基于模糊综合分析法的桥承台上部结构施工对桥桩基的安全风险评价

陈丽萍， 夏玲， 陈卫平

(湖南华罡规划设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410076)

城市高架桥充分利用城市空间，与城市隧道形成地下、地上、交叉穿行的空间格局，成为诸多城市建设首选的交错交通结构。一些城市高架桥的桩基已与城市地铁隧道同时施工完毕，而桥梁承台上部结构在桥桩施工完成较长时间后才进行，其施工会对既有桩基安全造成威胁。史增朝等采用危险指数安全评价法建立风险评估模型，评价了桥梁拆除施工对周边桥梁的影响。关莎莎建立道路下穿某桥梁上部结构的有限元模型，分析了基坑开挖对桥梁结构变形的影响。国内对后施工影响周边建筑物安全的风险研究起步较晚，未形成科学、合理的管理体系和风险评价体系，造成这类工程不能顺利开展，同时基础数据难以收集，很难提供对相关建筑物受周边建筑物施工影响的判别依据。该文采用模糊综合分析法，基于桥承台上部结构施工与既有桩基的位置关系进行桩基安全风险识别和评价。

1 模糊综合分析法简介

采用单因素模糊评价法进行桥承台上部结构施工对既有桥桩基的安全风险评价。计算过程如下：

(1)建立指标集。建立因素指标集U={U1,U2,U3,…，Un}，确定评价对象。

(2) 计算指标权重。采用层次分析法确定指标权重。

(3) 建立评语集V。用V={V1,V2,V3,…，Vn}表示各种可能的评判结果，它是模糊综合评价向量的一个集合，用于构建等级隶属度函数。

(4) 建立隶属度R。依据指标集、评语集，邀请专家对评价对象进行打分，建立各评价对象的模糊关系矩阵R=(rij)n×m。

(5) 计算模糊综合评判集B。公式如下：

B=AR=(a1,a2,a3,…,an)·

(1)

2 安全风险评价体系

2.1 筛选安全风险指标

采用文献调研法，结合相关项目的风险评估报告，从技术层面、组织管理、自然环境3个方面筛选桥承台上部结构施工对邻近桥桩的安全风险指标(见表1)。

表1 桥承台上部结构施工对桥桩的安全风险

2.2 安全风险二次构建

桥承台上部结构施工对邻近桥桩的安全风险包括3个部分共16项。考虑到承台上部结构施工对既有桩基的位置关系等，部分风险因素发生概率极低，或从因素间的相互关系角度来看可对一些风险进行合并或删减。为此，运用德尔菲法进行风险因素筛选。

2.2.1 构建初始问卷

按表1中安全风险指标制作初始调查问卷，考虑到识别的风险因素可能存在不足，在问卷中增加补充意见栏，以获得科学、系统的安全风险指标。同时将项目背景及相关信息作为调查问卷的附件，并对风险内容进行简单描述。

调研专家选择与调研内容相关的研究工作者，包括8名高校老师、4名政府质量监督管理人员、6名参与交叉施工管理的建设单位人员、12名高级工程师。共发放30份问卷，回收问卷30份，回收率100%。

2.2.2 风险因素检验

根据风险因素的重要程度、专家对风险因素的熟悉程度、风险因素的判断依据进行风险因素评价。风险重要程度划分为很重要、重要、较重要、一般重要、不太重要、不重要，分别对应10、8、6、4、2、0分。风险因素的专家熟悉程度划分为很熟悉、熟悉、较熟悉、一般熟悉、不太熟悉、不熟悉，系数分别为1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.0。风险因素的判断依据划分为经验类、理论类、了解程度类、直观类，系数分别为1.00、0.75、0.50、0.25。

依次进行风险因素重要程度、专家熟悉程度及判断依据判断，确定评价的权威程度和专家意见的一致性，结果见表2。由表2可知：2轮检验的权威程度值均大于0.8，根据文献[6]，问卷调查的一致性为可接受水平，问卷调研数据可靠。

表2 专家权威程度检验结果

结合肯德尔和谐系数W进一步确定调研专家意见的一致性，计算公式如下：

(2)

式中：Ri为第i个被评安全风险因素数量之和；N为被评定的安全风险数量；K为问卷调研专家人数。

W值为[0，1]，其值越大，安全风险确认的一致性程度越高，W=1时安全风险因素评价结果为完全一致，W=0时安全风险因素评价结果为完全不一致。

采用SPSS软件进行处理，得第1轮、第2轮的W值分别为0.878、0.872，2轮W值较接近，表明调研专家意见较一致。

2.2.3 问卷初次调研

对收集的初始问卷调研结果进行统计，结果见表3。

表3 桥承台上部结构施工对桥桩安全风险因素的初步调查结果

续表3

由表3可知：根据专家意见，16项风险中的5项可缩减，包括4项可与其他风险合并的风险、1项可忽略的风险。另外，部分专家认为凿除桩头深度过大可能引起桩基不稳定，应增加“凿除桩头深度”。

