公路软土地基沉降预测的探讨

1、公路软土地基沉降预测的探讨摘要：沉降预测在公路软土地基处理中占有重要地位，也是选择处理效果的主要指标及制定维修维护 计划的基础。本文在总结现有沉降预测方法的基础上，指出影响预测精度的主要原因是目前对软基变形的 定性不准及观测数据时间序列过短，目前公路软土地基的沉降预测还处于初级阶段。关键词：沉降预测软土地基 固结1 前言常用的方法，一般采用一维固结的分层综合沉降预测是软基处理的重要内容,公路法计算公式，由于计算结果与实测数据往往软基处理的每一个环节都与沉降预测息息 有较大偏差，实际应用中一般用经验系数相关。在设计阶段，变形的大致估算或预测ms加以调整。是选择和确定处理方法的依据；在施工阶S=m

2、sX S /（式1）段，变形预测是采用超载等手段的决策基其中S为最终取值，S'为分层综合法础；在施工后阶段， 沉降预测是评价软基处计算取值理质量的主要指标及制订维修维护计划的ms为经验系数，取值范围一般在0.71.7之间。重要参考。基于沉降预测在公路软基处理中的重 调整后的分层综合法也经常与实测结要性，岩土工作者多年以来在此方面作了大果有较大的偏离，其原因一是分层综合法附量的工作，总结出了理论的、经验的、理论加应力计算误差较大、每一土层的孔隙比及与经验相结合的多种预测方法,这些预测方压缩指数代表性不强，一是ms取值范围太法在实际工程中得到广泛应用,但在某些情大，没有详尽的取值标准，使采

3、用该方法得况下，特别是深厚软土的情况下,实际变形出的最终结果有很大的人为性。与预测的沉降存在着较大的偏差,有的甚至理论上讲，ms主要用来调整由于采用与预测的情况完全偏离。 本文在对沉降预测维固结公式而忽略地基由于土体剪胀性而方法简单总结评价的基础上，对深厚软基上 引起的沉降。从这个意义上讲，ms应大于1,沉降预测偏差较大的原因作了初步分析。ms应与软土的强度、厚度、填土高度及加载2公路软基沉降预测的主要方法方式有关，软土强度越低，厚度越大，填土2.1分层综合法高度越大，加载速率越高，则ms取值应越分层综合法是软土地基处理设计的最大。文献详述了软土厚度与填土高度对ms取值的影响，笔者认为，加载速

4、度对ms的数值计算方法主要是指基于土的某个影响值得重视，加载速率越快，地基中剪应 模型的有限元计算方法， 主要应用的模型有力水平越高，土体的侧向挤出量越大，在地邓肯模型、剑桥模型等。在有限元计算方法基处于极限平衡状态时，软土的侧向挤出量 的基础上，近年来还发展了人工神经网络甚至成为软土沉降的重要组成部分。法、遗传算法和灰色系统法等不拘于固定22曲线拟合法模型的软土变形计算方法。曲线拟合法分为指数曲线拟合法、对数 由于数值计算方法较难掌握，应用范围曲线拟合法、双曲线拟合法等，其中双曲线受到一定限制。理论上，数值计算方法可以拟合法较为常用。曲线拟合方法都是假定 达到很高的精度，但由于其建立的概念模

5、型实际的S t关系曲线符合选定的曲线型式,与实体往往有较大的差异，实际预测的精度在S t曲线中选取几点代入曲线方程中，确与曲线拟合法相比没有非常明显的提高。定曲线的形态，然后对曲线外推即得到沉降3影响变形预测精度的因素预测的结果。以上几种沉降预测方法在应用中往往曲线拟合法由于方法易于掌握，在实践存在精度不咼的冋题，表1为广珠段（东线）中得到了广泛的应用，用该法进行短期的沉高速公路六标段软基用分层综合法计算沉降预测往往能得到满意的结果，其缺陷是选降量与实测沉降量的对比，计算结果明显小点有较大的随意性，如在S-1曲线选取不同 于实测值。计算时 ms取值为1.2,对软土的的点进行试算，则最终选定的预

6、测结果也有 侧胀性考虑不足，分层综合法计算软土沉降较大的人为性。应采用考虑侧胀性的二维固结模型，缩小2.3数值计算方法ms的取值范围，提高计算精度。表1广珠段（东线）高速公路 6标段软基实测沉降与计算沉降对比表监控断面K26+120K26+415K26+570K26+270K26+530实测沉降（cm）127186167190145计算沉降（cm）98124150125136百分比129150111152107表2广珠段（东线）高速公路预测工后沉降与实测沉降对比表监控断面K26+120K28+415K32+210K34+248K34+952K3+490K38+975软土厚度(m)1291125

