宋龍超　張光偉　覃晴

【摘 要】 以鹽城港射陽(yáng)港區(qū)某碼頭后方堆場(chǎng)為例，提出灰色模型GM（1，1）的震蕩殘差修正方法，對(duì)比分析雙曲線法和原始灰色模型GM（1，1）二種方法。結(jié)果表明，經(jīng)震蕩殘差修正后的原始灰色模型能夠更精確地描述堆場(chǎng)的初期沉降現(xiàn)象，利用此模型可以獲得更為可靠的最終沉降量。

【關(guān)鍵詞】 碼頭堆場(chǎng)；沉降預(yù)測(cè)；灰色模型GM（1，1）；震蕩殘差修正

0 引 言

地基最終沉降量（尤其是工后沉降）是工程上十分重要的問(wèn)題。在海港工程中，堆場(chǎng)陸域形成后常需進(jìn)行地基處理，以避免場(chǎng)地后期大沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。對(duì)于地基沉降的計(jì)算或預(yù)測(cè)是判定地基處理成功與否的重要環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就此進(jìn)行了大量的研究，這些計(jì)算方法可大致分為以下3類(lèi)：

（1）《建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范》推薦的分層總和法；

（2）根據(jù)固結(jié)理論，結(jié)合土體的本構(gòu)模型，采用數(shù)值計(jì)算土體最終沉降量的有限元法；

（3）根據(jù)前期沉降資料，建立預(yù)測(cè)模型，得出沉降規(guī)律及最終沉降量的模型預(yù)測(cè)法。

在模型預(yù)測(cè)法中，一般先要對(duì)地基處理后的沉降進(jìn)行持續(xù)半年以上的觀測(cè)，然后利用有限的前期觀測(cè)數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，預(yù)估地基沉降的發(fā)展趨勢(shì)并推測(cè)出最終沉降量；因此，建立能夠精確描述初期沉降現(xiàn)象的預(yù)測(cè)模型十分必要。

本文針對(duì)堆場(chǎng)沉降數(shù)據(jù)采用灰色模型GM 進(jìn)行預(yù)測(cè)，觀察到相應(yīng)的預(yù)測(cè)殘差更接近于震蕩函數(shù)形式，進(jìn)而引入新的二階殘差白化方程以描述這種震蕩殘差行為，最終得到更符合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

1 預(yù)測(cè)模型的建立

本文將沿用灰色模型思想，著力描述GM模型殘差的系統(tǒng)性變化規(guī)律。在大部分工程實(shí)踐中，E（0）應(yīng)該是一個(gè)繞0值上下震蕩的序列，并保持一定的連續(xù)性；因此，可以使用正弦函數(shù)級(jí)數(shù)描述?；谶@一思想，前人發(fā)展出傅立葉變換方案，以提取殘差中反映系統(tǒng)偏差的內(nèi)稟信息。但是，堆場(chǎng)沉降測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)一般偏少，數(shù)據(jù)周期性并不明顯，傅立葉變換方案的直接應(yīng)用可能使計(jì)算過(guò)程過(guò)于完備而掩蓋了系統(tǒng)真實(shí)的震蕩特性?？紤]到沉降數(shù)據(jù)的有限性，為簡(jiǎn)化計(jì)算，直接假定殘差序列對(duì)應(yīng)一個(gè)單頻的正弦函數(shù)

2 實(shí)例分析

2.1 樣本數(shù)據(jù)的選取

碼頭位于鹽城港射陽(yáng)港區(qū)，擬建項(xiàng)目位于射陽(yáng)河入?？谧蟀?，后方場(chǎng)區(qū)與魚(yú)塘堤圍相接，碼頭前沿為射陽(yáng)港出海航道。后方陸域布置有煤炭堆場(chǎng)、鋼材堆場(chǎng)、一般件雜貨堆場(chǎng)、集裝箱堆場(chǎng)，以及生產(chǎn)、生活輔助區(qū)，陸域形成采用砂土回填，陸域堆場(chǎng)設(shè)計(jì)高程為5.4 m。根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，工程場(chǎng)地地基工后固結(jié)度要求達(dá)到80%以上，工后地基殘余沉降值滿足規(guī)范要求（工后殘余沉降設(shè)計(jì)按小于30 cm控制）。

本文以煤炭北堆場(chǎng)工后沉降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（監(jiān)測(cè)點(diǎn)B1，B2）作為樣本進(jìn)行研究，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖1。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2013年11月12日至2015年1月21日，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

針對(duì)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行雙曲線擬合及GM（1，1）預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖2。雙曲線法對(duì)后期沉降值有較好的描述，但前期預(yù)測(cè)值系統(tǒng)性地高于實(shí)測(cè)值；GM（1，1）預(yù)測(cè)則平衡了前期與后期沉降的誤差分布，得到了適中的預(yù)測(cè)曲線。

需要注意的是，GM（1，1）的預(yù)測(cè)曲線并未完全地考慮到沉降現(xiàn)象在沉降監(jiān)測(cè)前期與后期的不同。圖2（c）（d）給出了GM（1，1）模型殘差隨時(shí)間的演變。以2014年5月為分界，在監(jiān)測(cè)前期，GM（1，1）給出了較高的估計(jì)；而在后期，殘差值演變行為完全相反。整個(gè)殘差值演變出現(xiàn)系統(tǒng)性的震蕩，符合本文提出的震蕩殘差修正方案的適用條件。

針對(duì)B1和B2兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)GM（1，1）預(yù)測(cè)的殘差值進(jìn)行震蕩殘差修正計(jì)算，計(jì)算得到震蕩頻率 分別為0.350和0.355（單位為月 1）。圖2（c）（d）展示了計(jì)算所得震蕩殘差修正函數(shù)，計(jì)算震蕩殘差函數(shù)與的殘差大致吻合，可以用于對(duì)的進(jìn)一步改進(jìn)。圖2（a）（b）給出了考慮到震蕩殘差修正后的預(yù)測(cè)值。圖2中多個(gè)模型預(yù)測(cè)的對(duì)比結(jié)果顯示，在經(jīng)過(guò)考慮震蕩殘差修正后，GM（1，1）可以更有效地避免系統(tǒng)性的誤差偏離，得到最為吻合的預(yù)測(cè)曲線。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的GM（1，1）震蕩性殘差修正新方案，可為工程實(shí)踐得到更高精度的初期沉降預(yù)測(cè)，有利于遠(yuǎn)期最終沉降值的驗(yàn)證工作。本方法充分考慮了GM（1，1）殘差的震蕩性質(zhì)，避免了傅立葉變換冗繁的算法和復(fù)雜的數(shù)學(xué)理解，利用二階白化方程，將計(jì)算過(guò)程線性化、解析化。運(yùn)用雙曲線法、GM（1，1）方法及GM（1，1）殘差震蕩修正方法，試驗(yàn)性地對(duì)鹽城港射陽(yáng)港區(qū)某碼頭后方煤炭北堆場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)B1、B2進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到了最吻合實(shí)測(cè)值的預(yù)測(cè)曲線，證明該方案的有效性。