一種基于實測數(shù)據(jù)的剩余沉降計算方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及公路路基施工技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于實測數(shù)據(jù)的路基剩余沉降 計算方法及其在路基施工中確定卸載時機的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在公路或鐵路施工中，對于軟±地基而言一般采用堆載預(yù)壓法處理。采用堆載預(yù) 壓法施工時，在卸載時一般通過實測數(shù)據(jù)計算剩余沉降是否滿足設(shè)計要求，W此來確定路 基卸載時機。
[0003] 目前，工后沉降計算方法包括有:雙曲線法，指數(shù)曲線法，GM法，S點法，Asaofoi法， 沉降速率法，S型曲線法，二次函數(shù)拋物線模型，沉降差法等。在預(yù)壓荷載穩(wěn)定后監(jiān)測結(jié)果在 6個月W上時，采用不同方法得到的結(jié)果基本一致。但是路基施工過程中，往往需要預(yù)壓荷 載穩(wěn)定后，1-3個月的時間內(nèi)就需要計算沉降W便確定卸載時機。
[0004] 然而此時，單一方法由于其容錯能力有限，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)無法進行計算或者計 算得到的結(jié)果較差。其中，雙曲線法是一種經(jīng)驗法，背后并沒有對應(yīng)的理論基礎(chǔ)。其計算得 到的最終沉降，一般而言較指數(shù)曲線模型和實際結(jié)果都大。而指數(shù)曲線模型則是根據(jù)經(jīng)典 的固結(jié)理論而來，運種理論并未考慮側(cè)向變形的影響。并且側(cè)向變形引起的沉降與具體的 施工速率相關(guān)，施工越快，側(cè)向變形引起的沉降就越大。因此，基于指數(shù)曲線模型計算出來 的最終沉降偏小。上述兩種最常用的方法均有其缺陷，雙曲線法得到的結(jié)果偏大，指數(shù)曲線 法得到的結(jié)果偏小。
[0005] 河海大學(xué)徐澤中教授根據(jù)寧滬高速(《公路軟±地基路堤設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)》， 人民交通出版社）的實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：月沉降速率小于5mm/月時，采用沉降速率法得到的結(jié)果 接近于實際，而月沉降在IOmm-ISmm時，采用雙曲線法得到的結(jié)果接近于實際。也就表明在 不同情況下，不同推算方法所得結(jié)果與實際結(jié)果更為接近。但是實際工程有限定的工期，常 出現(xiàn)工期緊張的情況。往往需要在填±完成后，1-3個月的時間就需要確定工后沉降，W便 確定何時卸載。此時的月沉降速率遠遠大于IOmm/月，往往在30mm-50mm/月，因而也無法按 照徐澤中教授的方法來進行選擇推算方法。并且當沉降速率在IOmm/月時，采用沉降速率法 和雙曲線法得到的結(jié)果也差別不大，也沒有必要進行選擇。
[0006] 由于單一方法的局限性，李德洲提出"基于雙曲線法和指數(shù)曲線法的一種組合沉 降預(yù)測方法"[西部探礦工程，2015,27巧）：13-15]。該方法建立了雙曲線法和指數(shù)曲線法的 組合模型，組合模型的加權(quán)系數(shù)通過最小化組合誤差的平方和來確定。然而該方法計算復(fù) 雜，不便于推廣;并且僅僅考慮運兩種方法的誤差而進行加權(quán)，沒有考慮實際情況，準確度 較低。因此，實際工程中需要一種便于推廣、準確度高的剩余沉降計算方法，推算卸載時機， 指導(dǎo)卸載預(yù)壓荷載的施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于實測數(shù)據(jù)的剩余沉降計算方法及應(yīng)用。該計算方法 將指數(shù)曲線法與雙曲線法進行組合，并引入組合系數(shù)c，其計算結(jié)果準確度高；利用該計算 方法，能準確推算預(yù)壓荷載的卸載時機，指導(dǎo)卸載預(yù)壓荷載的施工。
