基于证据理论的灌注桩外挂直墙施工风险评估

2023-11-09赵旺峰胡建森

水利技术监督 2023年10期

暴坡，赵旺峰，胡建森，古向

(1.中国水电十五局第三工程公司，陕西咸阳 712000；2.华北水利水电大学水利学院，河南郑州 450046)

0 引言

灌注桩连续墙外挂混凝土直墙主要用于城市内河道疏浚工程。该工程可解决河道两岸居民区、道路密集问题，减少占地和工程开挖对道路、房屋的破坏影响。其工程施工流程为：灌注桩施工、灌注桩化学植筋、外挂面板钢筋制做安装、模板安装、分层浇筑混凝土、混凝土养护。现其施工风险已严重影响了工程施工安全管理工作，如何准确评判和预估灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险已成为工程施工亟需解决的关键问题。

目前国内外学者对施工风险进行了大量的研究，并取得了丰富的研究成果。卢鑫月等[1]基于动态贝叶斯网络构建了地铁隧道施工风险模型，并利用模糊综合评价法对施工动态风险值进行了评估。李海文等[2]采用风险概率和发生后果为基础变量构建二维云模型，通过动态权重为指标赋权，实现了对川藏铁路特殊环境下桥梁施工的风险评估。魏道江等[3]将证据推理与模糊集理论结合提出了深基坑施工风险评估模型，解决了现有方法无法对风险评估结果进行信度评价的问题。乔建刚等[4]从技术、人员、组织管理等方面构建了高速公路施工风险因素评估指标表，并通过相对差异函数构建了综合相对隶属度矩阵，进而得到工程风险评估等级。黄建华等[5]利用故障树法对钻孔灌注桩等基坑围护结构进行风险识别，并采用贝叶斯网络和模糊综合评价法对基坑维护工程施工风险进行评估，评估结果显示围护结构渗流破坏、钻孔灌注桩破坏等因素风险等级较高，为避免风险事故发生提供了理论基础。

现有风险评估研究已经较为完善，但针对灌注桩外挂混凝土直墙施工风险评估的研究却较为匮乏，本文将从灌注桩施工风险、直墙模板施工风险、直墙混凝土工程施工风险、施工环境风险4个角度构建灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险评估指标体系，利用将层次分析法与D-S证据结合的评估方法，进行灌注桩外挂混凝土直墙施工风险评估。旨在为该工程项目施工安全管理提供理论参考，为类似工程风险评估提供借鉴。

1 评估体系构建

1.1 构建灌注桩直墙施工风险评估指标体系

灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工是一种新型施工方法，现有研究并没有构建过其施工风险评估指标体系。本文将理论研究与施工过程相结合，从灌注桩施工风险、直墙模板施工风险、直墙混凝土工程施工风险、施工环境风险4个方面构建灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险评估指标体系[6-11]。具体选取的评估指标见表1。

表1 施工风险评估指标体系

1.2 指标权重确定

本文采用层次分析法[12-14]确定评价指标权重，其主要内容和步骤包括：

(1)构建判断矩阵A=(aij)n×n

(1)

式中，aij>0，aij=1/aji，且aii=1，即此矩阵为判断矩阵。

(2)将判断矩阵A每列向量归一化处理，得到：

(2)

(3)

(4)

(5)近似计算判断矩阵最大特征值

(5)

(6)判断矩阵一致性检验[15]

(6)

表2 平均随机一致性指标

1.3 基于D-S证据理论的风险评估

1.3.1构建基本概率分配函数

(1)建立风险评价集

评价集是由对评价对象可能的评价结果所组成的集合V={v1，v2，…，vN}，评价集中各等级标准值记为S1，S2，…，SN，其中，vj是评价结果，N是等级数或者评语档次数[16]。本文将评价的风险划分为低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险5个等级[17]，即本文的评价集为V={低风险，较低风险，中等风险，中高风险、高风险}。各等级标准值为S1，S2，S3，S4，S5。

(2)基本概率分配函数

记xij为指标Cij的实测值。计算xij与等级N标准值的欧式距离，公式如下：

(7)

并通过以下公式得到基本概率分配函数。

(8)

(9)

(10)

1.3.2风险评估

(1)证据融合

将指标Xij对各个等级的基本概率分配函数值进行加权计算[18-19]，得出各指标mass值，公式如下：

(11)

式中，wj—指标Xj的权重；wmax—该指标所在的准则层指标权重最大值。

根据合成规则，对各指标mass值依次进行证据融合，分别得出上一层各指标因素的mass值，直至得出灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险的基本信任分配值，合成规则如下：

