基于模糊綜合分析法的橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁基的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

陳麗萍， 夏玲， 陳衛(wèi)平

(湖南華罡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410076)

城市高架橋充分利用城市空間，與城市隧道形成地下、地上、交叉穿行的空間格局，成為諸多城市建設(shè)首選的交錯(cuò)交通結(jié)構(gòu)。一些城市高架橋的樁基已與城市地鐵隧道同時(shí)施工完畢，而橋梁承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)在橋樁施工完成較長(zhǎng)時(shí)間后才進(jìn)行，其施工會(huì)對(duì)既有樁基安全造成威脅。史增朝等采用危險(xiǎn)指數(shù)安全評(píng)價(jià)法建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，評(píng)價(jià)了橋梁拆除施工對(duì)周邊橋梁的影響。關(guān)莎莎建立道路下穿某橋梁上部結(jié)構(gòu)的有限元模型，分析了基坑開(kāi)挖對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)變形的影響。國(guó)內(nèi)對(duì)后施工影響周邊建筑物安全的風(fēng)險(xiǎn)研究起步較晚，未形成科學(xué)、合理的管理體系和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，造成這類(lèi)工程不能順利開(kāi)展，同時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以收集，很難提供對(duì)相關(guān)建筑物受周邊建筑物施工影響的判別依據(jù)。該文采用模糊綜合分析法，基于橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工與既有樁基的位置關(guān)系進(jìn)行樁基安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)價(jià)。

1 模糊綜合分析法簡(jiǎn)介

采用單因素模糊評(píng)價(jià)法進(jìn)行橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有橋樁基的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。計(jì)算過(guò)程如下：

(1)建立指標(biāo)集。建立因素指標(biāo)集U={U1,U2,U3,…，Un}，確定評(píng)價(jià)對(duì)象。

(2) 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。

(3) 建立評(píng)語(yǔ)集V。用V={V1,V2,V3,…，Vn}表示各種可能的評(píng)判結(jié)果，它是模糊綜合評(píng)價(jià)向量的一個(gè)集合，用于構(gòu)建等級(jí)隸屬度函數(shù)。

(4) 建立隸屬度R。依據(jù)指標(biāo)集、評(píng)語(yǔ)集，邀請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行打分，建立各評(píng)價(jià)對(duì)象的模糊關(guān)系矩陣R=(rij)n×m。

(5) 計(jì)算模糊綜合評(píng)判集B。公式如下：

B=AR=(a1,a2,a3,…,an)·

(1)

2 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

2.1 篩選安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

采用文獻(xiàn)調(diào)研法，結(jié)合相關(guān)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，從技術(shù)層面、組織管理、自然環(huán)境3個(gè)方面篩選橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)鄰近橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)(見(jiàn)表1)。

表1 橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)

2.2 安全風(fēng)險(xiǎn)二次構(gòu)建

橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)鄰近橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)包括3個(gè)部分共16項(xiàng)。考慮到承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有樁基的位置關(guān)系等，部分風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率極低，或從因素間的相互關(guān)系角度來(lái)看可對(duì)一些風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合并或刪減。為此，運(yùn)用德?tīng)柗品ㄟM(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素篩選。

2.2.1 構(gòu)建初始問(wèn)卷

按表1中安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)制作初始調(diào)查問(wèn)卷，考慮到識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)因素可能存在不足，在問(wèn)卷中增加補(bǔ)充意見(jiàn)欄，以獲得科學(xué)、系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。同時(shí)將項(xiàng)目背景及相關(guān)信息作為調(diào)查問(wèn)卷的附件，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單描述。

調(diào)研專(zhuān)家選擇與調(diào)研內(nèi)容相關(guān)的研究工作者，包括8名高校老師、4名政府質(zhì)量監(jiān)督管理人員、6名參與交叉施工管理的建設(shè)單位人員、12名高級(jí)工程師。共發(fā)放30份問(wèn)卷，回收問(wèn)卷30份，回收率100%。

2.2.2 風(fēng)險(xiǎn)因素檢驗(yàn)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素的重要程度、專(zhuān)家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的熟悉程度、風(fēng)險(xiǎn)因素的判斷依據(jù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)重要程度劃分為很重要、重要、較重要、一般重要、不太重要、不重要，分別對(duì)應(yīng)10、8、6、4、2、0分。風(fēng)險(xiǎn)因素的專(zhuān)家熟悉程度劃分為很熟悉、熟悉、較熟悉、一般熟悉、不太熟悉、不熟悉，系數(shù)分別為1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.0。風(fēng)險(xiǎn)因素的判斷依據(jù)劃分為經(jīng)驗(yàn)類(lèi)、理論類(lèi)、了解程度類(lèi)、直觀類(lèi)，系數(shù)分別為1.00、0.75、0.50、0.25。

