朱英杰,毛丹紅,趙 鑫

(1.臺州市水電建設(shè)管理處,浙江 臺州 318000;2.浙江省水利水電勘測設(shè)計院,浙江 杭州 310002)

1 問題的提出

隨著灘涂開發(fā)治理熱潮的興起,在沿海軟土地基上興建堤塘工程也隨之展開,對軟基沉降的預測是確保工程按期保質(zhì)完成的關(guān)鍵之一。對于基礎(chǔ)沉降的預測,國內(nèi)外學者進行了大量的研究,總體上分成3大類:第一類為經(jīng)典的分層總和法,也是規(guī)范推薦的方法;第二類為數(shù)值計算方法,即根據(jù)固結(jié)理論,結(jié)合各種土的本構(gòu)模型,計算最終沉降量的各種有限元法;第三種方法通過現(xiàn)場實測資料來推算沉降量與時間的關(guān)系,如曲線擬合法、線性回歸法、灰色預測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、時間序列法等。分層總和法由于不能考慮側(cè)向變形,計算結(jié)果與實測值有很大的差異;數(shù)值模擬法計算工作量大,參數(shù)難確定,準確預測較困難;因此曲線擬合法就顯示其突出優(yōu)點,通過大量實踐證明,曲線擬合法具有一定的實用性和可靠性。常用的曲線擬合方法有雙曲線法、指數(shù)曲線法、Asaoka法等。其中Asaoka法是一種從一定時間所得的沉降觀測資料來預計最終沉降和沉降速率的方法[1],對于時間間隔的選取就顯得尤其重要。本文就Asaoka法推算軟基最終沉降量和時間間隔的選取進行了分析,為該法在工程中的應用提供參考。

2 Asaoka法曲線擬合的基本原理

Asaoka法也稱淺崗法,或圖解法,是Asaoka在1978年提出的,其計算公式:

推求最終沉降公式:

Asaoka法基本思想就是利用已有的沉降觀測資料求出未知參數(shù),然后據(jù)此參數(shù)預估最終沉降量。參數(shù)β1,β0的選取主要通過圖解法求得,參數(shù)α1可以通過公式計算得到[2],但誤差較大,通過曲線擬合后參數(shù)值基本可以滿足式(1)的精度要求。

Asaoka法步驟:

(1)將時間劃分成相等的時間段△t,在實測沉降曲線上讀出t1、t2……所對應的沉降值(見圖1),并制成表格;

(2)在以sj-1和 sj為坐標軸的平面上將沉降值s1,s2以點(sj-1,sj)畫出(見圖2),同時作出45°直線;

圖1 相等時間段沉降曲線圖

圖2 Asaoka法示意圖

(3)過點(sj-1,sj)作直線,與45°直線相交點對應的沉降為最終沉降。

3 工程實例計算與分析

3.1 工程概況

以浙江某在建海堤工程K6+500 m斷面為例進行計算分析。該海堤基礎(chǔ)處理采用塑料排水板加載排水固結(jié)法,斷面及原位觀測設(shè)備布置見圖3。地基土主要物理力學指標見表1。

圖3 典型海堤斷面及原位觀測設(shè)備布置圖

表1 地基土主要物理力學指標表

該海堤斷面從2008年3月開始加載施工,堤頂中心處3號沉降測點實測荷載—沉降時間過程線見圖4。

圖4 海堤3號測點荷載—沉降時間過程線圖

3.2 觀測資料系列對沉降預測成果的影響分析

本文選取工程施工開始后2010年的實測資料進行2011年完工驗收時總沉降值預測,并對該斷面進行實測值和預測值的對比分析。2010年實測沉降過程見表2。

表2 2010年實測沉降過程表

利用2010年1—12月的實測資料采用Asaoka法對1 a后完工驗收時的沉降量進行預測(見表3)。

表3 不同時間段Asaoka法預測成果表

2011年10月中旬,原位觀測到的該點累計沉降量為308 cm,與表3中預測成果對比,利用Asaoka法預測,數(shù)據(jù)選取前300 d的資料預測的結(jié)果前后差異較大,最后3個時間段預測的最終沉降量在320 cm左右,與觀測到的結(jié)果比較接近。這說明前300 d的資料不能滿足Asaoka法對基礎(chǔ)沉降預測結(jié)果精度的要求。因此在利用Asaoka法對工程沉降預測時,應盡量選取足夠長時間的資料以保證預測成果的可靠性。

3.3 時段間隔對沉降預測成果的影響分析

本文分別選取了不同時段間隔△t=10,20,30,40,50 d,分析了采用Asaoka法時時段間隔參數(shù)對沉降預測成果的影響。不同時間間隔擬合的曲線與實測數(shù)據(jù)的對比結(jié)果分別見表4及圖5。

表4 不同時段間隔擬合結(jié)果表

圖5 不同時間間隔擬合曲線與實測數(shù)據(jù)對比圖

通過計算可知不同時間段擬合曲線預測的沉降值各不相同,△t=30 d時擬合的結(jié)果最好;△t=10,20 d時前期擬合值與實測值有明顯的差別。直線斜率β1隨時間間隔的增大而減小;在Sj軸上的截距β0隨時間間隔的增大而增大;相關(guān)系數(shù)隨著時間間隔增大而減小。這是因為隨著時間間隔的增大插值點減少,擬合出的數(shù)據(jù)不如時間間隔小的好。因此針對本工程而言,時間間隔為30 d左右的預測結(jié)果最好。

4 結(jié) 語

(1)Asaoka法參數(shù)計算及推導過程簡明易懂,工作量不大,適合對最終沉降量進行估算。

(2)Asaoka法受人為因素的影響比較大,應盡量選用足夠的沉降數(shù)據(jù)進行預測,以保證預測成果的可靠性,建議采用1 a以上的實測資料系列。

(3)本文針對選定工程案例,分析得出時間間隔△t=30 d時預測結(jié)果最好的結(jié)論。但因?qū)賯€案,并不能保證在其它工程中的適用性,因此在使用這種方法時,可以選取幾個不同的時間間隔進行分析比較,使結(jié)果更為準確。

[1]殷宋,錢玉林.軟土地基上高等級公路路堤沉降的研究[J].華東公路,1995(2):7-12.

[2]Asaoka Akira.Observational procedure of settlement prediction[J].Soils and foundations,1978,18(4):178-182.