本發(fā)明屬于建筑物現(xiàn)場施工技術(shù)范疇，特別是涉及為維持建筑物基坑的安全而進行的監(jiān)測和綜合評價的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程不斷深入的背景下，中國的城市建筑物呈現(xiàn)向高空和地下發(fā)展的趨勢。特別是一些大體量的綜合建筑物或建筑物群，設(shè)計的地下空間跨度大、層數(shù)多，因而其基坑工程呈現(xiàn)面積大、深度高、維護難的特點。部分基坑工程更由于地處城市的繁華地段，周圍交通繁忙、建筑物密集且地下管線密布，造成了基坑工程不僅存在基坑本身的安全與穩(wěn)定的問題，而且還存在因土方開挖引起周圍地層移動、降水引起周邊水位下降等危及相鄰建筑物、地下管線及城市市政設(shè)施正常使用的問題。在沿海地區(qū)，區(qū)位較為優(yōu)越、經(jīng)濟價值較高的地段，往往靠近海岸，多數(shù)屬于軟土地基。在小于20米深度的基坑所處的土層結(jié)構(gòu)中，以淤泥層為最常見，其上部和下部通常包括薄層的粉砂層、粉土層等其它土質(zhì)，部分淤泥層厚度可達30-40米。并且，土層的含水量較為充足。這種特別的地質(zhì)、水文情況使基坑工程的安全控制難度大大增加。
目前，基坑的理論和技術(shù)還很不成熟，基坑設(shè)計中使用的各種土壓力理論和計算方法較多地采用了大量的假設(shè)，致使計算得出的結(jié)論和實際情況有所偏差。因此，基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工在工程中需要切實的監(jiān)測和評價方法來評判，并及時作出修正，才能保證工程施工的安全和經(jīng)濟性。特別是沿海地區(qū),地質(zhì)條件的獨特性，決定了僅靠理論分析和經(jīng)驗估計難以完全經(jīng)濟可靠的進行基坑工程施工。發(fā)明專利cn101644065b公開了一種基坑安全狀態(tài)監(jiān)測方法，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)與極限狀態(tài)的比較，定量計算基坑當(dāng)前所處的安全狀態(tài)。其技術(shù)效果是識別安全程度不同的風(fēng)險點和風(fēng)險項目，用于對基坑的安全狀態(tài)作出事前評價。這種方法是基于對各種監(jiān)測項目視為相同權(quán)重的理論基礎(chǔ)，是一種較為寬泛的定量評價，只能滿足地層條件簡單，支護結(jié)構(gòu)單一、施工質(zhì)量穩(wěn)定的基坑工程。在支護結(jié)構(gòu)的形式多樣化、多種施工方式兼?zhèn)?、施工過程不確定因素普遍存在的情況下，按照上述評價方法，不同監(jiān)測參數(shù)的權(quán)重不能得到體現(xiàn)和參與評價。因此，上述評價方法就不能應(yīng)用。綜觀目前所公開和實踐應(yīng)用的基坑工程安全性評價所采用的方法，兼?zhèn)涑浞挚茖W(xué)性和可操作性、經(jīng)歷工程檢驗的方法還沒有為公眾所知。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決目前建設(shè)工程領(lǐng)域?qū)樱貏e是沿海軟土地基開挖的基坑，在開挖過程和開挖完成后進行安全性評價的方法比較粗略，理論性強而針對性弱、可操作性差等不足，提出一種基于模糊綜合評判法的評價方法。涵蓋對符合標準設(shè)計的一級、二級基坑的綜合監(jiān)測和安全性評價的過程，也適合對基坑的局部區(qū)域安全性進行評價。特別是適用于需要構(gòu)建內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的、面積較大的深基坑的監(jiān)測和評價。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟：
（1）確定基坑安全評價的影響因素，構(gòu)建二級模糊綜合評判模型。確定一級影響因子的判斷矩陣，歸一化得到
（2）根據(jù)基坑設(shè)計單位提供的報警值和控制值（或設(shè)計值），將各個二級影響因子劃分為a、b、c、d四個等級，其中等級劃分的標準按下表確定：
（3）確定監(jiān)測位置，按施工時序和進程，每隔1至10天測定一次各個監(jiān)測位置的二級影響因子的監(jiān)測值，所有監(jiān)測值按步驟（2）的劃分標準歸類，得到所有監(jiān)測值在各個等級的分布系數(shù)。由分布系數(shù)組成二級影響因子的隸屬度矩陣ri。由各個二級因子的權(quán)重得到ωi。計算各一級影響因子的隸屬度xi=ωi·ri。
(4)建立基坑安全性分級標準，如下表（表1）
（5）各一級影響因子的隸屬度xi組成隸屬度矩陣r，計算基坑整體模糊綜合評判隸屬度x=
（6）計算評判值
