洪英維

(南昌鐵路勘測設計院有限責任公司，江西 南昌 330002)

1 工程概況

該路段位于沖湖積平原，地區(qū)軟土多為積海成因。這些軟土強度低、含水量高、壓縮性高、靈敏度高、易受干擾、變形、承載力低等特點，地質條件差。路段的路基處理方式采用了塑料排水板堆載預壓法，該方法為當前軟土路基的主要處理方法之一。其原理主要是塑料排水板作為軟土地基中的豎向排水體，加大地基滲透參數，加快土體孔隙水排出。具有施工方法簡便，造價低廉，加固效果顯著等優(yōu)點，適用于大面積軟基加固處理工程。

2 監(jiān)測結果分析

該試驗路累計觀測625 d，共測76次，在路基填筑期平均3～4 d觀測一次，在路基交驗期平均9～10 d觀測一次。填土施工按照每周每次填筑不超過25 cm的速率進行，同時依據觀測數據適當的調整填筑的時間間隔，當沉降速率超過15 mm/d并收斂較緩時，減緩填筑速率。沉降板的埋設采用地表埋設方式進行。沉降觀測采用全自動電子水準儀測定進行復合或閉合。

該路段共布置了4個觀測斷面，12塊沉降板。根據觀測資料繪制的荷載-沉降-時間曲線圖及填筑與沉降速率變化曲線圖，以典型斷面K4+943為例說明，如圖1、2所示。

圖1 K4+943荷載-沉降-時間曲線圖

圖2 K4+943荷載-沉降速率曲線圖

經圖1、2，得出：

(1)與路基中心沉降板相對應的沉降量大于與兩側相對應的沉降量，主要原因是道路荷載分布對稱，而沉降由路邊沉降觀測點觀測到是半邊載荷。

(2)在填筑期間，沉降率明顯上升，停填一段時間后，沉降率放緩，收斂值較小。因此，當荷載-時間-沉降曲線出現更陡峭的方向時，應嚴格控制加載率，以確保路基的穩(wěn)定性和安全性。

(3)考慮到主要原因，早期軟土地層孔隙大、含水量高、負荷早、孔隙水消散率相對較快，隨著施工的進行，沉降速率變化較大軟土地層的施工、荷載、孔隙比逐漸減小，承載力逐漸增大，荷載產生的附加應力逐漸由土粒骨架承擔，加載后，排水效應減小，沉降率變化幅度減小，使填土厚度在施工初期盡可能減小，并隨著路基承載力的提高，路堤的填充厚度可以加快。

3 軟土路基沉降預測

沉降預測方法多為結合固結理論和本構關系建立正演模型，利用實測的沉降數據資料和數學優(yōu)化方法，反演分析出地基土的各項參數，最后利用所建立的正演模型預測后期的軟土沉降量。

本文在考慮了路基上負載荷的穩(wěn)定性后，將沉降近似看作是固定荷載作用下某介質變化的過程，并采用全局優(yōu)化方法對路基進行了優(yōu)化。利用測量的沉降數據，可以得到更常用的預測公式。反演模型中的各參數，運用于后期的沉降預測，并將預測值與實測值進行對比。

3.1 預測方法介紹

(1)雙曲線模型及其解法

雙曲線法是一種純經驗的曲線擬合方法，根據實測的沉降曲線采用雙曲線擬合，預測未知某時刻的沉降量或最終的沉降量。其基本公式為：

(1)

由式(1)可推導出：

(2)

式中：st為t時刻的預測沉降量；s0為預測起始時刻t0的沉降量實測值。

(2)星野法模型

星野法根據現場實測數據得出t時刻固結沉降量的計算式：

(3)

則總沉降的計算公式為：

(4)

式中st為t時刻的預測沉降量；s0為預測起始時刻t0的沉降量實測值，A、K為待定系數。

(3)指數函數法模型

指數曲線法與雙曲線法類似，它假定地基土體在上部荷載的作用下，沉降量的平 均增長速率以指數曲線形式減少的一種經驗推導法，其經驗表達式為：

st=s∞-(s∞-s0)e(t0-t)/n

(5)

式中：t為任意時刻；s0為t0時刻對應的沉降量；s∞為最終沉降量；n為待定系數。

3.2 算例分析及其與實測數據對比研究

選取試驗路段的K4+943斷面為研究對象，對雙曲線模型、星野法模型和指數函數模型中的模型參數進行優(yōu)化求解，求出最優(yōu)解，得出各種預測模型的數學方程表達式，并通過數學方程的表達式，與實測沉降數據進行了比較。通過上述操作，預測的具體數據與實際觀測數據對比見圖3～圖4。

圖3 K4+943(路中)沉降預測與實測值對比圖

圖4 K4+943(路右)沉降預測與實測值對比圖

從實測數據以及預測數據進行分析可得：

(1)雙曲線法、星野法和指數函數法均能對實測數據的擬合度均較好，其擬合的平均線性相關系數分別99.53、98.36和99.51。其中雙曲線模型及指數函數模型的擬合度稍高于星野法模型。

(2)在預測數據里，星野法模型預測的數據最大，其次為雙曲線法模型，指數函數法模型預測的數據較小。

(3)根據圖3～圖4中的預測模型獲得的沉降的預測值與實測量值之間的比較，可以看出通過指數函數方法預測的沉降數據類似于圖中的最終測量沉降數據相近;圖3中通過雙曲線方法預測的沉降數據相近于實測量的結算數據。圖4中道路右側沉降板的預測值表明，Hoshino方法預測的沉降數據與測量的沉降數據接近。比較每種預測方法與實測量值之間的誤差。相對而言，雙曲線擬合法具有比星野法和指數函數更小的誤差比，并且相應誤差百分比的值是：2.64%，3.33%和4.22%。表明這三種預測模型對結算數據具有良好的預測。

4 結 論

施工期，沉降速率受填土荷載影響較大，在填土期間應及時測量沉降速率值，并及時調整填土速率和頻率。在路基填筑初期，沉降速率受填土影響波動較大，隨著孔隙水的排放，將有更多的土顆粒骨架來承擔填筑荷載，沉降速率波動也將逐漸減小。