7、32285实测沉降(mm)24.825.88.0259.1311.7330.97.6曲线法预 测沉降(mm)66987616418419634数值法预 测沉降(mm)56765414513416522注：实测沉降为1999年12月6日通车至2002年2月的累计沉降; 预测沉降为预测营运 15年内的沉降。表2为广珠段(东线)通车 2年的实测沉降与预测 15年工后沉降的对比表，从中可以在深厚软土看出，在软土较薄的情况下，曲线拟合法及数值计算法预测的结果都相对较好,的情况下，两种预测结果均偏离较大。笔者认为曲线拟合法及数值计算法预预测期限以2年为宜，最长不超过 3年。测沉降存在误差的主要原因如下:3

8、.2忽视了观测期与预测期内沉降组3.1沉降观测序列的长度成部分的差异在条件不变的情况下，沉降预测的精度软土沉降由主固结沉降、次固结沉降及与观测的时间长度及需预测的时间长度的瞬时沉降三部分组成， 在软基处理的各个阶比值有关，称这个比值为 k，则k值越大,段，各个部分在总沉降中所占比例不断发生预测的精度越高。如k值大于2,则预测值变化。次固结变形速率比较稳定，而主固结精度较高，如1 < k< 2,则预测值仅在条件及瞬时沉降随不同情况发生较大的变化。简单的情况下，如软土较薄，附加应力较小主固结变形速率随固结度的增长逐渐的情况下，有较高的精度，在k< 0.5的情况减小，在软土较薄的情

9、况下，软土的主固结下，预测结果仅可以作为定性分析的参考,较快的完成，主固结速率迅速减小，工后沉不能作为定量预测。降较小，易于预测。在软土较厚的情况下,从这个意义上讲，目前公路软土规范用软土下部的主固结速率明显滞后于上部，主公路运营15年的工后沉降作为软基处理的固结速率的衰减较为缓慢，甚至成为工后沉标准是值得商榷的， 除了沉降已基本稳定的降的主要组成部分，工后沉降较大。不了路段可以直接判断外， 以公路2至3年建设解深厚软土主固结的这个特点，容易在预测期的数据推算未来 15年的变形本身是不可时出现较大的误差。行的或者说是极不可靠的，建议工后沉降的瞬时沉降包含软土因侧胀性引起的沉降，可以占总沉降的1

10、5%以上，某些情况精度的重要因素。F可以占发生沉降的50%以上。瞬时沉降4.3在软土较厚、强度较低、附加应力般在加载结束后变形速率迅速衰减，基本较大的情况下，沉降预测偏差较大， 主要原不参与工后沉降。但在软土较厚，强度较低,因是忽视了不同阶段沉降组成及其特征的附加应力较大的情况下，其衰减速率较低,变化。可以在工后10年以上继续产生变形 ，成为4.4车辆动荷载及路面加铺是造成工后工后沉降的组分之一，目前的数值法预测模沉降预测与实测结果产生偏差的原因之一。参考文献:型仅在加载时考虑瞬时沉降，在建立概念模型时已出现偏差。由于沉降组成的比例随阶段不同发生 刘银生，杨东援.公路软土地基总沉降预测研究.公

11、路交通科技.1999年9 月 .变化，致使每个阶段沉降的特征是不相同 孙常青等.沉降观测曲线的拟合和最的，曲线拟合法及数值计算法均是用前期的终沉降量的确定.长江科学院院报.2002年沉降特征对后期进行预测，产生误差是不可避免的，在软土较厚、强度较低、附加应力10月. 周焕云，黄晓明.高速公路软土地基沉降观测方法综述.交通运输工程学报较大情况下，软土沉降的特征变化更为复杂，预测的误差就更大，在这种情况下，采2002年8期.刘增贤.“软土工后沉降的观测与分用工程比拟法往往能取得较好的效果。析”.中外公路.2002年第4期.3.3车辆动载及路面加铺的影响张诚厚等.“剪切变形引起附加沉降量的计算方法”.高速公路软基处理.中国公路软土规范中写明车辆动载对沉降建筑工业出版社.1997年3月.的影响可以忽略，但据文献介绍及对珠三E.W.Brand .软粘土工程学.中国铁角高速公路实际观察， 车辆动荷载对工后沉道出现社.1991年8 月.降有较大影响。在桥头处，由于车辆动载的周镜.“软土沉降分析中的一些问题”.中国铁道科学.1996年6 月.冲击相当于一个额外的附加应力，增大了桥 Sukeo Ohara. Study on the settlement头段的