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(jì)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(yù)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(yù)測,國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)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(jì)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(jì)算最終沉降量的各種有限元法;第三種方法通過現(xiàn)場實(shí)測資料來推算沉降量與時(shí)間的關(guān)系,如曲線擬合法、線性回歸法、灰色預(yù)測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、時(shí)間序列法等。分層總和法由于不能考慮側(cè)向變形,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值有很大的差異;數(shù)值模擬法計(jì)算工作量大,參數(shù)難確定,準(zhǔn)確預(yù)測較困難;因此曲線擬合法就顯示其突出優(yōu)點(diǎn),通過大量實(shí)踐證明,曲線擬合法具有一定的實(shí)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(shí)間所得的沉降觀測資料來預(yù)計(jì)最終沉降和沉降速率的方法[1],對于時(shí)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(shí)間間隔的選取進(jìn)行了分析,為該法在工程中的應(yīng)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(jì)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(yù)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(jì)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(shí)間劃分成相等的時(shí)間段△t,在實(shí)測沉降曲線上讀出t1、t2……所對應(yīng)的沉降值(見圖1),并制成表格;

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

圖1 相等時(shí)間段沉降曲線圖

圖2 Asaoka法示意圖

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

3 工程實(shí)例計(jì)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(jìn)行計(jì)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(xué)指標(biāo)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(xué)指標(biāo)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(diǎn)實(shí)測荷載—沉降時(shí)間過程線見圖4。

圖4 海堤3號測點(diǎn)荷載—沉降時(shí)間過程線圖

3.2 觀測資料系列對沉降預(yù)測成果的影響分析

本文選取工程施工開始后2010年的實(shí)測資料進(jìn)行2011年完工驗(yàn)收時(shí)總沉降值預(yù)測,并對該斷面進(jìn)行實(shí)測值和預(yù)測值的對比分析。2010年實(shí)測沉降過程見表2。

表2 2010年實(shí)測沉降過程表

利用2010年1—12月的實(shí)測資料采用Asaoka法對1 a后完工驗(yàn)收時(shí)的沉降量進(jìn)行預(yù)測(見表3)。

表3 不同時(shí)間段Asaoka法預(yù)測成果表

2011年10月中旬,原位觀測到的該點(diǎn)累計(jì)沉降量為308 cm,與表3中預(yù)測成果對比,利用Asaoka法預(yù)測,數(shù)據(jù)選取前300 d的資料預(yù)測的結(jié)果前后差異較大,最后3個時(shí)間段預(yù)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(yù)測結(jié)果精度的要求。因此在利用Asaoka法對工程沉降預(yù)測時(shí),應(yīng)盡量選取足夠長時(shí)間的資料以保證預(yù)測成果的可靠性。

3.3 時(shí)段間隔對沉降預(yù)測成果的影響分析

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

表4 不同時(shí)段間隔擬合結(jié)果表

圖5 不同時(shí)間間隔擬合曲線與實(shí)測數(shù)據(jù)對比圖

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

4 結(jié) 語

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

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

(3)本文針對選定工程案例,分析得出時(shí)間間隔△t=30 d時(shí)預(yù)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(shí),可以選取幾個不同的時(shí)間間隔進(jìn)行分析比較,使結(jié)果更為準(zhǔn)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.