灰色模型法在軟基處理中的應(yīng)用

汪鼎，王東宏

（珠海市橫琴新區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司）

【關(guān)鍵字】真空堆載預(yù)壓；沉降量；固結(jié)度；灰色模型

1 引言

軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基。其主要常見于我國沿海地區(qū)。軟基處理，又叫軟地基處理，是建筑之前如果地基不夠堅固，為防止建筑后地基下沉拉裂造成建筑物不穩(wěn)定等事故，需要對軟地基進行處理，使其變得足夠堅固,提高軟地基的固結(jié)度和穩(wěn)定性至設(shè)計要求的過程。

軟基處理的方法[1]目前主要有：機械壓夯實、堆載預(yù)壓、塑料排水帶或砂井真空預(yù)壓、換填墊層或復(fù)合地基等。其中真空堆載預(yù)壓因其經(jīng)濟可靠，簡單快速等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用，其中固結(jié)度是真空堆載預(yù)壓處理效果的主要評判標(biāo)準(zhǔn)，但目前實際工程中的土體固結(jié)度通常是通過土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)來計算，并且由于土本身的復(fù)雜性，在計算沉降時進行了過多的假設(shè)，地基沉降很難準(zhǔn)確計算，使得計算出來的土體固結(jié)度與實際相比誤差較大[2]，所以常常利用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)推算或預(yù)測地基后期沉降及最大沉降量進而計算土體的固結(jié)度被認(rèn)為是一種重要而有效的途徑。

灰色系統(tǒng)理論[3]是一種研究信息部分清楚、部分不清楚并帶有不確定性現(xiàn)象的應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科，能很好通過已知白色系統(tǒng)（信息完全明確）經(jīng)過一定的技術(shù)處理來發(fā)現(xiàn)它的規(guī)律性，其在經(jīng)濟、社會、體育等領(lǐng)域均有較好的應(yīng)用成果，本文就運用灰色理論預(yù)測真空堆載聯(lián)合預(yù)壓軟基處理中土體的沉降發(fā)展規(guī)律及固結(jié)度，并與目前常用的三點法計算固結(jié)度的數(shù)值進行比較，從而說明灰色理論具有較高的精度，可以用于預(yù)測軟基的最大沉降量。

2 工程概況

本工程位于珠三角地區(qū)，地處沿海城市，包含住宅、商業(yè)、酒店綜合體，并配套建設(shè)幼兒園、社區(qū)公共服務(wù)中心等社區(qū)服務(wù)設(shè)施，真空預(yù)壓處理區(qū)域面積約13 000㎡。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，場地周邊市政道路現(xiàn)已建成。設(shè)計要求當(dāng)滿足下列條件時方可進行卸載：

1）滿載后抽真空聯(lián)合堆載預(yù)壓時間不小于3個月；

2）膜下真空度穩(wěn)定在-82.5kPa后，連續(xù)抽真空3個月左右；

3）固結(jié)度大于等于85%；

4）連續(xù)5～10d沉降速率小于5mm/d。

3 灰色理論在本工程中的應(yīng)用

灰色理論主要通過建立GM（1,1）模型預(yù)測土體的最終沉降量及固結(jié)度，且通常用后驗差方法進行檢驗，即由后驗差比值C與小誤差概率P共同描述，其中后驗差比值C越小，小誤差概率P越大，說明模型GM（1,1）預(yù)測精度越高。

本次選用2#點作為預(yù)測監(jiān)測點，取滿載后第20、30、40、50天的監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)作為原始序列（見表1）。

表1 2#點滿載后沉降數(shù)據(jù)

原始序列為:

X(0)=(22.84, 22.16, 17.53, 15.65)

則由此得到的累加數(shù)列:

X(1)=(22.84, 43.00, 60.53, 76.18)，緊臨均值數(shù)列為

Z(1)=(32.92, 51.76, 68.35),

Y=[20.16, 17.53, 15.65]T。

根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)得出灰色模型時間相應(yīng)序列為：

X(1)'=(t+1)=-167.95e-0.044t+190.79

把t=0、1、2、3……8分別帶入上式，得：

X(1)'=(1)=22.84, X(1)'=(2)=42.94,X(1)'=(3)=60.64......,X(1)'=(8)=130.22

實測沉降累計值與預(yù)測沉降累計值對比如表2所示

表2 2#點實測累計值與預(yù)測累計值對比

由上表計算得出的殘差C與小誤差概率P均在GM（1,1）模型允許范圍內(nèi)。當(dāng)t趨于無窮大時，預(yù)測的沉降累計值為190.79cm，90d時實測累計沉降量為125.69cm，施工砂墊層及插水板期間的沉降量為36.5cm，故 90d 的 固 結(jié) 度 為 [（125.69+36.5）/190.79]×100%=85%。滿足設(shè)計要求。

4 三點法計算土體固結(jié)度

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》中7.3.2條規(guī)定，地基最終沉降量的推算可采用下列方法：

式中，S∞為根據(jù)實測沉降曲線推算的地基最終沉降量，S1、S2、S3為滿載后，實測沉降曲線中對應(yīng)于t1、t2、t3時刻的沉降量，t1、t2、t3滿足t1-t2=t2-t3=Δt

取40d、50d、60d三個時刻的沉降量計算地基最終沉降量 =188cm，90d 的 固 結(jié) 度 為 [（125.69+36.5）/188]×100%=86.3%，滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)論及建議

1）灰色理論GM（1,1）模型與傳統(tǒng)的三點法相比，同樣適用于軟基監(jiān)測的最終沉降量及固結(jié)度的預(yù)測，對軟基處理效果的評價具有一定指導(dǎo)意義。

2）灰色預(yù)測理論能用前期的數(shù)據(jù)預(yù)測出軟基處理的最終沉降量，并能較好的反映出每個時間的土體固結(jié)度，對軟基處理的效果，工程的進度提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。