本發(fā)明的基于模糊綜合評判法和矩陣理論的基坑安全性評價法，適用于使用中的具有鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)/組合結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐、預(yù)應(yīng)力錨桿的支護結(jié)構(gòu)的建筑物基坑的評價。對于二級影響因子的各個項目的監(jiān)測，本發(fā)明優(yōu)先采用全站儀監(jiān)測圍護墻頂部水平位移量，采用水準儀監(jiān)測圍護墻頂部豎向位移量、立柱豎向位移量、周邊地表豎向位移量、周邊建筑物豎向位移量和傾斜量，采用測斜儀監(jiān)測圍護墻深層水平位移量，采用錨索測力計、鋼筋測力計監(jiān)測錨索內(nèi)力和支撐結(jié)構(gòu)的支撐軸力等支撐內(nèi)力的變化，采用水準儀、塞尺、游標卡尺等
監(jiān)測周邊建筑物和地表裂縫或管線變形量，采用鋼尺水位計監(jiān)測地下水位變化量。根據(jù)基坑總體布局和周邊情況，依據(jù)標準gb50497《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求，對基坑全區(qū)域范圍進行布點，確定監(jiān)測位置，測定各個監(jiān)測位置的二級影響因子項目的監(jiān)測值，將每項二級影響因子的所有監(jiān)測值按四個等級進行歸類。等級的劃分標準按照基坑設(shè)計要求和監(jiān)管部門的要求確認，同時，按照國家標準gb50497《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的具體要求確定。得到分布系數(shù)后，由分布系數(shù)組成各二級影響因子的隸屬度矩陣。本發(fā)明采用的這種隸屬度矩陣形成方法，由于是對大量實時、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計得到的，既能夠全面反映各影響因子的實時狀況，又能夠綜合地表征各影響因子的監(jiān)測結(jié)果的動態(tài)情況。使評價結(jié)果非常有代表性，能夠準確地反映基坑的安全狀態(tài)。與只采集部分監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)進行評價的現(xiàn)有方法相比，評價效果更加精確。對基坑的安全性進行動態(tài)評價，本發(fā)明的方法是方便而高效的。
一級影響因子的判斷矩陣需進行一致性檢驗，即求解特征向量,得到λmax，計算一致性指標ci=
進一步的，上述內(nèi)支撐建筑物基坑安全性的綜合評價方法，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形包括錨桿內(nèi)力監(jiān)測值。
增加錨桿內(nèi)力監(jiān)測值二級影響因子，使本發(fā)明評價方法能夠適用到具有錨桿支護結(jié)構(gòu)的基坑工程中。因此，上述評價方法涵蓋了目前工程實踐中較多采用的基坑支護結(jié)構(gòu)類型，可操作性好。
優(yōu)選的是，上述內(nèi)支撐建筑物基坑安全性的綜合評價方法，一級影響因子的判斷矩陣如下，
表2-1一般基坑的一級影響因子判斷矩陣
或者是，對于有錨桿支護結(jié)構(gòu)的基坑，其一級影響因子的判斷矩陣如下，
表2-2有錨桿支護結(jié)構(gòu)的基坑的一級影響因子判斷矩陣
上述對一級影響因子的判斷矩陣的具體化，是經(jīng)過工程實踐檢驗的、適合沿海地區(qū)軟土基坑土質(zhì)特點的要求的參數(shù)。使用時根據(jù)基坑是否具有錨桿支護結(jié)構(gòu)，分別采用上述表格的數(shù)值組成判斷矩陣，進行歸一化、求解特征向量的計算。這些具體化的參數(shù)，科學(xué)地反映各一級影響因子之間的相對重要性，使本發(fā)明的方法能夠定量精確地反映施工過程中基坑安全性的評判結(jié)果，保障生命財產(chǎn)安全和工程質(zhì)量。對有錨桿支護結(jié)構(gòu)的基坑，其內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形的各二級影響因子的歸類劃分標準，也進行相應(yīng)的調(diào)整。
進一步的，當(dāng)設(shè)計未提供報警值和控制值時，上述的按一級設(shè)計的內(nèi)支撐建筑物基坑安全性的綜合評價方法，可以采用下列劃分標準進行各二級影響因子的歸類劃分：
表3－1圍護結(jié)構(gòu)變形的劃分標準
表3－2內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形的劃分標準
表3－3周邊建筑物、地表的變形的劃分標準
表3－4周邊水位的變化的劃分標準
或者是，當(dāng)設(shè)計未提供報警值和控制值時，上述的按二級設(shè)計的內(nèi)支撐建筑物基坑安全性的綜合評價方法，可以采用下列劃分標準進行各二級影響因子的歸類劃分：
圍護結(jié)構(gòu)變形的劃分標準如下表（表4-1）
