笪中明

（德興市水利局，江西 德興 334200）

我國(guó)沿?；A(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(huì)遇到軟土地基。由于軟土具有強(qiáng)度低、孔隙大、含水量高等特點(diǎn)，其地基承載力低，易發(fā)生形變。為達(dá)到基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)度、控制形變等建設(shè)要求，需要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，并在施工和運(yùn)營(yíng)過程中對(duì)地基進(jìn)行沉降等監(jiān)測(cè)，以指導(dǎo)工程施工及其以后的安全運(yùn)營(yíng)[1，2]?？梢姷鼗两捣治鍪枪こ探ㄔO(shè)施工及運(yùn)營(yíng)中的關(guān)鍵。目前，學(xué)者們對(duì)地基沉降規(guī)律及預(yù)測(cè)做了大量研究，常用的基于實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)方法有三點(diǎn)法、雙曲線法、Asaoka 法、星野法和灰色預(yù)測(cè)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(duì)地基不同區(qū)段進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，得到不同時(shí)期地基的沉降規(guī)律，并利用經(jīng)典雙曲線法對(duì)最終沉降值進(jìn)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(cè)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(zhǎng)度45 m，如圖1所示。定義樁號(hào)0+000—1+515為西區(qū)段（大橋左側(cè)），樁號(hào)1+560—4+570為東區(qū)段（大橋右側(cè)），樁號(hào)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(cè)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(jìn)行監(jiān)測(cè)。該省道中心線上典型測(cè)點(diǎn)（樁號(hào)為0+675、1+575、2+175、2+475、2+875 和3+675）的沉降值隨時(shí)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(cè)點(diǎn)，其沉降值隨時(shí)間呈近線性增加且速率并未有衰減的趨勢(shì)。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(cè)點(diǎn)地基沉降隨時(shí)間的變化曲線

經(jīng)監(jiān)測(cè)，獲得省道不同樁號(hào)在不同時(shí)刻的累計(jì)沉降數(shù)據(jù)，如圖3 所示。由圖3 可知，水閘大橋附近測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量最小，在0～6個(gè)月時(shí)間段，東區(qū)段和西區(qū)段的累計(jì)沉降量差別不大；但隨著時(shí)間的不斷增加，如12 個(gè)月、18 個(gè)月時(shí)，東、西區(qū)段地基沉降逐漸產(chǎn)生差異，東區(qū)段地基累計(jì)沉降值比西區(qū)段大，可能是因?yàn)榈貙訁?shù)差異。根據(jù)實(shí)際施工情況，在東區(qū)段臨近大橋區(qū)域監(jiān)測(cè)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(duì)省道地基具有一定的加固作用，靜態(tài)荷載作用時(shí)省道距油庫越近其沉降值應(yīng)更大，但實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)卻恰恰相反，在樁號(hào)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(hào)2+075）。綜上說明，省道填筑和車輛動(dòng)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(duì)省道的影響并不明顯。

圖3 省道不同樁號(hào)測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間時(shí)的累計(jì)沉降量

2.2 地基沉降預(yù)測(cè)

根據(jù)實(shí)測(cè)獲得的省道地基沉降數(shù)據(jù)，采用概率理論預(yù)測(cè)地基沉降和推算最終沉降量，對(duì)省道路基和水閘大橋的工程運(yùn)營(yíng)安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便提出針對(duì)性的安全改善措施和建議。在實(shí)際工程應(yīng)用中，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的常用地基最終沉降量預(yù)測(cè)方法包括雙曲線法、三點(diǎn)法、灰色預(yù)測(cè)模型和Asaoka 法等。當(dāng)?shù)鼗鶎?shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)的時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)，采用雙曲線法進(jìn)行預(yù)測(cè)準(zhǔn)確、可靠度高，已廣泛應(yīng)用在各種地基沉降預(yù)測(cè)分析中[7-8]。本文采用雙曲線法對(duì)該工程地基的最終沉降進(jìn)行推算。

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

式（1）進(jìn)一步變換為：

由式（2）可得到(t-t0)/(St-S0)～(t-t0)的變化曲線，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)作進(jìn)一步線性回歸分析，從而獲得沉降預(yù)測(cè)系數(shù)A和B。當(dāng)t→∞時(shí)，地基沉降達(dá)到最終沉降量S∞。對(duì)式（2）求極限，可得到地基最終沉降量：

式中：St和S0分別為時(shí)間t和t0時(shí)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(cè)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(shí)測(cè)起點(diǎn)時(shí)認(rèn)為地基無沉降，即t0=0 時(shí)S0=0，則式（2）可簡(jiǎn)化為：

選取典型樁號(hào)測(cè)點(diǎn)的地基沉降數(shù)據(jù)（西區(qū)段樁號(hào)0+275、1+075，東區(qū)段樁號(hào)1+575、2+175），根據(jù)沉降預(yù)測(cè)式（4），繪出t/St～t的變化曲線，并進(jìn)行線性回歸分析，從而得到該省道地基的沉降預(yù)測(cè)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(dá)到了82%以上。由預(yù)測(cè)趨勢(shì)可知，樁號(hào)0+275、1+075 測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)的沉降量差別不大。樁號(hào)1+575、2+175測(cè)點(diǎn)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(hào)2+175位于油庫附近，油庫的施工對(duì)該測(cè)點(diǎn)地基沉降量監(jiān)測(cè)影響較大，因此該點(diǎn)數(shù)據(jù)無法代表整個(gè)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(hào)測(cè)點(diǎn)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(duì)象，通過現(xiàn)場(chǎng)地基沉降監(jiān)測(cè)，獲得了不同區(qū)段地基在不同時(shí)期的沉降規(guī)律，并對(duì)其沉降趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，得出以下主要結(jié)論。

（1）從監(jiān)測(cè)開始的18 個(gè)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(cè)區(qū)段內(nèi)地基沉降值隨時(shí)間呈近線性增加趨勢(shì)，且東區(qū)段地基沉降量大于西區(qū)段。

（2）水閘大橋附近測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量最小，在0～6 個(gè)月內(nèi)，東區(qū)段和西區(qū)段的累計(jì)沉降量差別不大；隨著時(shí)間的不斷增加（如12個(gè)月、18個(gè)月），東區(qū)段地基累計(jì)沉降值逐漸大于西區(qū)段，說明省道填筑和車輛動(dòng)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(cè)該臨港圍墾區(qū)道路地基沉降值，基于實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)，推算該地基最終沉降值范圍在43.5～66.7 cm。