吳子俊　陳偉（江西有色地質(zhì)勘查五隊(duì)　江西九江　332000）

淺談單樁靜載荷試驗(yàn)的灰色理論預(yù)測(cè)極限承載力

吳子俊陳偉
（江西有色地質(zhì)勘查五隊(duì)江西九江332000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中的基礎(chǔ)地位越顯突出，加強(qiáng)現(xiàn)代化建筑技術(shù)理論的應(yīng)用，對(duì)于提升建筑行業(yè)發(fā)展水平來說，具有十分重要的意義。單樁靜載荷試驗(yàn)的灰色理論預(yù)測(cè)極限承載力，在樁基工程中的應(yīng)用，對(duì)于保證樁基工程的安全性和可靠性來說，意義重大。本文對(duì)該問題的分析，從灰色系統(tǒng)理論出發(fā)，預(yù)測(cè)了單樁靜載荷試驗(yàn)的極限承載力。利用灰色理論預(yù)測(cè)極限承載力與實(shí)際情況差異較小，可以更好地將之應(yīng)用于實(shí)際建設(shè)過程中，希望本文對(duì)灰色理論預(yù)測(cè)單樁極限承載力的研究，能夠?yàn)闃痘こ痰陌l(fā)展提供一些參考和建議。

單樁靜載荷試驗(yàn)；灰色理論；極限承載力

1　前言

就現(xiàn)階段建筑工程發(fā)展情況來看，在樁基工程發(fā)展中，利用靜載荷試驗(yàn)對(duì)單樁極限承載力進(jìn)行確認(rèn)，具有較好的效果，符合實(shí)際工作需要。但在極限承載力預(yù)測(cè)過程中，選擇怎樣的理論預(yù)測(cè)，將直接影響到預(yù)測(cè)效果與實(shí)際情況的差異性，這種差異性越小，對(duì)樁基工程發(fā)展越有利。目前來看，靜載荷試驗(yàn)對(duì)于確定單樁極限承載力有著重要幫助，但是在應(yīng)用過程中，由于試樁費(fèi)用以及反力裝置等問題影響，靜載荷試驗(yàn)如何節(jié)約成本，保證試驗(yàn)的可靠性問題，成為樁基工程發(fā)展過程中必須考慮的一個(gè)重要議題?；疑A(yù)測(cè)理論是現(xiàn)階段應(yīng)用于單樁靜載荷試驗(yàn)過程中的一種有效理論方法，在實(shí)際預(yù)測(cè)過程中，發(fā)揮了較為重要的作用。本文對(duì)該問題的研究，注重分析灰色系統(tǒng)理論基本情況，并對(duì)系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)行了全面觀察和分析。在研究過程中，我們可以看出，灰色預(yù)測(cè)理論的應(yīng)用，可以更好地解決單樁靜載荷試驗(yàn)的實(shí)際問題，對(duì)于推測(cè)極限承載力來說，有著重要作用。

2　灰色預(yù)測(cè)理論

2.1灰色預(yù)測(cè)理論與灰色模型

灰色預(yù)測(cè)理論是現(xiàn)階段應(yīng)用于單樁靜載荷試驗(yàn)的重要理論，起始于20世紀(jì)80年代，通過利用連續(xù)的灰色微分方程，能夠?qū)螛鹅o載荷試驗(yàn)的極限承載力問題進(jìn)行有效分析，并作出較為真實(shí)的預(yù)測(cè)[1]?；疑A(yù)測(cè)理論在現(xiàn)階段得到了廣泛地應(yīng)用，可以節(jié)約單樁試驗(yàn)成本，滿足樁基工程的實(shí)際需要?；疑A(yù)測(cè)理論在實(shí)際應(yīng)用過程中，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，以累加或是累減的方法，形成規(guī)律性數(shù)據(jù)，之后對(duì)規(guī)律性數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，找出試驗(yàn)過程中的有效規(guī)律。

