黏土半填半挖地基沉降预估模型分析

2020-10-26吴晨楠

工程技术研究 2020年17期

吴晨楠

（四川省机场集团有限公司，四川成都 610000）

复杂地形条件下的机场建设过程中，将频繁遇到半填半挖地基的修筑问题。一方面，由于半填半挖地基一侧为原状地基，另一侧为新填地基，因此交界面两侧土体的物理性质有很大差别。另一方面，建设过程中可能会遇到黏土层地基处理的问题。黏土层含水量大、压缩性高、承载力低，工后沉降将较大，因此预估黏土半填半挖地基的工后沉降，是一个重要的工程问题。恰当选取黏土半填半挖地基沉降的拟合模型，对于指导机场地基工程具有较大意义[1]。

1 地基沉降拟合模型

地基沉降预测是一个比较复杂的高度非线性土体变形问题，常采用显式函数对工后沉降进行回归分析，提取函数的拟合参数预测工后总沉降[2]。常用的地基沉降回归参数模型（S-t曲线）有指数模型、双曲线模型、幂函数模型、对数模型、平方根模型和Peal模型[3-5]，具体表达式如表1所示。

表1 地基沉降常用回归模型

2 工程实例分析

2.1 工程概况

文章以在建中的成都天府国际机场施工期的黏土地基沉降监测作为分析实例。该机场场区以浅丘宽谷地貌为主，丘坡圆缓，地形起伏较小。场区内软弱土主要为丘间沟谷地带的第四系冲洪积形成的黏土、粉质黏土，主要分布于机场填方区等地势相对低洼地带，其最大埋深为14.4m，平均埋深约为4.0m。该软弱土具有含水率高、孔隙比高、渗透性差、压缩性高、强度低、固结时间长等特点，对地基承载力及地基变形有较大影响，是工程建设中的不利因素。

2.2 现场观测

本工程采用单点沉降计进行沉降监测，可以实现土体沉降连续、实时、自动化监测，且测量精度高、误差小。文章选取其中一处沉降监测的重点区域进行监测。该区域为半填半挖基地，软弱土包括可塑状粉质黏土、软塑状黏土、可塑状黏土，采用碎石桩+排水板、强夯置换、换填三种方式进行地基处理。以单点沉降计所在沟槽回填碾压作为计时起点，则该区域的沉降变化如图1所示。

图1 监测数据及各类拟合曲线

2.3 沉降拟合与预测

对监测数据根据表1中的模型进行最小二乘回归如图1所示，拟合结果如表2所示。

对比分析误差平方和SSE、回归系数R2、修正回归系数可知：在双参数回归模型中，双曲线模型拟合效果最好；在三参数回归模型中，指数模型拟合效果最好。

2.4 模型对比分析

采用碎石桩+排水板进行处理后，黏土地基固结是一个单面排水的过程，因此工后沉降将显现出先快后慢的下凸函数特点。Peal模型作为典型的“S”形曲线，不宜用作拟合该种地基处理方法和土质。

从最终沉降量来看，黏土地基在强夯置换过后，土体密实度将明显提高。沉降监测数据显现出最终会收敛，但收敛速度较慢的特征。因此，不宜使用幂函数模型、平方根模型、对数模型等发散性模型进行拟合。

表2 工后沉降回归模型参数确定

从沉降速率来看，黏土半填半挖地基沉降速率变化较平稳，沉降收敛将需要较长时间。指数模型的特点是收敛迅速，短期之内拟合误差可能较小，但用作长期拟合时误差较大。相比之下，双曲线模型是预测黏土半填半挖地基工后沉降的理想模型。从理论模型分析，该模型的工后沉降符合实际先快后慢、最终收敛、收敛速度慢的特征；从监测数据分析，该模型作为双参数模型，其误差平方和SSE、回归系数R2、修正回归系数几乎接近于指数函数这种拟合效果最好的三参数模型，因此在保证拟合精度的前提下，该模型还具有计算简单的优点。另外，双曲线模型的参数含义明确：参数B代表最终沉降量，参数A代表沉降收敛速度。