軟土路基沉降預(yù)測(cè)方法研究

張李平

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程系，福建 南平 353000）

通常需要根據(jù)工程的具體情況以及經(jīng)濟(jì)性和合理性決定采用適當(dāng)?shù)能浕O(shè)計(jì)與施工方案。顯然，無(wú)論采取哪一種軟基處理措施，都需要事先預(yù)估地基的沉降量及其隨時(shí)間的變化。

在預(yù)估軟土地區(qū)公路路基的沉降時(shí)，一般應(yīng)注意如下4點(diǎn)：

（1）擬計(jì)算的路基斷面地質(zhì)土質(zhì)資料應(yīng)完整并與工程實(shí)際情況相符合，一般不宜采用變形參數(shù)ES1-2或a1-2估算路基沉降。

（2）擬計(jì)算的路基斷面施工加載歷程線應(yīng)與施工期間實(shí)際產(chǎn)生的情況相符合。若施工期間的施工加載歷程線與原設(shè)計(jì)不符合，則需根據(jù)實(shí)際情況重新教育處地基沉降。

（3）對(duì)于地基作排水處理的情況，應(yīng)根據(jù)施工處理質(zhì)量以及施工期間及后期地基的排通道是否暢通等因素，決定是否需要在路面鋪筑之前重新估算地基沉降。

（4）路基沿線的地質(zhì)土質(zhì)情況以及加載歷程線等變化較大，因此，在路基施工加載過(guò)程中特定斷面的沉降實(shí)測(cè)結(jié)果不能簡(jiǎn)單地用于評(píng)價(jià)沿線其它斷面的路基沉降情況。一般應(yīng)將該斷面的沉降實(shí)測(cè)曲線與理論計(jì)算曲線進(jìn)行比較分析，以確定理論計(jì)算選用的計(jì)算參數(shù)是否合適。經(jīng)對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正后，仍用理論方法預(yù)估其它路段的地基沉降。

實(shí)測(cè)沉降過(guò)程曲線推算沉降量法是根據(jù)實(shí)測(cè)的沉降值與時(shí)間的關(guān)系繪出曲線，然后選擇適當(dāng)?shù)那€進(jìn)行擬合。主要有雙曲線法、指數(shù)曲線法、對(duì)數(shù)曲線法、星野法、沉降和時(shí)間倒數(shù)法、最小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及日本的Asaoka法等。實(shí)測(cè)沉降過(guò)程曲線推算沉降量法是基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)預(yù)測(cè)地基沉降的，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

以上預(yù)測(cè)方法各有利弊。它們的共同特點(diǎn)是要求觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，通常在實(shí)測(cè)沉降趨勢(shì)趨于收斂時(shí)推算的結(jié)果比較理想。這里筆者主要介紹雙曲線法、指數(shù)曲線法。

1 修正雙曲線法

對(duì)于高壓縮性軟土來(lái)說(shuō)，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系明顯呈非線性。因此軟土的實(shí)際壓縮過(guò)程不一定符合指數(shù)曲線關(guān)系。魏汝龍根據(jù)一個(gè)工程實(shí)測(cè)的比較分析，認(rèn)為軟粘土壓縮曲線整個(gè)形狀更符合雙曲線型。

如圖1所示，實(shí)測(cè)沉降曲線(S~t曲線)自拐點(diǎn)B開始采用雙曲線配合。雙曲線方程為：

式中，K為系數(shù)；

圖1 雙曲線配合法

式中，tc為B點(diǎn)開始計(jì)算的時(shí)間；

Sc為B點(diǎn)開始計(jì)算地基產(chǎn)生的最終沉降量，即B點(diǎn)y坐標(biāo)；

a為B點(diǎn)x坐標(biāo)；

St為B點(diǎn)開始計(jì)算t時(shí)刻沉降。

將B點(diǎn)和C點(diǎn)兩點(diǎn)坐標(biāo)代入式(2)中，可得：

將實(shí)測(cè)曲線S～t曲線上二點(diǎn)(S1，t1)和(S2，t2)代入上式可得Sc和a值：

總沉降為

式中，S0為沉降曲線S~T曲線上拐點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的沉降量。

經(jīng)簡(jiǎn)化，雙曲線擬合的方程式為

解上述方程：①計(jì)算比值η

②求參數(shù)a

③求最終沉降量S

2 修正的指數(shù)曲線配合法

假設(shè)沉降曲線滿足指數(shù)方程：

在實(shí)測(cè)曲線上取三點(diǎn)(t1，S1)，(t2，S2)，(t3，S3)，并使，經(jīng)簡(jiǎn)化，指數(shù)擬合的方程式為

解上述方程：①計(jì)算比值η

②求參數(shù)γ

③求最終沉降量S

3 工后沉降預(yù)測(cè)

工后沉降是衡量高等級(jí)公路質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵。但一般而言，高等級(jí)公路的投資額大、施工工期長(zhǎng)、不確定性因素多、信息化施工程度高，為及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其工后沉降，及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)，確保公路的質(zhì)量要求。

本文采用數(shù)值計(jì)算方法，選取雙曲線、指數(shù)曲線模型對(duì)第七合同段K83+800，第八合同段K93+000兩個(gè)斷面進(jìn)行工后沉降預(yù)測(cè)，對(duì)實(shí)測(cè)沉降曲線擬和情況如下：

K83+800斷面

選取表6中的實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)：

t1=0.36s1=75.81；t2=0.37s2=79.88；t3=0.38s3=82.99

△t=t2-t1=t3-t2=0.01

代入公式（14）、（15）、（16）；得

得到雙曲線擬合的方程式為：St=87.81+31.85×（t-0.3）/（t+0.36）。從而求出雙曲線預(yù)測(cè)沉降，并作出實(shí)測(cè)曲線與雙曲線預(yù)測(cè)曲線。同理求出指數(shù)方程曲線，并作出實(shí)測(cè)曲線與指數(shù)曲線預(yù)測(cè)曲線。指數(shù)曲線預(yù)測(cè)曲線：St=-97.42-6.2exp[3.308*（t-0.89）]t1=1.17s1=107.10；t2=1.23s2=109.22；t3=1.29s3=111.02

△t=t2-t1=t3-t2=0.06

代入公式（14）、（15）、（16）；得

從而求出雙曲線預(yù)測(cè)沉降，并作出實(shí)測(cè)曲線與雙曲線預(yù)測(cè)曲線。

同理求出指數(shù)方程曲線，并作出實(shí)測(cè)曲線與指數(shù)曲線預(yù)測(cè)曲線。

指數(shù)曲線St=-87.42-6.2exp[2.215*（t-0.75）]

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原位觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析，可得出如下結(jié)論：

（1）高速公路工后沉降的預(yù)測(cè)方法繁多，根據(jù)軟土地基固結(jié)的定義可知，雙曲線方程與指數(shù)方程與土體固結(jié)的計(jì)算公式類同，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，證實(shí)了修正的指數(shù)模型在預(yù)測(cè)大廣高速公路麻城至浠水段工后沉降的適用性。

（2）軟土地基的沉降受諸多因素的影響，其中影響因素最大了是填土的高度及壓縮層的厚度，經(jīng)本文分析，認(rèn)為地基的沉降與填土的高度及壓縮層的厚度呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。

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