2.2.4 问卷再次调研

按初始问卷调研结果制作二次调查问卷再次进行调研，收集专家意见，删除专家认可比例低的风险因素，最终确定的风险因素见表4。

表4 最终风险因素识别结果

3 案例分析

3.1 工程概况

长沙市先锋路匝道桥西起高升路，东至洞和路，与长株潭城际铁路相邻。图1为先锋路匝道桥平面图。

图1 先锋路南、北匝道桥平面图

该匝道桥沿线基岩为白垩系泥质粉砂岩，为极软岩，水理性质差，且存在不均匀风化。桥的桩基和城际铁路隧道均已完成建设，即将进行桥承台上部结构施工。桥承台上部结构体积大，施工要求高，尤其是在施工前需破除部分桩头，破除时开挖深度最大处超过4 m。考虑到破除桩头及承台上部结构施工可能对已有桩基及周边隧道造成影响，施工前应对周边隧道及桥梁桩基的安全性进行分析，识别、评价相关风险。

3.2 桥承台上部结构施工对桥桩的安全风险评价

3.2.1 确定安全风险指标权重

采用层次分析法确定一级指标、二级指标的权重，一级指标权重乘以二级指标权重即为综合权重(见表5)。

表5 安全风险指标的权重

由表5可知：1) 一级指标中，技术层面安全风险的权重最大，其次是组织管理安全风险、自然环境安全风险。2) 二级指标中，桥梁承台与底下桩基的位置关系安全风险的综合权重最大，其次是施工信息反馈与处理风险，桩基沉降与位移、施工自然环境应对、凿除桩头深度等安全风险的权重也较大。这些风险因素对项目风险的影响最大，是需重点关注的风险因素。

3.2.2 计算隶属度矩阵

风险隶属度矩阵由专家对各风险指标的等级判断统计获得，风险隶属度打分分为高、较高、中等、较低、低5个等级。收集专家的打分情况，形成风险因素的影响等级隶属度矩阵：

同理，构建风险因素的概率矩阵，考虑篇幅，不再列出。

3.2.3 计算风险指标等级

根据GB/T 23694—2013《风险管理 术语》、GB/T 27921—2011《风险管理 风险评估技术》等规范对风险等级的划分原则确定安全风险发生概率及等级分值范围(见表6)。

表6 桥承台上部结构施工对桥桩安全风险的概率及影响等级

对风险发生概率及风险影响程度进行权重相乘，得到加权值(见表7)。

表7 风险等级计算结果

由表7可知：无风险等级为5级的风险因素，说明桥承台上部结构施工对桥桩的安全影响并未达到最严重状态；达到4级的安全风险因素较多，共6项，分别为支护结构、施工方案、桩基沉降或位移、桥梁承台与底下桩基的位置关系、桩基安全防护体系、信息反馈与处理，这些是桥承台施工中需重点考虑的安全风险因素；达到3级的风险因素有2项，风险等级为2级的安全风险因素有4项，没有1级等级的安全风险因素。舍弃对安全风险影响较小的风险因素，安全风险指标选择符合项目施工的监测需求。

3.2.4 风险模糊综合评价

设评价向量为Bi(i=1,2,3)，则有：

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。“低头族”“低头”会浏览到各种文化垃圾，头脑很容易被娱乐信息和垃圾信息充斥，造成思维僵化、情感木然，探究能力消失，消解了主流文化和精英文化的影响力，高雅文化很少顾及，最后成为了低俗平庸的精神生活主体，而不是追求理想与超越的创造主体；在道德建设方面，“低头族”接受的信息大多是满足青年人表面的低俗的感官欢愉，久而久之，降低了他们欣赏水平和分辨能力，造成价值混乱，享乐主义、功利主义泛滥，造成个人道德无责任化倾向，社会道德冷漠化倾向；在理想信方面，信仰缺失，信念弱化，追求的不过是物质的满足和低层次的虚无缥缈的快乐。这些严重损害了他们构建和谐精神生活的能力，导致精神生活失衡、失序。

将以上计算向量合并形成总的隶属度评价矩阵：

设综合权重为w，评语集Bi的综合权重为：

w=(0.6,0.3,0.1)

桥承台上部结构施工对桥桩的安全风险综合评价向量A为：

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

评语集V=(高，较高，中等，较低，低)，评价向量A中的最大值为0.45，对应评语集中的中等，桥承台上部结构施工对桥桩的安全风险为中等水平。

4 结论

(1) 桥承台上部结构施工对桥桩的安全风险主要包括技术层面、组织管理、自然环境三方面，共有12项子风险。

(2) 一级指标风险中，技术层面安全风险的权重最大，其次是组织管理安全风险、自然环境安全风险。二级指标中，桥梁承台与底下桩基的位置关系安全风险的权重最大，其次是施工信息反馈与处理风险，桩基沉降与位移风险、施工自然环境应对、凿除桩头深度等安全风险的权重也较大，这些风险因素对项目风险程度的影响最大，是需重点关注的风险因素。

(3) 12项安全风险中，风险发生概率较大的有桥梁承台与底下桩基的位置关系、信息反馈与处理；风险影响等级较高的有支护结构、施工方案、桩基沉降或位移、桥梁承台与底下桩基的位置关系、桩基安全防护体系、信息反馈与处理，这些是施工中需重点关注的安全风险因素；其余安全风险因素发生概率及影响等级均不高。

(4) 桥承台上部结构施工对桥桩的安全风险处于中等水平。