[0008] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明專利所采用的技術(shù)方案是:一種基于實測數(shù)據(jù)的剩 余沉降計算方法，包括W下步驟：
[0009] a.路基排水體施工完成后，開始埋設(shè)沉降測量裝置，采用沉降測量設(shè)備測量沉降 值，并按照監(jiān)測頻率記錄沉降數(shù)據(jù)；
[0010] b.路基填±至預(yù)壓高度的時間記為第0天，現(xiàn)慢得到的沉降值記為So, So也就是剛 進入預(yù)壓期時的沉降值，進入預(yù)壓期后第t天測量得到的沉降值記為St;
[0011] C.計算理論剩余沉降量，其數(shù)學(xué)模型為：
[0013]式中，t表示進入預(yù)壓期的天數(shù)，C表示組合系數(shù)，a表示第一雙曲線模型參數(shù)，b表 示第二雙曲線模型參數(shù)，A表示第一指數(shù)曲線參數(shù)，B表示第二指數(shù)曲線參數(shù)，Sr表示t時刻 的剩余沉降；
[0014] 其中，所述第一雙曲線模型參數(shù)a和所述第二雙曲線模型b參數(shù)計算方法如下:將t 與V(St-So)按照線性關(guān)系進行擬合，擬合得到的斜率為所述第二雙曲線模型b，擬合得到的 截距為第一雙曲線模型參數(shù)a;
[0015] 其中，所述第一指數(shù)模型參數(shù)A和所述第二指數(shù)模型參數(shù)的十算方法如下：從預(yù)壓 期后=個不同的時間點選取=組沉降記錄值;所述第一指數(shù)模型參數(shù)A和第二指數(shù)模型參 數(shù)B通過下式求解：
[0017]其中，所述組合系數(shù)C的計算方法如下：
[001引當月沉降量Sm小于或等于5mm時，取C=I .0;
[0019]當月沉降量Sm大于5mm時，(：值按照下式進行計算：
[0021] -種卸載預(yù)壓荷載的施工方法，根據(jù)上述的剩余沉降計算方法進行計算，確定卸 載時機，包括W下步驟：
[0022] a.計算進入預(yù)壓期的實際天數(shù)的理論剩余沉降量和月沉降量，當其滿足卸載標準 時，則說明已滿足卸載時機；
[0023] b.當計算進入預(yù)壓期的實際天數(shù)的理論剩余沉降量和月沉降量不滿足卸載標準 時，計算不同時刻t的理論剩余沉降量和月沉降量，直到其滿足卸載標準，此時得到的t即為 卸載時機；
[0024] C.待預(yù)壓時間滿足卸載時機，對預(yù)壓荷載進行卸載。
[0025] 本發(fā)明專利具有W下有益效果：
[0026] (I)總沉降由側(cè)向沉降引起的沉降和固結(jié)沉降組成，雙曲線法可W反映側(cè)向沉降 引起的沉降和固結(jié)沉降，而指數(shù)曲線法則反映固結(jié)沉降。通過將指數(shù)曲線法與雙曲線法的 計算結(jié)果組合，所得計算方法準確度高，更接近實際沉降情況；
[0027] (2)組合系數(shù)C具有實際的物理意義，并不是單純的計算參數(shù)，其計算公式背后有 嚴密的理論推導(dǎo)，運種推導(dǎo)使得組合系數(shù)C的公式更加科學(xué)，更加符合實際；
[0028] (3)組合系數(shù)C確定的指標為月沉降速率，月沉降速率相較于天沉降速率或者周沉 降速率，測量誤差小，同時其時效性高。
