软土路基沉降预测方法研究

张李平

（福建林业职业技术学院 工程系，福建 南平 353000）

通常需要根据工程的具体情况以及经济性和合理性决定采用适当的软基设计与施工方案。显然，无论采取哪一种软基处理措施，都需要事先预估地基的沉降量及其随时间的变化。

在预估软土地区公路路基的沉降时，一般应注意如下4点：

（1）拟计算的路基断面地质土质资料应完整并与工程实际情况相符合，一般不宜采用变形参数ES1-2或a1-2估算路基沉降。

（2）拟计算的路基断面施工加载历程线应与施工期间实际产生的情况相符合。若施工期间的施工加载历程线与原设计不符合，则需根据实际情况重新教育处地基沉降。

（3）对于地基作排水处理的情况，应根据施工处理质量以及施工期间及后期地基的排通道是否畅通等因素，决定是否需要在路面铺筑之前重新估算地基沉降。

（4）路基沿线的地质土质情况以及加载历程线等变化较大，因此，在路基施工加载过程中特定断面的沉降实测结果不能简单地用于评价沿线其它断面的路基沉降情况。一般应将该断面的沉降实测曲线与理论计算曲线进行比较分析，以确定理论计算选用的计算参数是否合适。经对计算参数进行适当修正后，仍用理论方法预估其它路段的地基沉降。

实测沉降过程曲线推算沉降量法是根据实测的沉降值与时间的关系绘出曲线，然后选择适当的曲线进行拟合。主要有双曲线法、指数曲线法、对数曲线法、星野法、沉降和时间倒数法、最小二乘法、人工神经网络法以及日本的Asaoka法等。实测沉降过程曲线推算沉降量法是基于实测数据通过数值模拟来预测地基沉降的，具有较强的实用性。

以上预测方法各有利弊。它们的共同特点是要求观测时间较长，通常在实测沉降趋势趋于收敛时推算的结果比较理想。这里笔者主要介绍双曲线法、指数曲线法。

1 修正双曲线法

对于高压缩性软土来说，其应力应变关系明显呈非线性。因此软土的实际压缩过程不一定符合指数曲线关系。魏汝龙根据一个工程实测的比较分析，认为软粘土压缩曲线整个形状更符合双曲线型。

如图1所示，实测沉降曲线(S~t曲线)自拐点B开始采用双曲线配合。双曲线方程为：

式中，K为系数；

图1 双曲线配合法

式中，tc为B点开始计算的时间；

Sc为B点开始计算地基产生的最终沉降量，即B点y坐标；

a为B点x坐标；

St为B点开始计算t时刻沉降。

将B点和C点两点坐标代入式(2)中，可得：

将实测曲线S～t曲线上二点(S1，t1)和(S2，t2)代入上式可得Sc和a值：

总沉降为

式中，S0为沉降曲线S~T曲线上拐点B对应的沉降量。

经简化，双曲线拟合的方程式为

解上述方程：①计算比值η

②求参数a

③求最终沉降量S

2 修正的指数曲线配合法

假设沉降曲线满足指数方程：

在实测曲线上取三点(t1，S1)，(t2，S2)，(t3，S3)，并使，经简化，指数拟合的方程式为

解上述方程：①计算比值η

②求参数γ

③求最终沉降量S

3 工后沉降预测

工后沉降是衡量高等级公路质量优劣的关键。但一般而言，高等级公路的投资额大、施工工期长、不确定性因素多、信息化施工程度高，为及时根据现场的实际条件，准确预测其工后沉降，及时进行现场施工指导，确保公路的质量要求。

本文采用数值计算方法，选取双曲线、指数曲线模型对第七合同段K83+800，第八合同段K93+000两个断面进行工后沉降预测，对实测沉降曲线拟和情况如下：

K83+800断面

选取表6中的实测沉降数据：

t1=0.36s1=75.81；t2=0.37s2=79.88；t3=0.38s3=82.99

△t=t2-t1=t3-t2=0.01

代入公式（14）、（15）、（16）；得

得到双曲线拟合的方程式为：St=87.81+31.85×（t-0.3）/（t+0.36）。从而求出双曲线预测沉降，并作出实测曲线与双曲线预测曲线。同理求出指数方程曲线，并作出实测曲线与指数曲线预测曲线。指数曲线预测曲线：St=-97.42-6.2exp[3.308*（t-0.89）]t1=1.17s1=107.10；t2=1.23s2=109.22；t3=1.29s3=111.02

△t=t2-t1=t3-t2=0.06

代入公式（14）、（15）、（16）；得

从而求出双曲线预测沉降，并作出实测曲线与双曲线预测曲线。

同理求出指数方程曲线，并作出实测曲线与指数曲线预测曲线。

指数曲线St=-87.42-6.2exp[2.215*（t-0.75）]

4 结语

通过对现场原位观测数据的处理分析，可得出如下结论：

（1）高速公路工后沉降的预测方法繁多，根据软土地基固结的定义可知，双曲线方程与指数方程与土体固结的计算公式类同，本文通过现场试验数据的对比分析，证实了修正的指数模型在预测大广高速公路麻城至浠水段工后沉降的适用性。

（2）软土地基的沉降受诸多因素的影响，其中影响因素最大了是填土的高度及压缩层的厚度，经本文分析，认为地基的沉降与填土的高度及压缩层的厚度呈现明显的线性关系。

[1]唐娴.路基沉降机理与超限沉降标准的研究[D]. 西安: 长安大学,2003.

[2]冯瑞玲.柔性基础下复合地基受力与变形性状分析[D].西安：西安公路交通大学,2000.

[3]张俊.高填方黄土路堤沉降规律研究[D].西安: 长安大学,2004.