真空預壓處理海相深厚軟土路基工后沉降預測方法研究

■ 高至飛

我國沿海地區(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中的重大技術難題。為有效控制軟土地基的路基整體穩(wěn)定和工后沉降量，在路基施工過程中進行變形動態(tài)控制，以驗證和優(yōu)化設計，達到縮短工期、降低造價和提高工程質量的目的，通常根據(jù)實測沉降資料推算后期沉降。

目前國內外的沉降預測方法較多，主要有雙曲線法、指數(shù)曲線法、三點法、Asaoka法、泊松曲線法和灰色理論法等，這些預測方法各有優(yōu)缺點。

1 工程概況

廣珠鐵路位于珠江三角洲西翼，縱貫佛山、江門、珠海三市；按國鐵I級標準建造，全線電氣化，設計速度120 km/h，初期為貨運，預留客運條件；線路自京廣線的江村編組站南端引出，終點珠海港（高欄港）站，全長188.823 km。

廣珠鐵路沿線工程地質條件較差，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，底部為結構中密的中砂、粗砂和礫砂層。在江門、斗門、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，在國內首次大面積采用了增壓式真空聯(lián)合堆載預壓新技術。

為保證路基沉降評估分析預測的可靠性和準確性，需對常用沉降預測方法對真空預壓處理海相深厚軟土路基工后沉降評估的可靠性和適用性進行研究。

2 研究思路

上述6種沉降預測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用，并取得較好的預測效果，對沉降變形預測影響不明顯。在此選取29個典型監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，對6種沉降預測方法的適用性、穩(wěn)定性和準確性進行分析對比研究。選取每個沉降板最后3個變形值作為觀測值，即對3個觀測值以前的觀測數(shù)據(jù)進行曲線回歸分析，并與實測值比較，滿足相關系數(shù)要求后，計算沉降預測值，并分析每種沉降預測方法的預測誤差，從擬合曲線相關系數(shù)和相對誤差角度綜合對比分析，選出一種或幾種適合真空預壓處理海相深厚軟土路基工后沉降評估的預測方法。

3 真空預壓處理海相深厚軟土路基工后沉降評估預測方法研究

路基沉降樁沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點是沉降量級相對較大，數(shù)據(jù)波動相對較小。選取29個典型監(jiān)測點，并對其數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，末次觀測值與6種沉降預測方法的預測值對比見表1。

采用上述6種沉降預測方法對29個典型監(jiān)測點的沉降板沉降數(shù)據(jù)進行預測，以預測值作為縱坐標，實測值作為橫坐標繪出坐標點，標出45 °線。如果實測值和預測值相等，坐標點落在45 °線上，坐標點越接近45 °線，說明預測值與實測值越接近。6種沉降預測方法實測值與預測值對比見圖1—圖6。從圖1和圖4可以看出，三點法、泊松曲線法的預測值與實測值相差較大，而其他4種方法預測值與實測值的絕對誤差較小。

圖1 三點法實測值與預測值對比

圖2 雙曲線法實測值與預測值對比

圖3 指數(shù)曲線法實測值與預測值對比

圖4 泊松曲線法實測值與預測值對比

圖5 灰色理論法實測值與預測值對比

圖6 Asaoka法實測值與預測值對比

相關系數(shù)與相對誤差是曲線擬合的重要參考指標，考慮到觀測數(shù)據(jù)的波動性及選擇斷面的隨機性等，將對曲線回歸分析有一定影響，導致相關系數(shù)不能滿足要求，或者相對誤差過大。6種沉降預測方法的曲線擬合法相關系數(shù)均為100%，曲線擬合相對誤差見表2。

綜上所述，通過對真空預壓處理海相深厚軟土路基工后沉降預測數(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測方法。

4 沉降預測方法在珠海西站工后沉降中的應用

選取一個典型沉降板，監(jiān)測期24個月，采集沉降數(shù)據(jù)16次，其量級波動較小。沉降板監(jiān)測數(shù)據(jù)填土高度-時間-沉降量（H-T-S）曲線見圖7，沉降已處于收斂期；其沉降觀測曲線見圖8；其沉降數(shù)據(jù)擬合結果對比見表3。通過分析研究，雙曲線法、指數(shù)曲線法、Asaoka法和灰色理論法的預測值與實測值非常接近，相關系數(shù)和收斂性均滿足要求，適用于對沉降板的沉降預測。

表2 曲線擬合相對誤差 %

圖7 沉降板監(jiān)測數(shù)據(jù)填土高度-時間-沉降量（H-T-S）曲線

圖8 沉降板沉降預測曲線

表3 沉降板沉降數(shù)據(jù)擬合結果對比

5 結束語

珠海西站真空預壓處理海相深厚軟土路基工后沉降預測方法可采用雙曲線法、指數(shù)曲線法和Asaoka法，其相關系數(shù)100%滿足不小于0.92要求，相對誤差絕對值在5%以內的達到100%。廣珠鐵路貨運線于2012年12月開通，至今珠海西站真空預壓處理海相深厚軟土路基試驗段沉降十分穩(wěn)定，線路幾何狀態(tài)良好，線路運營正常。

[1] 廣州鐵路（集團）公司科學技術研究所. 相深厚軟土鐵路路基變形控制處理及監(jiān)測試驗研究[R]，2012.

[2] 鐵建設［2006］158號 客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南[S]. 北京：中國鐵道出版社，2009.

[3] 鐵道部工程管理中心. 客運專線鐵路變形觀測評估技術手冊[S]. 北京：中國鐵道出版社，2009.

[4] 王星運. 鐵路客運專線路基沉降預測方法研究[D]. 北京：中國科學院巖土力學研究所，2009.

[5] 崔海麗. 高速公路軟土地基沉降預測方法的研究及其應用[D]. 濟南：山東大學，2009.