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摘 要：随着大中城市建设的发展，建设项目将联系更加紧密，基础施工也将往地下深入，深基坑工程支护设计是一个普遍而又复杂的难点。深基坑支护结构设计体系是一个复杂的多目标系统，相关目标体系具有层次性，同时有部分指标难以量化。面对这些问题，需要分析深基坑的目标因素结合模糊优化理论，建立多目标层次模糊综合评价模型，运用层次分析法确定各指标的权重，通过模糊综合评判法求各方案的综合评判值，对比各方案综合评判值确定设计优选方案，这种选择基坑设计方案优选的全过程，能够更好的结合理论依据和实际情况，为深基坑支护设计方案的选择提供了较客观实用的途径和方法。
关键词：多目标层次模糊综合评价；指标体系；层次分析法；综合评判值
1 前言
在目前我国城市发展建设的现状下，基坑开挖很难满足无支护的开挖条件，主要由于是无支护基坑开挖条件需要基坑周围地质较好、基坑中地下水水位较低、地下管线分部少、基坑开挖场地较大、基坑开挖附近建筑物少。随着社会的发展，城市的规模在不断扩大，大型城市中建设用地的受限，建筑物不断向高层建筑和合理利用地下空间发展是必然的趋势，基坑开挖的深度将逐步增加至地下几十米深，从城市发展的角度看，往往城市建设的项目都是在现有建筑周边或者地铁周边进行，必然面临着场地狭小等问题，基坑支护也变得更加困难和复杂。
目前关于基坑支护设计方案的选择，我国学者已经提出了很多理论和实践成果，为基坑支护方案的设计和选择提供很大的理论参考和实际案例研究。有学者系统的提出了将层次分析法运用到深基坑支护系统方案的比选中，主要阐述了建立层次分析法模型、 通过构造判断矩阵及层次单排序计算的方法来确定评判原则[1]。针对深基坑支护方案进行评价，通过建立深基坑支护方案的模糊综合评判法，进行现场工程支护方案模糊评判优选分析[2]。有学者将马氏距离判别分析理论应用于深基坑支护方案设计，选取实测指标建立深基坑支护方案距离判别分析模型，并对深基坑支护方案进行优选，利用回代估计法对距离判别分析模型进行误判率检验[3]。
2深基坑支护方案的优缺点和适用范围
综合深基坑支护设计的相关规范[4]和现场施工条件等，目前深基坑支护方案主要有排桩、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙、放坡开挖等支护方式，具体适用范围和优缺点见表1。
3 深基坑支护设计方案的分析及选择
3.1 对深基坑支护结构方案的分析
由于深基坑支护结构的过程分析的目的和阶段不同，还有各个方面的影响，需要考虑的因素是多样化的、是综合的。在深基坑支护结构项目设计时，首先需要对项目有一个全面的分析，从而作出合理可行的基坑支护结构设计，因此应该考虑到方方面面的现状条件，包括国家政策、社会经济、环境影响、技术要求、公司效益、设计规范、施工条件等各个方面。
3.2 深基坑支护设计方案的评价和选择
由于深基坑支护设计有着安全性、可行性、施工便捷程度、经济合理以及环境影响等多个目标，深基坑支护方案的选择支护方案有很多，每个支护方案也可以选择一种或者几种支护方式组合，同时不同的支护方式有着各自的特点和适用范围，这需要经过精细的计算和验算，还要确定是否满足多个目标要求。如何在多个的支护方案中选择出最合理的方案，不仅要保证基坑和周边环境安全稳定，还要兼顾支护方案达到是否可行、降低造价和使用较短的工期等的目标，因此，就需要对各种支护结构方案进行优选，主要通过针对初选确定的各个支护方案经过多个目标的综合评价，最后选择最合理的支护方案，由于这个评价过程考虑的影响因子和涉及的指标很多，部分因子和指标存在着的不确定性、随机性和数学上的模糊性。由此可见，多目标多层次模糊优选综合评价法最适用。
3.3多层次模糊优选综合评价法的应用过程
3.3.1 多层次模糊优选综合评价法流程图
3.3.2多层次模糊优选综合评价法过程详解
（1）建立多层次多目标模糊优选综合评价模型[5]
分析某深基坑工程的特点及工程情况，初步确定它有a个可行的支护设计方案选择，通过对a个设计方案进行综合评价，确定以b个指标（或目标）作为评判对象，建立目标特征值矩阵X：
在目标特征值矩阵X中，为设计方案i对目标j的特征值。 i取值为 1,2，…a；j取值为1,2，…b。
进一步得到目标相对优属度公式为：
(2) 定性目标的量化采用的方法