D-S证据理论中，若辨识框架Θ上有n组独立的证据{m1，m2，…，mn}，对应的焦元为{A1，A2，…，Ak}，则利用Dempster合成规则进行证据融合[20-21]，可表达为：

(12)

(2)风险综合评估

根据D-S证据理论合成规则，计算得出灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工各个风险等级的基本信任分配值，并根据最大隶属度原则确定风险等级，即基本信任配置值越大，此种风险等级发生的概率越大。

2 实例分析

2.1 工程项目简介

本文以引江济淮工程江淮沟通段J002-1标的灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工为例进行风险评估，该工程的肥西县主城区段，由于河道两岸现有、规划沿河交通干道，居民小区密集，故对该段河道断面8.6m高程以上建混凝土挂板式直立挡墙结构，在灌注桩连续墙外立面植筋衬挂30cm厚的钢筋混凝土面板。该工程采用的灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工具有创新性，可以为相关工程提供借鉴，但对该工程的施工风险并无相应研究。故本文选用该工程为案例，对其施工风险进行评估，为以后相关工程施工提供参考。

2.2 指标权重确定

根据本文构建的灌注桩直墙施工风险评估指标体系，邀请现场施工施工员、技术员、管理人员共10位，采用标度1-9及其倒数对各指标重要程度进行打分，将收集到的评分数据计算得出平均值，最终形成统一数据，利用统一数据得出的灌注桩施工风险评判矩阵如下：

将判断矩阵代入式(1)，式(2)和式(3)中计算得出灌注桩施工风险中各指标权重行列式如下：

Wi=(0.1421，0.5251，0.2743，0.0585)

随后，利用文中公式对灌注桩施工风险评判矩阵进行一致性检验，得出CR=0.0879<0.1，通过矩阵一致性检验。

同理可对其他指标的专家评分数据整理得出评判矩阵，利用文中公式得出各指标权重与准则层权重，并通过一致性检验。由于文章篇幅有限，故省略大部分重复计算过程，为更直观和简便的表现出灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险评价各指标权重，可将风险评价指标体系中准则层权重和二级指标权重的乘积作为最终的指标权重。最终得出各项指标权重见表3。

表3 风险评估指标权重

2.3 施工风险评估

2.3.1评价集的建立

本文构建评判集为V={V1，V2，V3，V4，V5}={低风险，较低风险，中等风险，较高风险、高风险}，各风险等级标准值为0.5，1.5，2.5，3.5，4.5，见表4。

表4 风险等级评分区间

2.3.2基本信任分配函数的计算

为准确评价风险，邀请现场施工技术人员10名按照评价集评分标准对本工程灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险评判因素的风险发生概率、风险严重程度即风险损失和风险不可控程度等进行评价打分。并进行统计，打分结果见表5。

通过式(6)计算各指标评分与风险等级的欧式距离，利用各指标欧氏距离通过式(7)与式(8)计算得出各指标的基本信任分配函数，并通过式(9)进行标准化。各指标基本信任分配函数计算结果见表6。

表6 基本信任分配函数值

2.3.3证据融合

通过式(10)结合指标权重对表6中各指标基本信任分配函数进行修证，得到各指标的mass值，见表7。

表7 mass值

根据合成规则，对各指标的mass值依次进行证据融合，分别得出上一层各指标因素的mass值，直至得出准则层与灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险的基本信任分配值，见表8。

表8 施工风险基本信任分配值

2.3.4风险评估结果

由表6可知，引江济淮工程江淮沟通段J002-1标的灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工风险情况为：属于低风险的信任度为0.000023，属于较低风险的信任度为0.815275，属于中风险的信任度0.178709，属于较高风险的信任度为0.005992，属于高风险的信任度为0.000001。故该工程整体施工风险为结果表明该工程灌注桩连续墙外挂混凝土直墙施工属于较低风险。

P=0.000023×0.5+0.815275×1.5

+0.178709×2.5+0.005992×3.5

+0.000001×4.5=1.3333

综上所述，直墙混凝土施工风险处于中风险等级，实际施工过程中应通过严格控制混凝土配合比，平整施工道路等措施降低直墙混凝土施工风险。灌注桩施工风险处于较低风险，但其在较低风险等级与中风险等级的基本信任分配值较为接近，因此应提高对灌注桩施工风险的重视，进行严格监管，防止其风险等级提高。