依次進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素重要程度、專(zhuān)家熟悉程度及判斷依據(jù)判斷，確定評(píng)價(jià)的權(quán)威程度和專(zhuān)家意見(jiàn)的一致性，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：2輪檢驗(yàn)的權(quán)威程度值均大于0.8，根據(jù)文獻(xiàn)[6]，問(wèn)卷調(diào)查的一致性為可接受水平，問(wèn)卷調(diào)研數(shù)據(jù)可靠。

表2 專(zhuān)家權(quán)威程度檢驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合肯德?tīng)柡椭C系數(shù)W進(jìn)一步確定調(diào)研專(zhuān)家意見(jiàn)的一致性，計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Ri為第i個(gè)被評(píng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)量之和；N為被評(píng)定的安全風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量；K為問(wèn)卷調(diào)研專(zhuān)家人數(shù)。

W值為[0，1]，其值越大，安全風(fēng)險(xiǎn)確認(rèn)的一致性程度越高，W=1時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)結(jié)果為完全一致，W=0時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)結(jié)果為完全不一致。

采用SPSS軟件進(jìn)行處理，得第1輪、第2輪的W值分別為0.878、0.872，2輪W值較接近，表明調(diào)研專(zhuān)家意見(jiàn)較一致。

2.2.3 問(wèn)卷初次調(diào)研

對(duì)收集的初始問(wèn)卷調(diào)研結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁安全風(fēng)險(xiǎn)因素的初步調(diào)查結(jié)果

續(xù)表3

由表3可知：根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)，16項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)中的5項(xiàng)可縮減，包括4項(xiàng)可與其他風(fēng)險(xiǎn)合并的風(fēng)險(xiǎn)、1項(xiàng)可忽略的風(fēng)險(xiǎn)。另外，部分專(zhuān)家認(rèn)為鑿除樁頭深度過(guò)大可能引起樁基不穩(wěn)定，應(yīng)增加“鑿除樁頭深度”。

2.2.4 問(wèn)卷再次調(diào)研

按初始問(wèn)卷調(diào)研結(jié)果制作二次調(diào)查問(wèn)卷再次進(jìn)行調(diào)研，收集專(zhuān)家意見(jiàn)，刪除專(zhuān)家認(rèn)可比例低的風(fēng)險(xiǎn)因素，最終確定的風(fēng)險(xiǎn)因素見(jiàn)表4。

表4 最終風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別結(jié)果

3 案例分析

3.1 工程概況

長(zhǎng)沙市先鋒路匝道橋西起高升路，東至洞和路，與長(zhǎng)株潭城際鐵路相鄰。圖1為先鋒路匝道橋平面圖。

圖1 先鋒路南、北匝道橋平面圖

該匝道橋沿線基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖，為極軟巖，水理性質(zhì)差，且存在不均勻風(fēng)化。橋的樁基和城際鐵路隧道均已完成建設(shè)，即將進(jìn)行橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工。橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)體積大，施工要求高，尤其是在施工前需破除部分樁頭，破除時(shí)開(kāi)挖深度最大處超過(guò)4 m。考慮到破除樁頭及承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工可能對(duì)已有樁基及周邊隧道造成影響，施工前應(yīng)對(duì)周邊隧道及橋梁樁基的安全性進(jìn)行分析，識(shí)別、評(píng)價(jià)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.2.1 確定安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重

采用層次分析法確定一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，一級(jí)指標(biāo)權(quán)重乘以二級(jí)指標(biāo)權(quán)重即為綜合權(quán)重(見(jiàn)表5)。

表5 安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重

由表5可知：1) 一級(jí)指標(biāo)中，技術(shù)層面安全風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重最大，其次是組織管理安全風(fēng)險(xiǎn)、自然環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)。2) 二級(jí)指標(biāo)中，橋梁承臺(tái)與底下樁基的位置關(guān)系安全風(fēng)險(xiǎn)的綜合權(quán)重最大，其次是施工信息反饋與處理風(fēng)險(xiǎn)，樁基沉降與位移、施工自然環(huán)境應(yīng)對(duì)、鑿除樁頭深度等安全風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重也較大。這些風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的影響最大，是需重點(diǎn)關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)因素。

3.2.2 計(jì)算隸屬度矩陣

風(fēng)險(xiǎn)隸屬度矩陣由專(zhuān)家對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的等級(jí)判斷統(tǒng)計(jì)獲得，風(fēng)險(xiǎn)隸屬度打分分為高、較高、中等、較低、低5個(gè)等級(jí)。收集專(zhuān)家的打分情況，形成風(fēng)險(xiǎn)因素的影響等級(jí)隸屬度矩陣：