针对定性目标的量化，普遍采用Mac Crimmon提出的两极比例法将定性目标定量化。对安全性、可行性、施工便捷程度、经济合理及环境影响这五项定性目标进行量化赋值，都按5个等级划分，根据评价指标的程度将安全性分为很不安全、不安全、一般安全、较安全、很安全，将可行性分为不可行、难可行、一般可行、较可行、易可行，将施工便捷程度分为很不便捷、较不便捷、一般便捷、较便捷、便捷，将经济合理分为不合理、较不合理，一般合理、较合理、很合理，将环境影响分为大、较大、一般、较小、很小。
如图 2 所示，当目标量化结果位于两个等级之间时，按线性分布考虑取值。
(3)各目标权重的确定方法
将每个指标的相互做比较，j个指标对比后的结果用判断矩阵表示。指标对比结果通过专家打分法对各指标进行重要性两两比较得到，采用比率标度法确定两指标的比率为1～9 ，以 t（x，y）表示指标 x 比指标 y 的重要程度，以 t（x，x）表示指标y比指标 x 的重要程度。令 =t（，），则可得到判断矩阵A，进一步确定各指标的权重。
(4)支护方案层次分析法和模糊综合评判
模糊综合评判法能将将各定性指标与定量指标有利的的相结合，能够解决涉及多个指标复杂的问题，适用于深基坑支护方案设计。
通过层次分析法确定影响支护方案选择的指标体系，可以分为5个一级指标（或目标）：安全性、可行性、施工便捷程度、经济合理及环境影响。根据这五个一级指标（或目标）确定13个二级指标（或目标），安全性4个二级指标：支护系统稳定条件情况、支护系统强度条件情况、支护系统变形条件情况、施工质量的可靠性；可行性2个二级指标：方案的科学性和先进性、资金供应情况；施工便捷程度3个二级指标：施工难易程度、施工相互干扰度、施工工期；经济合理1个二级指标：工程造价；环境影响3个二级指标：施工对环境的影响、工程对环境的影响、施工可能产生次生灾害发生率。
根据对比5个一级指标的重要程度，确定这5个一级指标的各自权重，5个权重之和为1 ,在分别确定每各一级指标中二级指标相应的权重，同样13个二级指标之和为1。通常运用专家评估法给出各指标的模糊权重值。
最后，通过这个系统化的评判原理确定每个支护方案的综合评判值，综合评判值越高，能反应该支护方案越能满足各目标，综合评判值最高的支护方案应为该基坑支护设计选择的方案。
(5)确定监测方案
根据确定的支护方案制定监测方案，主要通过监测基坑顶的水平和竖向位移、周边建筑物及地表沉降观测、地下水位监测来得到相关实际数据，通过分析监控数据来评定基坑施工过程中对周围环境的影响,对可能发生的安全事故及时做安全预案,避免安全事故的造成很大的损失，同时可以将监控数据结果用于信息化反馈优化结构设计,使基坑结构设计达到优质安全可靠、经济合理、施工快捷等目的。
4 结论
本文建立了深基坑支护方案优选的系统化分析，通过多目标决策模糊理论分析深基坑的通用指标，建立多层次多目标模糊优选综合评价模型，针对深基坑的特点，提出了以安全性、可行性、施工便捷程度、经济合理以及环境影响为指标的多目标综合数学模糊决策优选模型,确定模糊评价指标,这些指标都可根据实际情况灵活调整,灵活性强，适用面广，适用于不同实际工程当中，把基坑工程当作一个系统工程，接着采用层次分析法给各指标定性，运用模糊综合评判得到综合评判值，最后对各支护方案进行优选,本方法将主观经验法和理论分析法相结合，为基坑支护方案的选择提供了更好的方向和思路。同时在深基坑设计方案中应该重视基坑监测工作，基坑开挖必然引起土层的扰动，开挖的越深，对基坑顶和周围建筑物的变形影响越大，必须在施工过程中要加强基坑工程的变形监测，做到及时监测、及时反馈、及时调整，所以及时的监控和采用动态原理是基坑工程的安全至关重要的一步。
参考文献：
[1]郭方胜，层次分析法在深基坑支护系统方案优选中的应用[J]，岩土工程技术，1999,1
[2]韩利，深基坑支护方案的模糊综合评判[J]，辽宁工程技术大学学报，2008,27（3）
[3]金志仁，基于距离判别分析方法的深基坑支护方案优选研究[J]，岩土力学，2009,8
[ 4] JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S]，北京：中国建筑工业出版社，2012
[5]Cynthia S. M. Use PERT as an approximation of fuzzy project-network analysis[J].IEEE Transactions on Engineering Management,1993,40(2): 146-153.
论文作者:单立锋
论文发表刊物:《城镇建设》2019年2卷12期
论文发表时间:2019/9/10
标签：基坑论文; 指标论文; 方案论文; 目标论文; 深基坑论文; 模糊论文; 便捷论文; 《城镇建设》2019年2卷12期论文;