基坑工程地下空間開發(fā)工程適宜性評價

秦迎賓 劉漢強 孫懷軍

(天津市勘察院，天津 300191)

基坑工程地下空間開發(fā)工程適宜性評價

秦迎賓 劉漢強 孫懷軍

(天津市勘察院，天津 300191)

地下空間開發(fā)利用涉及工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、巖土體條件、地面及地域位置條件和不良地質(zhì)條件，采用層次分析法，在宏觀上分析了影響地下空間開發(fā)適宜性的各個層次指標因素的重要性程度的區(qū)別，計算出各個指標因素在評價過程中的權(quán)重，以此對地下空間開發(fā)利用適宜性進行綜合評價。

基坑工程，地下空間，適宜性，層次分析

0 引言

從20世紀90年代開始，中華人民共和國建設(shè)部頒發(fā)《城市地下空間開發(fā)利用管理規(guī)定》，指導(dǎo)城市地下空間的開發(fā)工作。經(jīng)過幾年時間的實施和實際經(jīng)驗的積累，2001年，建設(shè)部對該規(guī)定進行了修改和完善，頒布了《建設(shè)部關(guān)于修改〈城市地下空間開發(fā)利用管理規(guī)定〉的決定》，提出了在進行地下空間開發(fā)時要綜合考慮不同地區(qū)的地域特征和地質(zhì)條件，對城市地下空間開發(fā)利用的指導(dǎo)更加具有實際意義。

1992年，清華大學(xué)的祝文君教授指導(dǎo)完成了國內(nèi)第一個對城市宏觀層次的地下空間資源調(diào)查——“北京舊城區(qū)淺層地下空間資源調(diào)查與利用研究”，本次研究建立了地下空間的初步模型和資源調(diào)查的基本概念體系，首次提出了城市地下空間資源分層調(diào)查的方法，建立了以層次分析法為基礎(chǔ)的評估指標體系和結(jié)構(gòu)模型。對于石家莊地區(qū)，2005年，河北省水文工程地質(zhì)勘察院進行了石家莊市工程地質(zhì)環(huán)境綜合評價，建立了石家莊市工程地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價體系和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，為石家莊的城市總體規(guī)劃和土地利用規(guī)劃提供了決策依據(jù)和支持。

1 層次分析模型的建立

根據(jù)評價體系分析，按不同性質(zhì)把各影響因素分類并建立層次關(guān)系。對某一層次的元素來說，它既受上一層次的元素支配，又對下一層次的某些元素起到支配作用，全部因素組成層層聯(lián)系的遞階結(jié)構(gòu)[1](見表1)。

表1 層次分析評估體系

各個層次的含義如下:

目標層:為解決問題的目標，層次分析需滿足總目標要求。

準則層:通過采取某種措施來使預(yù)定總目標所涉及中間環(huán)節(jié)得以實現(xiàn)。

指標層:為要解決問題，所需選取的各類措施等。

2 評價指標權(quán)重計算及一致性的檢驗

2.1 評價指標權(quán)重的計算

AHP層次分析法的基本原理就是建立評價模型后，根據(jù)評價結(jié)構(gòu)的層次，將目標層、準則層和指標層每個層次的影響因素兩兩比較，根據(jù)重要性等級的比較構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣表示在復(fù)雜系統(tǒng)研究中，針對層次結(jié)構(gòu)中的某元素而言，引入合理度量標準，判斷該層次中各有關(guān)元素相對重要性程度。最后，求出判斷矩陣最大特征根λmax及它所對應(yīng)的特征向量，判斷矩陣最大特征根對應(yīng)的特征向量，就是每個因素在整個多因素綜合層次評價結(jié)構(gòu)中的權(quán)重。

本節(jié)根據(jù)評價指標對目標的重要程度建立評判矩陣：

A=(aij)n×n(i，j=1，2，3，…，n)。

其中，aij就是兩個指標相比，對于目標層的重要性比例標度。

根據(jù)調(diào)查的地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，利用中國科學(xué)評價研究中心張建華教授的Yaahp0.4.1軟件計算判斷矩陣的最大特征根對應(yīng)的特征向量，也就是各因素的權(quán)重大小，計算出各個影響因素在地下空間開發(fā)利用適宜性評價過程中的權(quán)重。

2.2 一致性檢驗

判斷矩陣是經(jīng)過咨詢相關(guān)專家，兩兩比較影響因素的重要性等級建立的，較客觀地反映出兩個影響因素影響力的差別，能減少其他因素的干擾，但是綜合全部比較結(jié)果時，受到人為主觀因素影響較大，不同專家所作判斷矩陣一致性是不能確定的。在構(gòu)造判斷矩陣時，不允許判斷偏離一致性過大[2]。因此，應(yīng)該查看關(guān)于判斷性矩陣是否具有令人滿意的一致性。

若隨機一致性比率CR滿足下式:

