砂卵石基坑本体安全等级的物元可拓评价李建伟，陈沅江(中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：砂卵石地层的高强度、高渗透性以及低粘聚力的力学特性使得砂卵石基坑工程安全等级划分与评价不同于一般基坑工程。为对砂卵石基坑安全等级进行有效评价，该文首先选取基坑开挖深度、砂卵石层厚度及地下水位高度作为砂卵石基坑安全等级评价指标，制定了砂卵石基坑安全等级划分及评价标准，然后建立了砂卵石基坑本体安全等级物元可拓评价模型，同时采用有限元计算与层次分析相结合的方法确定评价指标的权重，最后给出了砂卵石基坑安全等级评价规范化流程，并利用所建立的模型对长沙地区某砂卵石基坑工程进行了成功评价，所建立的物元可拓评价模型可在同类砂卵石基坑工程中推广应用。关键字：砂卵石基坑；安全等级；评价标准；物元可拓评价；有限元计算；层次分析法中图分类号：X947文献标识码：A1引言准确判别基坑安全等级可为基坑支护、施工方案的设计提供依据，同时为基坑监测项目及其预警值的选择提供依据，做到有针对性地支护和监测，并在确保工程安全的同时实现经济效益和社会效益的最优化，因此，对基坑工程进行准确的安全等级评价具有十分重要的意义。目前，关于基坑安全等级的评价标准及评价模型多针对软土地区基坑工程，专家们从施工经验出发制定了基坑等级划分的一系列相关规范及标准[1]。顾雷雨[2]通过对国内外300余个软土基坑的概率统计分析确定了只考虑基坑本体安全的风险预警指标；兰守奇[3]将地铁车站深基坑工程划分为甲、乙、丙、丁四个安全等级，并利用定量模糊综合评价法评价基坑安全等级；郭智杰[4]利用可拓学理论建立了深基坑安全等级评估模型并以实例验证了模型的可应用性；邓志秋[5]将可拓评价方法引入到基坑工程的相关综合评价中，对软土地区深基坑工程实现了有效的安全等级评价。但针对砂卵石基坑工程的安全等级评价研究还很少见。为此，本文针对砂卵石地层高强度、高渗透性以及低粘聚力的力学特性，考虑砂卵石地层中基坑开挖的特殊性，并结合长沙地区砂卵石基坑工程施工经验，建立了砂卵石基坑本体安全等级的物元可拓评价模型，同时利用正交试验设计、有限元计算与层次分析相结合的方法确定各评价指标的权重系数，有效实现了砂卵石基坑安全等级的定性与定量评价2砂卵石基坑安全等级划分为了分析影响砂卵石基坑稳定性的因素，笔者首先在表1中总结了对于采用围护结构与内支撑系统作为支护结构的基坑工程常见破坏模式、主要原因及主要表现。表1基坑工程常见破坏模式及其主要原因与主要表现Table1Commonbreakagemodelsandtheirmaincausesandprimarybehaviorsoffoundationpits破坏模式主要原因基坑本体主要表现围护结构渗漏围护结构施工质量不符合设计要求围护结构后土体中形成空洞，并向地面塌陷一侧翻转；顶部位移增大等。基底隆起破坏周边地表荷载过大；井点降水失效等基底隆起较大，底板产生裂缝或结构产生不均匀沉降导致开裂；围护结构底部位移较大等。流砂管涌井点降水失效；围护结构插入比过小等基底隆起破坏，并伴随涌水涌砂现象；围护结构底部向基坑内位移较大且顶部产生向坑外的位移等。踢脚破坏围护结构插入比过小；坑底土质较差等基底两侧土体隆起较大；围护结构底部位移偏大等。基坑整体失稳支撑设计强度不足；支撑施工偏心较大不符合设计要求等围护结构底部向基坑内位移较大；围护结构折断；支撑系统破坏或整体向下滑动；基底隆起破坏等。坑内滑坡坑内放坡开挖时放坡较陡；降雨等围护结构水平位移较大等。围护结构折断或大变形超挖；支撑施工不及时或不按设计要求擅自减少支撑等围护结构折断或支撑系统破坏或产生大变形；基底隆起破坏等。内倾破坏支撑设计强度不足；支撑施工不及时；坑内滑坡；周边地表荷载过大等围护结构顶部向基坑内位移较大；基底隆起破坏等。从统计表1中可以看出，造成基坑工程破坏的主要原因除了施工质量（包括围护结构、井点降水、支撑系统及周边荷载等）这一外部因素以外，地质及水文条件是主要的内部因素，为了保证评价模型的准确性及适用性，此评价模型的建立主要从地质及水文条件这一内部因素入手。虽然同为不稳...