范源麟1 陈伊帆1 陈雷明1 王拓1 王淇1 李维光1
1.四川师范大学工学院 四川成都 610000
摘要：针对嘉信花园深基坑周边环境复杂、技术要求高等要求，基于深基坑支护方案优选的影响因素具有的不确定性、关联性等特点，构建了4个准则层、12个指标层的深基坑支护方案优选综合评价指标体系；基于层次分析理论，构造了阶层结构及其对应的判断矩阵，确定了评价指标的权重；基于模糊数学理论，建立了深基坑支护方案的模糊综合评判模型，按照综合优越度最大原则，评判备选支护方案的优劣。嘉信花园工程实践表明，采用该评判优选模型能提高优选的合理性和可信度，为工程建设提供可参考的优选依据。
关键词：深基坑；支护方案；综合评判；复杂环境；优选
0引言
处于既有建(构)筑物附近的深基坑工程，其施工受到更为严格的周边环境制约[1]。基坑支护方案的优劣不仅关系到工程造价、施工进度和周围环境安全，而且关系到施工难度[2-3]。而基坑支护方案的优选涉及因素多，且各影响因素相互影响。近年来，国内外学者提出了许多基坑支护方案的优选方法[4-10]，取得了一定成效。但这些方法少有考虑影响因素的复杂性、关联性和随机性[11-13]。对于深基坑工程，建立可靠、合理的基坑支护方案综合评判模型，从备选可行方案中选择一个最优支护方案显得尤为重要。因此，基于层次分析理论和模糊数学理论，采用层次分析法确定各评价因素的权重，根据模糊数学理论建立深基坑支护方案的模糊综合评判模型，按照相对优越度最大原则，评判备选支护方案的优劣，保证优选支护方案可靠、合理、经济。
1构建优选方案综合评价指标体系
基坑支护方案的选择是一项复杂的系统工程问题，既要考虑设计的支护方案技术上可行性和经济上合理性，又要考虑基坑施工、工程建设和对周围环境、工期的影响。通过对深基坑地层条件及其周围环境的调查研究，结合相关技术规范、工程建设要求，利用层次分析原理，建立深基坑支护方案优选综合评价指标体系，该评价指标体系由目标层U、4项准则层P、12项指标层C、若干项方案层d共计4个层次组成，如图1所示。
图1 深基坑支护优选综合评价指标体系
2建立模糊层次综合评判模型
2.1确定评价因素权重
科学合理的确定评价指标的权重，是优选基坑支护方案的关键问题。确定评价指标权重的方法很多，而层次分析(AHP)法考虑了专家的专业知识、经验以及其意向，其评价指标权重的合理性较高。为此，根据图1的综合评价指标体系，采用层次分析理论中标度法[14]，对上一层某个元素j与下一层相关的元素进行两两对比，得出由因子i相对于因子j的重要度aij构成的n×n阶判断矩阵
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2.2建立模糊综合评判集合
假设深基坑工程支护体系有m个可供选择的支护方案，每个方案用n个指标来评价，第i个支护方案的第j个评价指标的特征值为xij，则n个评价指标对m个支护方案的评价目标特征值矩阵X可表示为
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3工程实例
3.1工程概况
嘉信花园位于龙泉驿区怡安路，其西、南面紧邻城市马路，东、北面距已建建(构)筑物8～11m。场地东西长度125～140m，南北宽度89～105m。基坑开挖深度13.2～15.5m，属于深基坑工程。四周建(构)筑物、道路、地下管线对沉降及位移都很敏感。基坑开挖影响范围内的土层主要由素填土、淤泥、细砂、粉质黏土及强风化泥岩组成。场地地下水直接受大气降水的补给，地下水位高。要求基坑开挖过程中不发生边坡事故，保证基坑周边建(构)筑物、道路和地下管线不产生明显的沉降及开裂。
3.2初步确定深基坑支护备选方案
根据本深基坑工程特征、周围环境条件及建设单位要求，在查阅相关资料、参照以往类似工程实际经验，在征求专家意见的基础上，可行的适合本深基坑工程的初步支护方案为：钻孔钢筋混凝土灌注桩加内支撑支护、双排钢筋混凝土灌注桩支护加内支撑支护和地下连续墙支护。
3.3确定各评价指标权重
根据图1评价指标体系，对准则层、指标层等定性评价指标，组织有建设单位安监部、施工单位项目部、监理单位、设计单位的5位有本专业的、有经验的专家，根据本深基坑工程实际、各支护方案的特点，在充分研究的基础上，邀请专家对评价指标的相对重要程度给出建议评估值，最后综合各专家的评分区间，由式(1)～(6)计算得到各定性评价指标的量化评价值，如表1所示。
从表1可知，指标层P对目标层U的总排序值W=(0.188，0.082，0.045，0.067，0.027，0.269，0.043，0.048，0.092，0.022，0.026，0.091)。
可见，在4项评价准则中，技术可行、环境保护对深基坑支护方案优选指标权重影响最大，其权重分别为0.409、0.36。在12项评价指标中，优选指标权重值大于5%的7项评价指标权重大小依次为：支护系统允许变形程度C6，权重0.269；支护整体稳定安全系数C1，权重0.188；施工工期C9，权重0.092；工程综合造价C12，权重0.091；设计计算理论的成熟性C2，权重0.082；施工技术可行性和可靠性C4，权重0.067。
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3.4确定深基坑支护方案的综合优越度
根据图1所示深基坑支护方案优选综合评价指标体系，通过式(1)～(6)、式 (9)计算得到各个评价指标对深基坑支护备选方案的权重及其相对优属度，从而得到深基坑支护备选方案的相对优属度矩阵
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根据式(10)，可得出深基坑支护备选方案的综合优越度D=(0.5324，0.5295，0.497)。
可见，三种备选支护方案的综合优越度差别较小，其中第一、二种备选支护方案几乎相同。根据最大优越度原则，钻孔钢筋混凝土灌注桩加内支撑支护方案综合优越度最高，双排钢筋混凝土灌注桩支护加内支撑支护方案综合优越度次之，最差方案为地下连续墙支护方案。钻孔钢筋混凝土灌注桩加内支撑支护方案为最佳推荐方案，也为实际采用的方案。
4 结语
(1)基于深基坑支护方案优选的影响因素具有的不确定性、关联性特点，结合深基坑工程的特点，构建了4项准则层、12项指标层的深基坑支护方案优选综合评价指标体系。
(2)基于层次分析理论和模糊数学理论，建立了深基坑支护方案的模糊综合优选模型；嘉信花园深基坑支护实际应用表明，3个备选方案中，钻孔钢筋混凝土灌注桩加内支撑支护方案综合优越度最高，为推荐支护方案，也为实际采用的方案。
(3)在影响深基坑工程支护方案优选的4项一级准则层中，技术可行、环境保护对基坑支护方案优选指标权重值影响最大；在12项二级指标层中，优选指标权重值大于5%的7项评价指标权重大小依次为支护系统允许变形程度、支护整体稳定安全系数、施工工期、工程综合造价、设计计算理论的成熟性、施工技术可行性和可靠性。
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