內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形的劃分標準如下表（表4-2）
周邊建筑物、地表的變形的劃分標準如下表（表4-3）
周邊水位的變化的劃分標準如下表（表4-4）
采用上述的劃分標準對本發(fā)明方法的二級影響因子監(jiān)測值進行劃分，是在基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準規(guī)范的要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實踐中對沿海地區(qū)軟土地基的土質(zhì)情況、地下水分布情況的掌握，對圍護結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)在這種軟土地基的使用中所可能產(chǎn)生的應(yīng)力變化、結(jié)構(gòu)形變的研究的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)的指導(dǎo)性標準。經(jīng)過部分大型或復(fù)雜基坑工程的實踐檢驗，取得優(yōu)異的評價效果。對于沒有提供控制值（設(shè)計值）和/或報警值的基坑工程，采用上述劃分標準，能夠有效地指導(dǎo)評價工作。本發(fā)明將二級影響因子監(jiān)測值劃分為四個等級，涵蓋了軟土基坑監(jiān)測中比較常見的各種情況，這種劃分代表性好，將設(shè)計標準與評價方法之間的關(guān)系直觀地確定。等級層次分明，既滿足評價分析的需要，又對實際監(jiān)測工作的工作量具有指引作用。
特別的是，上述內(nèi)支撐建筑物基坑安全性的綜合評價方法，對于有錨桿支護結(jié)構(gòu)的基坑，當(dāng)設(shè)計單位未提供報警值和控制值時，若目標基坑為按一級設(shè)計的基坑，則該類型基坑的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形的各二級影響因子的歸類劃分標準為：
表5-1有錨桿支護結(jié)構(gòu)一級基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形的劃分標準
若目標基坑為按二級設(shè)計的基坑，則該類型基坑的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形的各二級影響因子的歸類劃分標準為：
表5-2有錨桿支護結(jié)構(gòu)二級基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)變形的劃分標準
針對有錨桿支護結(jié)構(gòu)的基坑，錨桿內(nèi)力的變化是內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系變形的組成部分，錨桿受力和穩(wěn)定狀態(tài)對基坑的安全性有重要的影響。因此，在安全性綜合評價中應(yīng)體現(xiàn)其權(quán)重。在采用單獨的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)和組合采用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)和錨桿兩種情況下，基坑安全性的影響因素的數(shù)量和各影響因素的重要程度顯然是不同的。因此，應(yīng)就不同的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的情況，采用不同的歸類劃分標準，對各二級影響因子的監(jiān)測值進行劃分，才能準確評價基坑的安全性。
還可以是，上述的內(nèi)支撐建筑物基坑安全性的綜合評價方法，只選取基坑局部區(qū)域所布設(shè)的監(jiān)測點，測定該局部區(qū)域所有監(jiān)測點的二級因子監(jiān)測值進行歸類計算，評價該局部區(qū)域的基坑安全性。
由于基坑工程的面積大小、周邊狀態(tài)和施工組織千差萬別，當(dāng)基坑面積較大時，可能某時間段只進行局部區(qū)域的開挖作業(yè)，此時需要對該局部區(qū)域進行監(jiān)測和評價時，本發(fā)明的方法也能夠只針對該區(qū)域進行評價。
本發(fā)明的內(nèi)支撐基坑安全性評價方法，是一種系統(tǒng)性強、科學(xué)性高的綜合評價方法。具有以下的特點和優(yōu)點：
1.方法的針對性強。本發(fā)明方法是基于模糊綜合評判的方法研制的基坑安全性評價的鑒定方法，方法中各級影響因子、監(jiān)測項目、參數(shù)的選擇均以主要土層為淤泥的軟土地基為評價目標。同時，又符合國家標準gb50497-2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》所要求的監(jiān)測項目。因此，本發(fā)明對于指導(dǎo)沿海地區(qū)軟土地基的基坑的監(jiān)測和評價具有其獨特性和示范指導(dǎo)意義。