同理，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)因素的概率矩陣，考慮篇幅，不再列出。

3.2.3 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等級(jí)

根據(jù)GB/T 23694—2013《風(fēng)險(xiǎn)管理 術(shù)語(yǔ)》、GB/T 27921—2011《風(fēng)險(xiǎn)管理 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)》等規(guī)范對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分原則確定安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率及等級(jí)分值范圍(見(jiàn)表6)。

表6 橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁安全風(fēng)險(xiǎn)的概率及影響等級(jí)

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率及風(fēng)險(xiǎn)影響程度進(jìn)行權(quán)重相乘，得到加權(quán)值(見(jiàn)表7)。

表7 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算結(jié)果

由表7可知：無(wú)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為5級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)因素，說(shuō)明橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁的安全影響并未達(dá)到最嚴(yán)重狀態(tài)；達(dá)到4級(jí)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素較多，共6項(xiàng)，分別為支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工方案、樁基沉降或位移、橋梁承臺(tái)與底下樁基的位置關(guān)系、樁基安全防護(hù)體系、信息反饋與處理，這些是橋承臺(tái)施工中需重點(diǎn)考慮的安全風(fēng)險(xiǎn)因素；達(dá)到3級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)因素有2項(xiàng)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為2級(jí)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素有4項(xiàng)，沒(méi)有1級(jí)等級(jí)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素。舍棄對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)影響較小的風(fēng)險(xiǎn)因素，安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)選擇符合項(xiàng)目施工的監(jiān)測(cè)需求。

3.2.4 風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)

設(shè)評(píng)價(jià)向量為Bi(i=1,2,3)，則有：

B1=w1R1=(0.22,0.12,0.40,0.15,0.11)

B2=w2R2=(0.13,0.15,0.32,0.23,0.18)

B3=w3R3=(0.14,0.14,0.22,0.30,0.20)

3.造成的危害。“低頭族”“低頭”會(huì)瀏覽到各種文化垃圾，頭腦很容易被娛樂(lè)信息和垃圾信息充斥，造成思維僵化、情感木然，探究能力消失，消解了主流文化和精英文化的影響力，高雅文化很少顧及，最后成為了低俗平庸的精神生活主體，而不是追求理想與超越的創(chuàng)造主體；在道德建設(shè)方面，“低頭族”接受的信息大多是滿足青年人表面的低俗的感官歡愉，久而久之，降低了他們欣賞水平和分辨能力，造成價(jià)值混亂，享樂(lè)主義、功利主義泛濫，造成個(gè)人道德無(wú)責(zé)任化傾向，社會(huì)道德冷漠化傾向；在理想信方面，信仰缺失，信念弱化，追求的不過(guò)是物質(zhì)的滿足和低層次的虛無(wú)縹緲的快樂(lè)。這些嚴(yán)重?fù)p害了他們構(gòu)建和諧精神生活的能力，導(dǎo)致精神生活失衡、失序。

將以上計(jì)算向量合并形成總的隸屬度評(píng)價(jià)矩陣：

設(shè)綜合權(quán)重為w，評(píng)語(yǔ)集Bi的綜合權(quán)重為：

w=(0.6,0.3,0.1)

橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)向量A為：

A=wR=(0.120,0.174,0.450,0.140,0.125)

評(píng)語(yǔ)集V=(高，較高，中等，較低，低)，評(píng)價(jià)向量A中的最大值為0.45，對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)集中的中等，橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)為中等水平。

4 結(jié)論

(1) 橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括技術(shù)層面、組織管理、自然環(huán)境三方面，共有12項(xiàng)子風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)中，技術(shù)層面安全風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重最大，其次是組織管理安全風(fēng)險(xiǎn)、自然環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)。二級(jí)指標(biāo)中，橋梁承臺(tái)與底下樁基的位置關(guān)系安全風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重最大，其次是施工信息反饋與處理風(fēng)險(xiǎn)，樁基沉降與位移風(fēng)險(xiǎn)、施工自然環(huán)境應(yīng)對(duì)、鑿除樁頭深度等安全風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重也較大，這些風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)程度的影響最大，是需重點(diǎn)關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)因素。

(3) 12項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)中，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率較大的有橋梁承臺(tái)與底下樁基的位置關(guān)系、信息反饋與處理；風(fēng)險(xiǎn)影響等級(jí)較高的有支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工方案、樁基沉降或位移、橋梁承臺(tái)與底下樁基的位置關(guān)系、樁基安全防護(hù)體系、信息反饋與處理，這些是施工中需重點(diǎn)關(guān)注的安全風(fēng)險(xiǎn)因素；其余安全風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率及影響等級(jí)均不高。

(4) 橋承臺(tái)上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)橋樁的安全風(fēng)險(xiǎn)處于中等水平。