真空預(yù)壓處理海相深厚軟土路基工后沉降預(yù)測(cè)方法研究

■ 高至飛

我國(guó)沿海地區(qū)存在大量近代海相沉積的軟弱黏土層，在這種含水量高、壓縮性大、滲透性差、強(qiáng)度低，且土層厚、分布極不均勻的軟土層上修筑鐵路路基是鐵路建設(shè)中的重大技術(shù)難題。為有效控制軟土地基的路基整體穩(wěn)定和工后沉降量，在路基施工過(guò)程中進(jìn)行變形動(dòng)態(tài)控制，以驗(yàn)證和優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到縮短工期、降低造價(jià)和提高工程質(zhì)量的目的，通常根據(jù)實(shí)測(cè)沉降資料推算后期沉降。

目前國(guó)內(nèi)外的沉降預(yù)測(cè)方法較多，主要有雙曲線法、指數(shù)曲線法、三點(diǎn)法、Asaoka法、泊松曲線法和灰色理論法等，這些預(yù)測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1 工程概況

廣珠鐵路位于珠江三角洲西翼，縱貫佛山、江門(mén)、珠海三市；按國(guó)鐵I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建造，全線電氣化，設(shè)計(jì)速度120 km/h，初期為貨運(yùn)，預(yù)留客運(yùn)條件；線路自京廣線的江村編組站南端引出，終點(diǎn)珠海港（高欄港）站，全長(zhǎng)188.823 km。

廣珠鐵路沿線工程地質(zhì)條件較差，沿線第四系沉積物較厚，一般為20～40 m；上部由淤泥、軟土和松散粉細(xì)砂組成（局部地段有中砂），下部為黏性土，呈軟塑-硬塑狀，底部為結(jié)構(gòu)中密的中砂、粗砂和礫砂層。在江門(mén)、斗門(mén)、珠海地段廣泛分布深厚海相軟土，厚度一般為5～30 m，最深達(dá)50.6 m。為了研究海相深厚軟土的變形規(guī)律，以及海相深厚軟土的新處理方法及施工工藝，減少路基工后沉降，在國(guó)內(nèi)首次大面積采用了增壓式真空聯(lián)合堆載預(yù)壓新技術(shù)。

為保證路基沉降評(píng)估分析預(yù)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性，需對(duì)常用沉降預(yù)測(cè)方法對(duì)真空預(yù)壓處理海相深厚軟土路基工后沉降評(píng)估的可靠性和適用性進(jìn)行研究。

2 研究思路

上述6種沉降預(yù)測(cè)方法雖有不足和適用范圍，但在沉降變形工程中得到廣泛應(yīng)用，并取得較好的預(yù)測(cè)效果，對(duì)沉降變形預(yù)測(cè)影響不明顯。在此選取29個(gè)典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，對(duì)6種沉降預(yù)測(cè)方法的適用性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進(jìn)行分析對(duì)比研究。選取每個(gè)沉降板最后3個(gè)變形值作為觀測(cè)值，即對(duì)3個(gè)觀測(cè)值以前的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線回歸分析，并與實(shí)測(cè)值比較，滿足相關(guān)系數(shù)要求后，計(jì)算沉降預(yù)測(cè)值，并分析每種沉降預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)誤差，從擬合曲線相關(guān)系數(shù)和相對(duì)誤差角度綜合對(duì)比分析，選出一種或幾種適合真空預(yù)壓處理海相深厚軟土路基工后沉降評(píng)估的預(yù)測(cè)方法。

3 真空預(yù)壓處理海相深厚軟土路基工后沉降評(píng)估預(yù)測(cè)方法研究

路基沉降樁沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是沉降量級(jí)相對(duì)較大，數(shù)據(jù)波動(dòng)相對(duì)較小。選取29個(gè)典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，末次觀測(cè)值與6種沉降預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)值對(duì)比見(jiàn)表1。