則稱其具有滿意一致性。在公式中RI表示平均隨機一致性指標，CI表示一致性指標，CI=(λmax-n)/(n-1)，由表2查出。

當(dāng)n=1，2，3，…，9時，T.L.Satty教授給出RI值。

表2 平均隨機一致性指標RI查詢表

根據(jù)中間層與指標層的權(quán)重比例，計算隨機的一致性比例為CR，當(dāng)CR<0.10時，則認為判斷矩陣的一致性是可以被接受的，不滿足CR<0.10的條件時，則需調(diào)整本層次的各判斷矩陣，也就是調(diào)整各個影響因素重要性比較等級，直至層次總排序的一致性檢驗滿足平均隨機一致性比例CR<0.10為止[3](見表3)。

表3 層次總排序權(quán)重計算表

3 12 m基坑工程支護形式

中層0 m～12 m基坑開挖，根據(jù)石家莊的工程地質(zhì)條件特征，一般采用土釘墻支護的形式。土釘墻是由原位土體、土釘群、防水系統(tǒng)及噴射混凝土面層等組成。土釘則是在土中鉆孔后，植入帶肋鋼筋、變形鋼筋等后注漿而成。土釘主要依靠其與土體的摩擦力或粘聚力同周圍土體緊密連接成一個穩(wěn)定的整體，形成一個近似重力式擋土墻的整體結(jié)構(gòu)，抵抗墻后土壓力，保證開挖面穩(wěn)定、安全。土釘主要對土體起到加固和約束的作用，除此之外，土釘亦可以采用鋼管、角鋼等直接擊入的方法植入土中。

土釘墻屬于土體加筋技術(shù)，與加筋擋土墻相似，但又有所區(qū)別。土釘墻是在原狀土中加筋，加筋擋土墻則是填土?xí)r加筋。土釘墻受力最大的土釘位于中部，底部土釘受力最小。土釘墻是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，土釘?shù)淖饔檬菑浹a土體強度不足，提高原狀土體整體的抗拉、抗剪強度。通過與原狀土體的相互作用，對邊坡的變形、破壞形態(tài)進行了改變，顯著提高了邊坡的穩(wěn)定性，并改善了其承受超載的能力，同時因為土體變形小，對鄰近建筑物的影響亦較小。

4 12 m基坑工程適宜性分區(qū)

0 m～12 m基坑工程適宜性計算成果見圖1，適宜性評價分區(qū)見圖2。

5 結(jié)語

0 m～12 m基坑工程地下空間開發(fā)工程適宜性評價:

1)基坑工程適宜區(qū)分布范圍。

分布于市區(qū)大部、東部新區(qū)中部以及正定新區(qū)大部；分區(qū)特征：無軟土、濕陷性土分布，圍巖整體穩(wěn)固，土體粘聚力高，基坑支護一般采用土釘墻支護形式。

2)基坑工程比較適宜區(qū)分布范圍。

分布于東部產(chǎn)業(yè)區(qū)東南部以及老城區(qū)東北角；分區(qū)特征：工程地質(zhì)條件較簡單，地下水位埋藏較深，基坑開挖支護措施費用較高。

3)基坑工程適宜度較差分布范圍。

分布于東部產(chǎn)業(yè)區(qū)西北部、老城區(qū)西北及西南角成點、塊狀分布；分區(qū)特征：工程地質(zhì)條件和地下水條件較復(fù)雜，有少量軟土分布，軟土厚度一般小于3 m。

4)基坑工程適宜度差分布范圍。

分布于西三環(huán)大郭村、康莊一帶和正定縣城西部；分區(qū)特征：工程地質(zhì)條件和地下水條件很復(fù)雜，圍巖整體穩(wěn)固性差，基坑開挖施工困難，需要特殊的支護措施。

在這個灰色綜合評估模型的基礎(chǔ)上，對石家莊地下空間開發(fā)利用適宜性等級進行了劃分。石家莊市地下空間開發(fā)利用適宜性綜合評價結(jié)果為：適宜占55%，比較適宜占20%，適宜性較差占15%，適宜性差10%?？傮w上，石家莊大部分地區(qū)地下空間開發(fā)適宜性較好，比較適宜進行地下空間的開發(fā)和利用。

[1] 孔令曦.城市地下空間可持續(xù)發(fā)展評價模型及對策的研究[D].上海：同濟大學(xué)，2006.

[2] 馬 仕.上海城市發(fā)展對地下空間資源開發(fā)利用的需求預(yù)測研究[D].上海：同濟大學(xué),2007.

[3] 唐福祥.東莞市地下空間開發(fā)需求預(yù)測及巖土技術(shù)初探[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2007.

[4] 童林旭.為21世紀的城市發(fā)展準備足夠的地下空間資源[J].地下空間，2000，20(1):1-5.

On suitability evaluation of underground space development projects of foundation pit projects

Qin Yingbin Liu Hanqiang Sun Huaijun

(TianjinSurveyInstitute,Tianjin300191,China)

The paper indicates the underground space development involves the engineering geological conditions, hydrological conditions, rock and earth conditions, ground and regional location and unfavorable conditions, adopts the hierarchical analysis method, analyzes the differentiation of the importance of various indexes affecting the adoptability of the underground space suitability, and calculates the weight evaluation in the evaluation process of various factors, so as to undertake the comprehensive evaluation of the underground space development suitability.

foundation pit project, underground space, suitability, hierarchical analysis

2015-04-14

秦迎賓(1982- )，男，工程師； 劉漢強(1987- )，男，助理工程師； 孫懷軍(1975- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)19-0061-02

TU463

A