【附圖說明】
[0029] 圖1為路基實測沉降曲線；
[0030] 圖2為本發(fā)明的組合系數(shù)C與月沉降速率關(guān)系曲線圖；
[0031] 圖3為斷面K30+600沉降推算曲線圖；
[0032] 圖4為斷面K30+650沉降推算曲線圖；
[0033] 圖5為斷面K3(H700沉降推算曲線圖；
[0034] 圖6為斷面K30+850沉降推算曲線圖；
[0035] 圖7為斷面K20+920沉降推算曲線圖；
[0036] 圖8為斷面K21+120沉降推算曲線圖；
[0037] 圖9為斷面K21+214沉降推算曲線圖。
【具體實施方式】
[0038] 結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步詳細的說明。
[0039] -、計算模型的確定
[0040] 1.雙曲線法的沉降計算模型：
[0042] 上式中，So為剛進入預(yù)壓期時的沉降，St為進入預(yù)壓期后第t天的沉降，Sr為進入預(yù) 壓期后第t天的剩余沉降，Soo為總沉降量大小，a表示第一雙曲線模型參數(shù)，b表示第二雙曲 線模型參數(shù)。
[0043] 其中，a，b的確定方法為:將t與V(St-So)按照線性關(guān)系進行擬合，擬合得到的斜率 為所述第二雙曲線模型b，擬合得到的截距為第一雙曲線模型參數(shù)a。
[0044] 從工程實踐來看，雙曲線模型推算的沉降量較指數(shù)曲線模型大，且較實際沉降結(jié) 果偏大。運說明雙曲線模型推算不僅可W考慮固結(jié)沉降的效應(yīng)，而且考慮側(cè)向變形引起的 沉降的效應(yīng)。
[0045] 2.指數(shù)曲線法的沉降計算模型：
[0047] 上式中，So為剛進入預(yù)壓期時的沉降，St為進入預(yù)壓期后第t天的沉降，Sr為進入預(yù) 壓期后第t天的剩余沉降，Soo為總沉降量大小，A表示第一指數(shù)曲線參數(shù)，B表示第二指數(shù)曲 線參數(shù)。
[0048] 其中，所述第一指數(shù)模型參數(shù)A和所述第二指數(shù)模型參數(shù)的十算方法如下：從預(yù)壓 期后=個不同的時間點選取=組沉降記錄值;所述第一指數(shù)模型參數(shù)A和第二指數(shù)模型參 數(shù)B通過下式求解：
[0050] 工程實踐表明：指數(shù)曲線模型的結(jié)果往往較實際沉降結(jié)果偏小，運說明指數(shù)曲線 法不能較好的反映側(cè)向變形引起的沉降。
[0051] 3.本發(fā)明的沉降計算模型
[0化2] 3.1模型的確定
[0053]進入預(yù)壓期后，其沉降量主要由兩部分構(gòu)成：固結(jié)沉降、側(cè)向位移引起的沉降。從 前述分析可知，雙曲線法考慮了側(cè)向位移引起的沉降，而指數(shù)曲線法考慮了固結(jié)沉降。因 此，本發(fā)明的沉降計算模型，其沉降由指數(shù)曲線法與雙曲線法計算結(jié)果組合而成：
[0055]式中，a，bW及A，B的計算方法如前所述，C為組合系數(shù)。
[0化6] 3.2組合系數(shù)C的確定
[0057] 組合系數(shù)C的物理意義在于沉降曲線與雙曲線和指數(shù)曲線的接近程度。對其有如 下要求：
[0058] 1)側(cè)向變形引起的沉降是個隨時間進行的過程，在預(yù)壓剛剛結(jié)束時，側(cè)向變形引 起的沉降變化速率達到最大。隨著時間的進行，側(cè)向變形引起的沉降變化速率逐漸減小，側(cè) 向變形引起的沉降影響也越來越小，因此隨著時間的增加，沉降曲線逐漸過渡到指數(shù)曲線， 即隨著時間的增加，C越來越大。
[0059] 2)隨著時間的增加，實際監(jiān)測月沉降速率逐漸降低。因此可W建立實際監(jiān)測月沉 降速率與C的