2.方法的可操作性強，能夠?qū)崿F(xiàn)快速確認基坑安全性。由于有大量有針對性、連續(xù)性的監(jiān)測數(shù)據(jù)為方法計算的基礎(chǔ)，采用本發(fā)明方法，能夠連續(xù)不間斷地經(jīng)計算得到評判值
3.方法的結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強。以單一的評判值
4.較好地解決了基坑監(jiān)測項目多，對項目的選擇和統(tǒng)籌缺乏依據(jù)的問題。解決現(xiàn)有基坑安全性評價方法結(jié)果粗略、與工程現(xiàn)實的契合度低，可參考性不高的缺陷。將不可預(yù)見的風(fēng)險因素轉(zhuǎn)化為定量的指標，協(xié)助施工決策，以達到安全、經(jīng)濟、高效的施工目標。
本發(fā)明的基坑安全性綜合評判方法，解決了目前使用的基坑工程安全性評價方法理論性強，與工程實際情況分離，適用性低的不足。建立起涵蓋標準規(guī)范的各級基坑的安全監(jiān)測和評價的方案，是對基坑建筑物工程監(jiān)測領(lǐng)域的一個重要補充。特別是對于沿海地區(qū)軟土地基的建筑物基坑，本發(fā)明的評價方法針對性強，是一種系統(tǒng)性強、準確度高的解決方案。
附圖說明
圖1是本發(fā)明基坑安全性評價方法的流程圖。
具體實施例
實施例1
某商業(yè)廣場項目，地處城市繁華區(qū)域，四周為交通主干道和重要辦公用房，道路下市政管線已埋設(shè)。基坑施工安全的重要性要求高?；用娣e約為1.42萬㎡，周長約為460m。基坑開挖深度介于15.0m～19.6m，是當(dāng)?shù)貧v史上開挖深度最深的基坑項目?；硬捎娩摻罨炷羶?nèi)支撐為支護結(jié)構(gòu)，由鋼筋混凝土灌注樁和水泥攪拌樁構(gòu)建圍護結(jié)構(gòu)。
確定基坑設(shè)計為一級基坑，一級影響因子包括圍護結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的變形、周邊建筑物和地表的變形、周邊水位的變化。構(gòu)建判斷矩陣如上述表2-1。求解特征向量,得到
對基坑的下列項目（即各個一級影響因子所包括的二級影響因子）進行監(jiān)測：包括圍護樁頂（壓頂）水平位移及沉降監(jiān)測、圍護樁身（樁體）水平位移監(jiān)測（測斜）、支撐軸力監(jiān)測、基坑外地下水位監(jiān)測、周邊道路、建筑物沉降觀測、周邊地下管線沉降監(jiān)測、周邊建筑物裂縫觀測。采用本發(fā)明所優(yōu)先選用的監(jiān)測設(shè)備，對各個監(jiān)測點進行連續(xù)不斷的監(jiān)測。2013年6月20日，經(jīng)采集監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)，并進行歸類劃分，發(fā)現(xiàn)如下情況：圍護墻頂部水平位移量、圍護墻頂部豎向位移量和圍護墻深層水平位移量的監(jiān)測數(shù)值均處于a級范圍；內(nèi)支撐的立柱豎向位移量處于a級范圍，支撐內(nèi)力監(jiān)測42個點位中2個超過800n，處于b級范圍內(nèi)，其余均處于a級范圍內(nèi)；周邊地表豎向位移量監(jiān)測35個點位，屬于a級范圍內(nèi)的有4個點，c級范圍內(nèi)的有3個點,d級范圍內(nèi)的有28個點，周邊建筑物豎向位移和傾斜量和周邊建筑物及地表裂縫監(jiān)測值均處于a級范圍內(nèi)；周邊承壓水水位變化監(jiān)測18個點，屬于a級范圍內(nèi)的有8個點，b級范圍內(nèi)的有2個點，c級范圍內(nèi)的有1個點,d級范圍內(nèi)的有7個點。
根據(jù)上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到各二級影響因子的分布系數(shù)，形成隸屬度矩陣ri，結(jié)合各二級影響因子的權(quán)重矩陣，進行計算。則，
圍護結(jié)構(gòu)的變形的隸屬度為
內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的變形的隸屬度為
周邊建筑物、地表的變形的隸屬度為
周邊水位的變化的隸屬度為
由各一級影響因子的隸屬度xi組成得到綜合評判計算矩陣r，再計算基坑整體綜合評判隸屬度
計算評判值
按照本發(fā)明的基坑安全性劃分標準，評定基坑安全性級別為b級，即“存在疑問，需要進一步擴大檢測檢查、驗證”。故，決定對現(xiàn)場加強巡查、監(jiān)測。經(jīng)分析，該時間段基坑正開挖第三道支撐下部土方，由于局部止水帷幕失效，導(dǎo)致局部周邊路面沉降加劇，地下水位變化增大，但圍護結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的個別異常點不在該局部區(qū)域，所以基坑圍護結(jié)構(gòu)仍然處于安全、有效的狀態(tài)?？梢?，評價結(jié)果與工程實際安全狀態(tài)相吻合，對事前評價的定量指標準確直觀，在工程實踐中提供有指導(dǎo)性的預(yù)警功能。
