從而形成了較為完整的評價模型。同時從主客觀兩個方面得到融合權重,從而達到權重分配更加合理的目的。
1理想點法的基本原理
理想點法需要確定評價指標體系,通過科學的方法確定權重,定義壹個模型,尋找壹個盡可能接近理想點的點,使其與正理想點評價函數的距離最小,與負理想點評價函數的距離最大,最終通過理想點的接近程度來評價對象的狀況。
1.1建立評價指標矩陣。對於壹個評價對象,讓它有/z個評價指標。將這n個指標作為評價對象決策的每壹個目標函數,設向量函數對應的權重為評價對象標度,目標()下的值為。其指標矩陣是確定正負理想點。評價指標可分為兩類:積極指標和消極指標。如果指標單調變化,可以定義理想點-f(+)和負理想點(I)。當指標為正指標時,數值越大越好,則(+)= maxl()(1)= min;()指標為逆指標時,數值越小越好(+)= min;()(1) = max/()其中:f(+)和f (1)分別是影響。
1.2確定評價對象到正負理想點的距離指標的最優解,離正負理想點越近,離正負理想點越遠,解就越好。閔可夫斯基距離法是常用的方法。本文采用歐氏距離來定義評價對象到正負理想點的距離。到正理想點的距離為:d. ={∑wiEi(x)-(+)]}(4)到負理想點的距離為:D={∑[ ()-(1) ]}(5)。
1.3計算理想點的貼近度。理想點的貼近度為:c = d2/(d1+d2) (6)顯然,c屬於區間[0,1]。c越大,離正理想點越近,離負理想點越遠。
2融合重量
2.1變異系數法求客觀權重變異系數法是壹種客觀賦權法,利用指標數據所包含的信息來得到權重。基本計算步驟如下:1)用各指標的變異系數來衡量各指標數值的差異程度。各項指標的變異系數公式如下:VI = 6 ~/(I = 1,2,n)(7),其中c為第壹項指標的變異系數,也稱標準差系數;是I指數的標準差;是第壹個指數的平均值。2)歸壹化變異系數,確定各指標的權重:nwi1 =/(8) i = l。
2.2層次分析法(analytic hierarchy process)也叫層次分析法(analytic hierarchy process),是對每個評價項目進行主觀比較和判斷,並計算其權重。本文采用比例標度法對各指標進行加權,基本計算步驟如下:1)建立判斷矩陣。通過專家對評價指標的評價,初始權重形成判斷矩陣,判斷矩陣中行和列中的元素代表指標與xi比較後得到的標度系數。2)計算判斷矩陣中每壹行和標度數據的幾何平均值,記為k..3)進行歸壹化處理。用公式n = ki/∑ k (9) i = l依次計算結果,確定各指標的主觀權重。
2.3客觀權重由變異系數法得出。(i=1,2,,n)主觀權重(i=1,2,,n)采用AHP比例標度法得到。通過對它們進行融合,最終的融合權重Wi (= 1,2,11,0)既能反映主觀經驗的判斷,又能反映客觀權重所包含的信息。由於評價指標較多,本文采用相對簡單的乘法組合加權法計算最終融合權重,公式為:=wi。/∑ (I = 1,2,n)I = 1(1o)ⅲ施工用水排水量。
3.基於融合權重理想點法的深基坑附近高層建築安全性評價模型。
3.1多層次建築物安全診斷指標體系的建立基於深基坑相鄰建築物的破壞機理分析和工程實踐,結合深基坑施工過程中相鄰建築物的保護措施指標體系和相關標準規範的要求,采用層次分析法將深基坑相鄰建築物的安全評價要素分為建築物穩定性信息、土體擾動信息和地基抗擾動能力三類。考慮到評價指標的代表性和可行性,采用相關系數法選取代表性強、工程實踐中易於測量的底層指標。緊鄰深基坑的高層建築安全評價指標體系如圖1所示。
3.2建立壹套緊鄰深基坑的高層建築安全評價指標。參考現行國內外規範標準和實測工程數據,輔以力學計算和數值模擬,確定了全部14可測底指標的量化評價標準。為了計算和消除原始數據的不同度量方法、單位和性質對綜合評價的影響,通過模糊變換得到各指標的隸屬值,得到所有底層指標的標準化值,如表1所示。土體水平位移快速室風建築地基的抗擾動能力C地基系數Cl普拉茨系數c2滲透系數c3。
3.3計算評價指標的融合權重按照上述方法,用變異系數法計算客觀權重,用AHP-乘積標度法計算主觀權重,用組合賦權法將客觀權重和主觀權重相結合,得到各評價指標的最終融合權重。
3.4建立正理想點和負理想點。歸壹化後各項評價指標均為正。以表1中各評估指標的分級標準的上下限為正理想點和負理想點,根據(2)得到損傷分級I-IV的正理想點矩陣(+)和負理想點矩陣(I)。
3.5確定待評估建築物的安全等級根據相關標準規範和綜合專家意見,將緊鄰深基坑的高層建築安全等級劃分為四級,並給出了8383每壹級對基坑施工人員、測量人員和管理人員的影響,為及時采取合理對策提供了參考。具體分類結果見表2。
4個工程實例
4.1項目概述
某小區民用高層建築建於2013年,高度約33m,深度約14.5m,建築基礎為預制混凝土管樁。基坑開挖采用河流隧道環形坡道,基坑呈弧形緊貼目標建築東側,坡度平緩,埋深約16.4m,地下含水層厚度大,富水性強,其穩定水位與含水層埋深有關,基本與其地形坡度壹致。建築和基坑平面圖如圖2所示。
4.2獲取評價指標
本文選取基坑開挖後三個等時間間隔的建築物狀態作為評價對象進行監測,獲得了建築物變形指標和土體擾動指標的詳細變化數據。在基坑工程開工前的地質勘察報告中,有詳細的土工試驗參數資料。
4.3計算指標權重
根據公式(7)-(10),計算各評價指標的客觀權重、主觀權重和融合權重。
4.4建築安全等級的確定
計算得到融合權重和正負理想點矩陣,根據公式(4)和(5)可以計算出三個監測結果與各判斷級別理想點的貼近度,如表6所示。將模型的判斷結果與項目的實際判斷結果進行比較,判斷結果基本壹致,說明該評價模型具有良好的判斷效果。
5結果和討論
1)基於基坑影響鄰近建築物的機理,結合工程實踐,參照現行監測規範,采用相關系數法,確定了14易得且具有代表性的評價指標,構建了鄰近基坑的高層建築安全等級評價體系。以現有標準規範、工程實測數據為基本參考,輔以力學計算和數值模擬方法,通過尺寸的標準化,得到基於理想點法的緊鄰基坑高層建築安全等級評估模型,為判斷緊鄰基坑建築的安全隱患並及時采取控制措施提供了理論依據。
2)對匝道上緊鄰高層建築的深基坑進行了安全等級評價,得到了較好的判斷結果,表明該模型是可靠的。
3)從這個結果可以看出,高層建築的傾斜指標對安全性評價的結果有著非常突出的影響,因此該指標的取值範圍和科學加權有待提高。需要下壹步研究完善各種環境下評價指標的劃分和取值。
更多工程/服務/采購招標信息,提高中標率,可點擊官網客服底部免費咨詢:/#/?source=bdzd