臨港圍墾區(qū)道路地基沉降規(guī)律及預(yù)測研究

笪中明

（德興市水利局，江西 德興 334200）

我國沿海基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模龐大，但沿海地層形成條件特殊，道路、橋梁等設(shè)施建設(shè)常會遇到軟土地基。由于軟土具有強度低、孔隙大、含水量高等特點，其地基承載力低，易發(fā)生形變。為達到基礎(chǔ)設(shè)施強度、控制形變等建設(shè)要求，需要對軟土地基進行處理，并在施工和運營過程中對地基進行沉降等監(jiān)測，以指導(dǎo)工程施工及其以后的安全運營[1，2]?？梢姷鼗两捣治鍪枪こ探ㄔO(shè)施工及運營中的關(guān)鍵。目前，學(xué)者們對地基沉降規(guī)律及預(yù)測做了大量研究，常用的基于實測沉降數(shù)據(jù)的預(yù)測方法有三點法、雙曲線法、Asaoka 法、星野法和灰色預(yù)測模型等[3-6]。本文結(jié)合浙東南某沿海臨港圍墾區(qū)道路工程的軟土地基案例，對地基不同區(qū)段進行沉降監(jiān)測，得到不同時期地基的沉降規(guī)律，并利用經(jīng)典雙曲線法對最終沉降值進行推算，從而指導(dǎo)該工程地基處理，為類似工程地基沉降預(yù)測提供參考。

1 工程概況

工程位于浙東南沿海島嶼灘涂，北面臨海，南面依次為海堤、省道和淺灘。海堤和省道中部為水閘，且均坐落于軟土地基上。省道寬度24.5 m，水閘大橋長度45 m，如圖1所示。定義樁號0+000—1+515為西區(qū)段（大橋左側(cè)），樁號1+560—4+570為東區(qū)段（大橋右側(cè)），樁號1+515—1+560 為水閘大橋段。根據(jù)地勘資料，地基土從上至下分為10層，其層厚和巖土物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。由表1可知，1～7層為軟土層，各層參數(shù)差距較??；8～10層為砂礫層，各層性質(zhì)差距也較小。

圖1 省道分布示意

表1 地基土層參數(shù)

2 圍墾區(qū)地基沉降規(guī)律及預(yù)測分析

2.1 地基沉降規(guī)律

為獲得臨海省道地基沉降數(shù)據(jù)，選含水閘大橋區(qū)段地基進行監(jiān)測。該省道中心線上典型測點（樁號為0+675、1+575、2+175、2+475、2+875 和3+675）的沉降值隨時間的變化曲線如圖2 所示。由圖2 可以看出，無論是西區(qū)段、東區(qū)段還是水閘大橋段的測點，其沉降值隨時間呈近線性增加且速率并未有衰減的趨勢。這表明在省道填筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用下，省道底部地基的固結(jié)沉降仍在繼續(xù)且在線性變形發(fā)展階段。此外，東區(qū)段沉降量大于西區(qū)段。

圖2 典型測點地基沉降隨時間的變化曲線

經(jīng)監(jiān)測，獲得省道不同樁號在不同時刻的累計沉降數(shù)據(jù)，如圖3 所示。由圖3 可知，水閘大橋附近測點的累計沉降量最小，在0～6個月時間段，東區(qū)段和西區(qū)段的累計沉降量差別不大；但隨著時間的不斷增加，如12 個月、18 個月時，東、西區(qū)段地基沉降逐漸產(chǎn)生差異，東區(qū)段地基累計沉降值比西區(qū)段大，可能是因為地層參數(shù)差異。根據(jù)實際施工情況，在東區(qū)段臨近大橋區(qū)域監(jiān)測過程中完成了中石化油庫施工，其堆載高度為6.5 m。由于油庫地基對省道地基具有一定的加固作用，靜態(tài)荷載作用時省道距油庫越近其沉降值應(yīng)更大，但實際監(jiān)測數(shù)據(jù)卻恰恰相反，在樁號3+075—4+075 區(qū)段沉降最大，并不是在油庫附近（位置約在樁號2+075）。綜上說明，省道填筑和車輛動荷載引起的地基固結(jié)沉降為主要沉降，次固結(jié)變形可以忽略，油庫堆載對省道的影響并不明顯。