灰色預(yù)測(cè)模型我們將之稱為“GM”模型，是灰色預(yù)測(cè)理論的基本模型，在實(shí)際應(yīng)用過程中，發(fā)揮了十分重要的作用?；疑Ｐ偷幕颈磉_(dá)式為GM（1，1），在應(yīng)用過程中，對(duì)樣本量少、波動(dòng)性小的預(yù)報(bào)問題能夠進(jìn)行有效處理。在對(duì)樁基工程處理過程中，主要以樁的Q～S曲線為主，能夠?qū)逗奢d與沉降關(guān)系進(jìn)行有效反應(yīng)，為人們解決實(shí)際問題，提供有效地參考[2]。

2.2灰色預(yù)測(cè)理論模型構(gòu)建問題

在進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)理論模型構(gòu)建過程中，我們要把握GM （1，1）的變量關(guān)系，對(duì)增量荷載的序列可設(shè)為：

這樣一來，針對(duì)于公式（1），其沉降變形增量序列則為：

根據(jù)灰色預(yù)測(cè)理論，我們?cè)趯?duì)沉降變形增量問題處理過程中，則需要利用累加法，生成灰色預(yù)測(cè)理論的數(shù)據(jù)模型，這一模型，具體情況如下：

綜合公式（3），我們進(jìn)行灰色建模過程中，可以得出一個(gè)一階微分方程，這個(gè)微分方程模型GM（1，1）我們將之記為：

之后，我們需要對(duì)式中的a和b的數(shù)值進(jìn)行求解，以此對(duì)單樁的極限承載力進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)測(cè)[3]。

2.3預(yù)測(cè)精度優(yōu)化

在利用灰色預(yù)測(cè)理論模型對(duì)單樁靜載荷極限承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)過程中，我們需要對(duì)預(yù)測(cè)精度進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，這種優(yōu)化，可以使單樁靜載荷試驗(yàn)更加符合實(shí)際要求，保證樁基工程能夠順利進(jìn)行。優(yōu)化過程中，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)、GM（1，1）模型以及預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行人為優(yōu)化，使得出的數(shù)據(jù)信息更加貼近于實(shí)際需要。優(yōu)化過程中，我們?cè)跍y(cè)試之初，會(huì)設(shè)置GM（1，1）預(yù)測(cè)模型，這一模型未必會(huì)與實(shí)際情況吻合，這就需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)，以殘差作為GM（1，1）的模型，并對(duì)獲得殘差預(yù)測(cè)值和GM（1，1）的預(yù)測(cè)值進(jìn)行疊加處理，對(duì)GM（1，1）的模型數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的修正。

3　單樁靜載荷試驗(yàn)的灰色理論預(yù)測(cè)極限承載力的實(shí)例分析

我們?cè)趯?duì)單樁靜載荷試驗(yàn)的灰色理論預(yù)測(cè)極限承載力問題分析過程中，要相對(duì)這一問題進(jìn)行透徹分析，弄清灰色理論預(yù)測(cè)如何進(jìn)行極限承載力預(yù)測(cè)，必須利用實(shí)際案例，這樣一來，有利于我們更好地對(duì)灰色預(yù)測(cè)理論進(jìn)行研究和分析。本文在對(duì)灰色理論預(yù)測(cè)應(yīng)用于單樁靜載試驗(yàn)的極限承載力分析過程中，以××市樁基工程的單樁靜載荷試驗(yàn)為例，具體情況如下：

××市在進(jìn)行立交橋建設(shè)過程中，需要采取鉆孔灌注樁的方式，對(duì)樁基工程進(jìn)行有效處理，這樣一來，必須對(duì)單樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，得出單樁的極限承載力。本工程的實(shí)際情況如下：?jiǎn)螛稑O限承載力設(shè)計(jì)為24000kN，樁長(zhǎng)為60m，樁徑為100cm。在進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)過程中，采用了30000kN級(jí)的反力架。在進(jìn)行試驗(yàn)過程中，當(dāng)荷載數(shù)值為17000kN時(shí)，單樁的接頭被壓碎，這樣一來，停止了單樁靜載荷試驗(yàn)。在對(duì)該問題分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)，從P-S成果來看，單樁并沒有達(dá)到極限承載力，說明測(cè)試的數(shù)值與實(shí)際情況有著一定的差異性，為了更好地分析問題和解決問題，我們利用灰色預(yù)測(cè)理論，分析××市該樁基工程單樁極限承載力問題。