實施例2
某大型高層住宅樓項目，由20幢32～40層住宅樓組成，二層地下室。基坑為不規(guī)則形，開挖深度約7.60m，基坑底面標高（含底板、墊層厚度）-10.40m。面積約83000㎡，基坑開挖面積為當(dāng)?shù)匾褜嵤╉椖孔畲竺娣e；基坑支護結(jié)構(gòu)部分采用預(yù)應(yīng)力錨桿支護結(jié)構(gòu)，為當(dāng)?shù)厥状尾捎??；又ёo結(jié)構(gòu)側(cè)壁安全等級為二級，結(jié)合周邊環(huán)境和地質(zhì)情況，在不同區(qū)域采用單排或雙排鉆孔樁、水泥攪拌樁、鋼筋混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力錨桿支護結(jié)構(gòu)、分級放坡和水泥攪拌樁止水帷幕型式、鉆孔樁樁間旋噴樁止水型式的兩至三種內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。該基坑位置的地質(zhì)特征主要為素填土、雜填土層、淤泥層和粉砂層，流塑態(tài)，土質(zhì)偏軟，屬典型的沿海地區(qū)軟土地基。
該基坑設(shè)計為二級基坑，一級影響因子包括圍護結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的變形、周邊建筑物和地表的變形、周邊水位的變化。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)包括預(yù)應(yīng)力錨桿支護結(jié)構(gòu)，故構(gòu)建判斷矩陣如上述表2-2。求解特征向量,得到
根據(jù)基坑工程實際內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)方案的型式，對基坑的下列項目（即各個一級影響因子所包括的二級影響因子）進行監(jiān)測：包括圍護樁深層水平位移、壓頂水平位移、壓頂及立柱沉降、錨索內(nèi)力、支撐軸力、周邊建筑物及地面沉降值、地下水位變化值。根據(jù)各種內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的分布情況，采用本發(fā)明所優(yōu)先選用的監(jiān)測設(shè)備，對各個監(jiān)測點的監(jiān)測項目按基坑開挖深度每1.5至3米觀測一次，水位變化每2-3天實測一次，周邊建筑物沉降實際觀測5-7次。
2014年10月16日，監(jiān)測系統(tǒng)提示基坑安全性有疑問。經(jīng)匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)，并按上述表4-1、表5-2、表4-3、表4-4進行歸類劃分，發(fā)現(xiàn)如下情況：圍護樁深層水平位移、壓頂水平位移量的監(jiān)測的63個數(shù)值中處于a~d級范圍的分別有27、15、18和3個值；壓頂及立柱沉降、錨索內(nèi)力、支撐軸力監(jiān)測值全部處于a級范圍；周邊建筑物及地面沉降監(jiān)測20個點位，屬于a~d級范圍內(nèi)的分別有2、7、8、3個點；周邊承壓水水位變化監(jiān)測值的分布，屬于a~d級范圍的幾率分別為0.583、0.33、0.084和0。
根據(jù)上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到各二級影響因子的分布系數(shù)，形成隸屬度矩陣ri，結(jié)合各二級影響因子的權(quán)重矩陣，進行計算。則，
圍護結(jié)構(gòu)的變形的隸屬度為
內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的變形的隸屬度為
周邊建筑物、地表的變形的隸屬度為
周邊水位的變化的隸屬度為
由各一級影響因子的隸屬度xi組成得到綜合評判計算矩陣r，再計算基坑整體綜合評判隸屬度
計算評判值
按照本發(fā)明的基坑安全性劃分標準，評定基坑安全性級別為b級，即“存在疑問，需要進一步擴大檢測檢查、驗證”。經(jīng)過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，了解到監(jiān)測點cx3、cx4的圍護樁深層水平位移量偏大。再據(jù)此加強對現(xiàn)場的巡查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場在cx3、cx4監(jiān)測點附近的局部基坑開挖速度太快，部分區(qū)域開挖超過計劃進度，局部開挖深度短時間內(nèi)超深，造成變形明顯加劇。雖然圍護樁的位移量較大，基坑圍護結(jié)構(gòu)整體的安全性仍然有保證。可見，評價結(jié)果與工程實際安全狀態(tài)相吻合，取得了良好的監(jiān)測效果。在工程實踐中具有的警示作用。