雙曲線法在路基沉降變形預(yù)測中的應(yīng)用分析

姬慶峰

(滄州路橋工程公司)

1 前 言

路基沉降變形中采用科學(xué)的預(yù)測方法處理實測資料,有助于準確地預(yù)測沉降,從而使后期施工組織安排達到最優(yōu)化,具有一定的經(jīng)濟效益。在目前工程中通過實測的成果曲線反算地基最終沉降的方法很多,常用的有雙曲線法、指數(shù)曲線法、沉降速率法、三點法以及日本的星野法等。這些方法各有優(yōu)缺點,關(guān)鍵視其與實際情況擬合程度的好壞,選擇與實際情況較吻合或者接近的方法。

2 雙曲線預(yù)測模型及原理

雙曲線法是假定下沉平均速率以雙曲線形式減少的經(jīng)驗推導(dǎo)法。從填土開始到任意時間 t的沉降量 St可用下式來求得。其推算模式見圖 1、圖 2。

圖 1 雙曲線法推算下沉模式圖

圖 2 α、β的求法

式中:t為經(jīng)過時間;S0為初期沉降量(t=0);St為t時沉降量。

α、β從實測值求得的系數(shù)。

將上式變換為直線方程的形式

當(dāng) t→∞時,最終沉降量 S∞可用下式求得

荷載經(jīng)過時間 t后的殘余沉降量△S可用下式求得

用此方法推算 t時沉降量,要求實測沉降時間至少在半年以上。

3 路基沉降量預(yù)測分析實例

根據(jù)某高速公路路基沉降觀測的時間以及斷面的典型性,同時考慮實測數(shù)據(jù)的代表性與準確性,選擇第五合同段的K 18+500斷面(碎石樁處理軟基高路堤)進行沉降預(yù)測分析。沉降預(yù)測數(shù)據(jù)的時間段為 2006年 4月 5日 ～2008年 1月 28日,滿足雙曲線模型預(yù)測實測沉降時間在半年以上的要求。

3.1 元件的埋設(shè)

該斷面沉降觀測元件的埋設(shè)見圖 3。已經(jīng)埋設(shè)了三個元件,進行了近兩年半的沉降觀測,獲得了真實有效的數(shù)據(jù)。

圖 3 沉降觀測元件埋設(shè)示意圖

3.2 雙曲線擬合曲線方程的確定

以 2005年 4月 5日 ～2007年 1月 28日時間段沉降觀測數(shù)據(jù),建立曲線擬合方程。確定曲線方程參數(shù) α=0.035 55,β=0.005 32。相應(yīng)的曲線方程為

曲線擬合的相關(guān)系數(shù)為 0.95,關(guān)聯(lián)度較大。其擬合曲線見圖 5。

圖 5 K 18+500斷面沉降預(yù)測雙曲線擬合計算圖

3.3 用前期實測數(shù)據(jù)預(yù)測后期沉降

根據(jù)擬合的雙曲線方程預(yù)測后期一段時間的沉降,并與實測數(shù)據(jù)進行對比。結(jié)果表明,預(yù)測取得了較好的效果,預(yù)測與實測非常接近。曲線方程可以應(yīng)用于今后的沉降觀測中。其預(yù)測結(jié)果見表 1,沉降預(yù)測與實測對比曲線見圖 6。

圖 6 K 18+500斷面沉降預(yù)測與實測對比曲線圖

4 分析和結(jié)論

通過高速公路施工過程(路堤填筑、預(yù)壓期、路面鋪設(shè))中的沉降觀測典型數(shù)據(jù)分析,路基沉降隨著加載而增長,隨停載而減緩,整個沉降速率過程一直較有規(guī)律的發(fā)展。通過對沉降曲線圖的觀察分析可以看到,路基沉降在路基填筑初始階段較慢,當(dāng)路基填筑達到一定高度時,沉降隨著填筑高度的增加迅速增大,當(dāng)路基填筑即將竣工和竣工后,路基沉降又呈緩慢增加形式,直至路基完全穩(wěn)定下來。利用雙曲線法預(yù)測后期沉降變形,其實測數(shù)據(jù)與相對應(yīng)的預(yù)測曲線吻合度較好,客觀地反映了路基沉降的動態(tài)發(fā)展情況,可以科學(xué)、準確的預(yù)測路基沉降量,從而估算工程的穩(wěn)定性、更好地指導(dǎo)施工。

表 1 K18+500斷面路基沉降預(yù)測數(shù)據(jù)表

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