軟土路基沉降預測方法研究

張李平

（福建林業職業技術學院 工程系，福建 南平 353000）

通常需要根據工程的具體情況以及經濟性和合理性決定采用適當的軟基設計與施工方案。顯然，無論采取哪一種軟基處理措施，都需要事先預估地基的沉降量及其隨時間的變化。

在預估軟土地區公路路基的沉降時，一般應注意如下4點：

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

（2）擬計算的路基斷面施工加載歷程線應與施工期間實際產生的情況相符合。若施工期間的施工加載歷程線與原設計不符合，則需根據實際情況重新教育處地基沉降。

（3）對于地基作排水處理的情況，應根據施工處理質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）路基沿線的地質土質情況以及加載歷程線等變化較大，因此，在路基施工加載過程中特定斷面的沉降實測結果不能簡單地用于評價沿線其它斷面的路基沉降情況。一般應將該斷面的沉降實測曲線與理論計算曲線進行比較分析，以確定理論計算選用的計算參數是否合適。經對計算參數進行適當修正后，仍用理論方法預估其它路段的地基沉降。

實測沉降過程曲線推算沉降量法是根據實測的沉降值與時間的關系繪出曲線，然后選擇適當的曲線進行擬合。主要有雙曲線法、指數曲線法、對數曲線法、星野法、沉降和時間倒數法、最小二乘法、人工神經網絡法以及日本的Asaoka法等。實測沉降過程曲線推算沉降量法是基于實測數據通過數值模擬來預測地基沉降的，具有較強的實用性。

以上預測方法各有利弊。它們的共同特點是要求觀測時間較長，通常在實測沉降趨勢趨于收斂時推算的結果比較理想。這里筆者主要介紹雙曲線法、指數曲線法。

1 修正雙曲線法

對于高壓縮性軟土來說，其應力應變關系明顯呈非線性。因此軟土的實際壓縮過程不一定符合指數曲線關系。魏汝龍根據一個工程實測的比較分析，認為軟粘土壓縮曲線整個形狀更符合雙曲線型。

如圖1所示，實測沉降曲線(S~t曲線)自拐點B開始采用雙曲線配合。雙曲線方程為：

式中，K為系數；

圖1 雙曲線配合法

式中，tc為B點開始計算的時間；

Sc為B點開始計算地基產生的最終沉降量，即B點y坐標；

a為B點x坐標；

St為B點開始計算t時刻沉降。

將B點和C點兩點坐標代入式(2)中，可得：

將實測曲線S～t曲線上二點(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B對應的沉降量。

經簡化，雙曲線擬合的方程式為

解上述方程：①計算比值η

②求參數a

③求最終沉降量S

2 修正的指數曲線配合法

假設沉降曲線滿足指數方程：

在實測曲線上取三點(t1，S1)，(t2，S2)，(t3，S3)，并使，經簡化，指數擬合的方程式為

解上述方程：①計算比值η

②求參數γ

③求最終沉降量S

3 工后沉降預測

工后沉降是衡量高等級公路質量優劣的關鍵。但一般而言，高等級公路的投資額大、施工工期長、不確定性因素多、信息化施工程度高，為及時根據現場的實際條件，準確預測其工后沉降，及時進行現場施工指導，確保公路的質量要求。

本文采用數值計算方法，選取雙曲線、指數曲線模型對第七合同段K83+800，第八合同段K93+000兩個斷面進行工后沉降預測，對實測沉降曲線擬和情況如下：

K83+800斷面

選取表6中的實測沉降數據：

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）。從而求出雙曲線預測沉降，并作出實測曲線與雙曲線預測曲線。同理求出指數方程曲線，并作出實測曲線與指數曲線預測曲線。指數曲線預測曲線：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

從而求出雙曲線預測沉降，并作出實測曲線與雙曲線預測曲線。

同理求出指數方程曲線，并作出實測曲線與指數曲線預測曲線。

指數曲線St=-87.42-6.2exp[2.215*（t-0.75）]

4 結語

通過對現場原位觀測數據的處理分析，可得出如下結論：

（1）高速公路工后沉降的預測方法繁多，根據軟土地基固結的定義可知，雙曲線方程與指數方程與土體固結的計算公式類同，本文通過現場試驗數據的對比分析，證實了修正的指數模型在預測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，經本文分析，認為地基的沉降與填土的高度及壓縮層的厚度呈現明顯的線性關系。

[1]唐嫻.路基沉降機理與超限沉降標準的研究[D]. 西安: 長安大學,2003.

[2]馮瑞玲.柔性基礎下復合地基受力與變形性狀分析[D].西安：西安公路交通大學,2000.

[3]張俊.高填方黃土路堤沉降規律研究[D].西安: 長安大學,2004.