利用灰色預(yù)測(cè)理論分析單樁靜載荷試驗(yàn)極限承載力問題時(shí)，我們要考慮到工程案例的實(shí)際情況。在荷載數(shù)值達(dá)到17000kN時(shí)，連接接頭被壓碎，這樣一來，我們需要利用灰色預(yù)測(cè)理論對(duì)17000kN對(duì)應(yīng)的沉降值進(jìn)行分析。在分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)，關(guān)于樁基單樁靜載荷試驗(yàn)中，沉降值與荷載之間的關(guān)系，具體情況如圖1。

圖1　關(guān)于試樁荷載傳遞曲線P-S

從圖1（關(guān)于試樁荷載傳遞曲線P-S）來看，隨著荷載的不斷增加，樁頂沉降值會(huì)變大，這樣一來，根據(jù)《公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，單樁靜荷載試驗(yàn)的極限承載力應(yīng)為21000kN，而本案例中的17000kN顯然沒有達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。這樣一來，說明在實(shí)際預(yù)測(cè)過程中，預(yù)測(cè)值偏差較大，與實(shí)際結(jié)果不相符合。對(duì)此，在進(jìn)行問題分析過程中，我們需要考慮到不同靜載荷試驗(yàn)對(duì)單樁極限承載力的影響。關(guān)于××市的樁基工程單樁靜載試驗(yàn)，我們可以利用荷載傳遞法的單樁沉降理論對(duì)單樁荷載極限承載力問題進(jìn)行分析，將會(huì)具有更高的實(shí)用性。在對(duì)該問題研究過程中，我們可以結(jié)合表1所示的推測(cè)值，對(duì)單樁靜載荷試驗(yàn)的極限承載力數(shù)值進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。

表1　單樁極限承載力預(yù)測(cè)數(shù)值統(tǒng)計(jì)表

如表1單樁極限承載力預(yù)測(cè)數(shù)值統(tǒng)計(jì)表來看，在實(shí)際預(yù)測(cè)過程中，灰色預(yù)測(cè)理論具有更好地準(zhǔn)確性和可靠性，與《公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定更加貼近。這樣一來，在進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)極限承載力測(cè)試過程中，我們可以利用灰色預(yù)測(cè)理論，對(duì)單樁極限承載力進(jìn)行分析，更好地滿足樁基工程的實(shí)際發(fā)展需要。

4　認(rèn)識(shí)

在對(duì)單樁靜載試驗(yàn)極限承載力問題研究過程中，通過對(duì)灰色預(yù)測(cè)理論與灰色預(yù)測(cè)模型的研究和分析，并通過相關(guān)實(shí)際案例舉證，我們可以看出，灰色預(yù)測(cè)理論更能夠保證預(yù)測(cè)數(shù)值的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)于樁基工程的發(fā)展來說，起到了重要的推動(dòng)作用。本文在對(duì)這一問題研究過程中，主要認(rèn)識(shí)如下：

（1）在進(jìn)行單樁荷載試驗(yàn)過程中，若是單樁極限承載力并沒有完全發(fā)揮時(shí)，我們需要對(duì)單樁靜載試驗(yàn)的測(cè)試技術(shù)手段進(jìn)行分析，查看其存在的疏漏，并進(jìn)行有效分析，確保單樁靜載荷試驗(yàn)極限承載力能與實(shí)際情況相符；

（2）灰色預(yù)測(cè)理論在進(jìn)行單樁極限承載力應(yīng)用過程中，具有更好地效果，能夠更好地對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行解決。

[1]張優(yōu)龍，楊坪.鄭州單樁靜載曲線不同模型下擬合的對(duì)比分析[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，01：108～112.

[2]郝又猛.灰色GM（1，1）模型在樁基極限承載力預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010，08：100～101.

[3]周曉杰.基于灰色預(yù)測(cè)理論的單樁極限承載力預(yù)測(cè)分析[J].蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，02：31～34.

TU473.1+1

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1673-0038（2015）51-0191-02

2015-12-5