采用上述6種沉降預(yù)測(cè)方法對(duì)29個(gè)典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降板沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以預(yù)測(cè)值作為縱坐標(biāo)，實(shí)測(cè)值作為橫坐標(biāo)繪出坐標(biāo)點(diǎn)，標(biāo)出45 °線。如果實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值相等，坐標(biāo)點(diǎn)落在45 °線上，坐標(biāo)點(diǎn)越接近45 °線，說(shuō)明預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值越接近。6種沉降預(yù)測(cè)方法實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比見(jiàn)圖1—圖6。從圖1和圖4可以看出，三點(diǎn)法、泊松曲線法的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相差較大，而其他4種方法預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的絕對(duì)誤差較小。

圖1 三點(diǎn)法實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

圖2 雙曲線法實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

圖3 指數(shù)曲線法實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

圖4 泊松曲線法實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

圖5 灰色理論法實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

圖6 Asaoka法實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

相關(guān)系數(shù)與相對(duì)誤差是曲線擬合的重要參考指標(biāo)，考慮到觀測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)性及選擇斷面的隨機(jī)性等，將對(duì)曲線回歸分析有一定影響，導(dǎo)致相關(guān)系數(shù)不能滿足要求，或者相對(duì)誤差過(guò)大。6種沉降預(yù)測(cè)方法的曲線擬合法相關(guān)系數(shù)均為100%，曲線擬合相對(duì)誤差見(jiàn)表2。

綜上所述，通過(guò)對(duì)真空預(yù)壓處理海相深厚軟土路基工后沉降預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析，雙曲線法、指數(shù)曲線法、Asaoka法和灰色理論法是比較理想的沉降預(yù)測(cè)方法。

4 沉降預(yù)測(cè)方法在珠海西站工后沉降中的應(yīng)用

選取一個(gè)典型沉降板，監(jiān)測(cè)期24個(gè)月，采集沉降數(shù)據(jù)16次，其量級(jí)波動(dòng)較小。沉降板監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)填土高度-時(shí)間-沉降量（H-T-S）曲線見(jiàn)圖7，沉降已處于收斂期；其沉降觀測(cè)曲線見(jiàn)圖8；其沉降數(shù)據(jù)擬合結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3。通過(guò)分析研究，雙曲線法、指數(shù)曲線法、Asaoka法和灰色理論法的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值非常接近，相關(guān)系數(shù)和收斂性均滿足要求，適用于對(duì)沉降板的沉降預(yù)測(cè)。

表2 曲線擬合相對(duì)誤差 %

圖7 沉降板監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)填土高度-時(shí)間-沉降量（H-T-S）曲線

圖8 沉降板沉降預(yù)測(cè)曲線

表3 沉降板沉降數(shù)據(jù)擬合結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

珠海西站真空預(yù)壓處理海相深厚軟土路基工后沉降預(yù)測(cè)方法可采用雙曲線法、指數(shù)曲線法和Asaoka法，其相關(guān)系數(shù)100%滿足不小于0.92要求，相對(duì)誤差絕對(duì)值在5%以內(nèi)的達(dá)到100%。廣珠鐵路貨運(yùn)線于2012年12月開(kāi)通，至今珠海西站真空預(yù)壓處理海相深厚軟土路基試驗(yàn)段沉降十分穩(wěn)定，線路幾何狀態(tài)良好，線路運(yùn)營(yíng)正常。

[1] 廣州鐵路（集團(tuán)）公司科學(xué)技術(shù)研究所. 相深厚軟土鐵路路基變形控制處理及監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究[R]，2012.

[2] 鐵建設(shè)［2006］158號(hào) 客運(yùn)專(zhuān)線鐵路無(wú)碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[3] 鐵道部工程管理中心. 客運(yùn)專(zhuān)線鐵路變形觀測(cè)評(píng)估技術(shù)手冊(cè)[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[4] 王星運(yùn). 鐵路客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降預(yù)測(cè)方法研究[D]. 北京：中國(guó)科學(xué)院巖土力學(xué)研究所，2009.

[5] 崔海麗. 高速公路軟土地基沉降預(yù)測(cè)方法的研究及其應(yīng)用[D]. 濟(jì)南：山東大學(xué)，2009.