圖3 省道不同樁號測點在不同時間時的累計沉降量

2.2 地基沉降預(yù)測

根據(jù)實測獲得的省道地基沉降數(shù)據(jù)，采用概率理論預(yù)測地基沉降和推算最終沉降量，對省道路基和水閘大橋的工程運營安全性進行評價，以便提出針對性的安全改善措施和建議。在實際工程應(yīng)用中，基于實測數(shù)據(jù)的常用地基最終沉降量預(yù)測方法包括雙曲線法、三點法、灰色預(yù)測模型和Asaoka 法等。當(dāng)?shù)鼗鶎崪y沉降數(shù)據(jù)的時間持續(xù)較長時，采用雙曲線法進行預(yù)測準(zhǔn)確、可靠度高，已廣泛應(yīng)用在各種地基沉降預(yù)測分析中[7-8]。本文采用雙曲線法對該工程地基的最終沉降進行推算。

雙曲線法是一種地基靜態(tài)沉降預(yù)測方法，該方法利用已有的實測沉降數(shù)據(jù)進行回歸擬合分析，可進行地基的沉降發(fā)展趨勢和最終沉降量預(yù)測。雙曲線法認為地基沉降速率隨時間呈雙曲線形式遞減，在時刻t時相應(yīng)的沉降量為：

式（1）進一步變換為：

由式（2）可得到(t-t0)/(St-S0)～(t-t0)的變化曲線，對數(shù)據(jù)點作進一步線性回歸分析，從而獲得沉降預(yù)測系數(shù)A和B。當(dāng)t→∞時，地基沉降達到最終沉降量S∞。對式（2）求極限，可得到地基最終沉降量：

式中：St和S0分別為時間t和t0時的沉降量（mm）；S∞為地基最終沉降量（mm）；A、B為地基沉降預(yù)測系數(shù)，與地基巖土層性質(zhì)和荷載等有關(guān)，由曲線方程擬合得出。

實測起點時認為地基無沉降，即t0=0 時S0=0，則式（2）可簡化為：

選取典型樁號測點的地基沉降數(shù)據(jù)（西區(qū)段樁號0+275、1+075，東區(qū)段樁號1+575、2+175），根據(jù)沉降預(yù)測式（4），繪出t/St～t的變化曲線，并進行線性回歸分析，從而得到該省道地基的沉降預(yù)測系數(shù)A和B，如圖4 所示。整體而言，地基沉降值的回歸擬合度較高，尤其是西區(qū)段達到了82%以上。由預(yù)測趨勢可知，樁號0+275、1+075 測點的地基最終沉降量分別為43.5、45.5 cm，表明該省道西區(qū)段各測點的沉降量差別不大。樁號1+575、2+175測點的地基最終沉降量分別為66.7、111.1 cm，表明東區(qū)段地基最終沉降量更大，其中由于樁號2+175位于油庫附近，油庫的施工對該測點地基沉降量監(jiān)測影響較大，因此該點數(shù)據(jù)無法代表整個路段的沉降。綜上，由回歸擬合分析，最終沉降值范圍在43.5～66.7 cm。

圖4 典型樁號測點沉降量回歸曲線

3 結(jié)論

本文以某沿海臨港圍墾區(qū)道路地基為研究對象，通過現(xiàn)場地基沉降監(jiān)測，獲得了不同區(qū)段地基在不同時期的沉降規(guī)律，并對其沉降趨勢進行了預(yù)測，得出以下主要結(jié)論。

（1）從監(jiān)測開始的18 個月內(nèi)，由于受道路地基填筑產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用，該省道監(jiān)測區(qū)段內(nèi)地基沉降值隨時間呈近線性增加趨勢，且東區(qū)段地基沉降量大于西區(qū)段。

（2）水閘大橋附近測點的累計沉降量最小，在0～6 個月內(nèi)，東區(qū)段和西區(qū)段的累計沉降量差別不大；隨著時間的不斷增加（如12個月、18個月），東區(qū)段地基累計沉降值逐漸大于西區(qū)段，說明省道填筑和車輛動荷載引起的地基固結(jié)沉降為主要沉降。

（3）雙曲線法能較好地預(yù)測該臨港圍墾區(qū)道路地基沉降值，基于實測沉降數(shù)據(jù)，推算該地基最終沉降值范圍在43.5～66.7 cm。