西南某機場地基工后沉降預測

錢 銳 吳代兵

（1.成都理工大學環境與土木工程學院，四川 成都610059；2.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都610052）

0 引言

自從我國西部大開發戰略實施以來，西部山區的基礎設施建設發展迅速，由此出現不少山區填方地基工程，涉及機場、鐵路、公路等眾多領域。這些建設場地的地基大都存在著變形大、強度低、壓縮性高、沉降量大和排水固結速度慢等特點，普遍存在工后沉降過大的問題。準確計算高填方地基的沉降變形，特別是工后沉降變形已成為目前日益增多的山區高填方工程中亟待解決的問題。工后沉降觀測資料是驗證設計與指導施工的重要手段，不僅可以用來了解機場地基的穩定性，更重要的是進行沉降預測，推算地基最終沉降量、計算工后沉降量以及沉降速率等。關于機場地基工后沉降預測的方法很多，常用的沉降預測方法包括雙曲線法、三點法、指數函數法、Asaoka法、灰色理論方法等。本文結合西南某機場擴建工程施工期現場觀測數據，選取使用較為廣泛的對數法和雙曲線法來預測工后沉降，以期達到選取一種更好滿足工程建設需要的回歸分析方法的目的。這種基于實測資料回歸分析的方法一般能夠滿足工程建設的需要。

1 機場擴建工程概況

該機場擴建工程距現跑道168m，場地高程一般在300m～360m之間。跑道中心點高程329m，與場址區周邊高差10～30m，地貌形態為構造侵蝕低-中丘。場區出露的地層主要為第四紀中更新統堆積物（Q2al），侏羅系上統遂寧組（J3s）粉砂質泥巖，侏羅系中統上沙溪廟組（J2s）泥質粉砂巖和砂巖。巖石地層特征如下：

（1）耕植土（Q4pd）：褐色、褐黃色粘土，結構松散，稍濕，土質不均，混雜卵石的圓礫，呈圓形和亞圓形，含植物根系及腐殖質，層厚約0.3～0.5m。

（2）卵石（Q2al）：褐黃色，稍濕-濕，松散-密實，以稍密-中密為主，成分主要為石英巖、砂巖，含礫量50%～80%，呈圓形-亞圓形，5～20mm，最大10cm，磨圓度好，充填物主要為泥和砂，層厚0.3～12.9m。

（3）粉質粘土（Q1el）：伏于卵石之下，泥巖全風化的產物，褐紅-褐黃，其狀態主要有軟塑、可塑和硬塑，以軟塑和可塑為主，含少量鐵錳質斑點及角礫，層厚約0.4～4.6m。

（4）粉砂質泥巖（J3sn）：主要為粉砂質水云母泥巖和細-粉砂質水云母泥巖，伏于粉質粘土之下，紫紅色，鱗片泥質結構，薄-厚層狀構造。

（5）泥質粉砂巖（J2s）：主要為泥質粉砂巖和灰質泥質粉砂巖，伏于粉質粘土之下，紫紅色，粉質結構，薄-厚層狀構造。

（6）砂巖（J2s）：主要為灰質粉砂巖、細粒巖屑長石砂巖和細粒巖屑砂巖，伏于泥質粉砂巖之下，紫紅、灰黑色，細粒結構，厚層狀構造。

2 利用回歸參數模型預測工后沉降

2.1 回歸模型基本思路

沉降回歸模型建立的基本思路是：在長期觀測資料基礎上，根據各周期的沉降觀測成果，根據沉降與時間的s-t曲線特征，選取與之相適應的數學模型，通過回歸模型分析得出模型參數，再對未來時刻的沉降進行預測。數，再對未來時刻的沉降進行預測。常用的回歸參數模型有指數模型、冪函數模型、平方根模型、雙曲線模型和對數模型，各式中為工后沉降量；為最終沉降量；A，B為回歸參數；C為某一沉降速率(如0.01mm/d)；T為時間。

常用的一元回歸模型有下列幾種形式：

1）線性回歸：y=A+B x；

2）對數回歸：y=A+B ln x；

3）指數回歸：y=A*eBx；

2.2 工后沉降原位監測

變形監測點埋設時主要考慮：①能反映整個擴建工程填方地基變形情況；②變形較大部位；③工程重點地段。

基準點：根據現場情況在跑道兩端選擇穩定的部位設置2個基準點，基準點每3個月復核一次。

2012年8月初，機場擴建工程的道面混凝土工程施工完畢。自2013年1月17日進場以來，至2014年4月13日，跑道東側道面沉降監測了38次。道面沉降采用水準儀進行觀測。道面沉降監測點布置如圖1所示，代表性點的沉降觀測結果如圖2。

圖2 為代表性監測點工后沉降發展曲線。觀測12個月期間的總沉降量為40～55mm。其中，2013年1月～3月的日均沉降速率為0.6～1.0mm/d；2013年4月～8月的日均沉降速率為0.1～0.3mm/d；2013年9月～12月的日均沉降速率為0.01～0.07mm/d，2014年1月～4月的日均沉降速率為0.01～0.03mm/d。至2014年4月13日，E46至E22觀測點間的最大差異沉降量為0.9‰(E22-E23)。沉降曲線收斂趨勢較明顯。

工后沉降曲線可以以觀測后100～113 d(2013年5月上旬)為界劃分為兩個階段，前一階段曲線較陡，E46點所發生的沉降量為44mm，日均沉降速率為0.40mm/d；后一階段曲線逐漸變緩，E46點所發生的沉降為11mm，日均沉降速率為0.03mm/d。主要原因是在前期發生的主要是瞬時沉降，且受工程干擾，后期沉降曲線進入主固結階段，沉降曲線逐漸轉緩。

2.3 沉降對數和雙曲線預測對比

為合理選取計算模型，下面以E46監測點工后沉降回歸分析為例進行闡述。由上述可知，第113天之前發生的沉降主要為瞬時沉降，且受工程干擾，觀測數據較少。因此，取第113天至第451天(即2013年1月19日至2014年4月13日)期間的38次觀測數據進行回歸分析，結果如圖3、4及表1、2所示。

表1 E46監測點工后沉降回歸分析

圖3和圖4分別為雙曲線法和對數法對沉降全過程擬合關系圖。強夯施工前期，沉降速率很大，施工后進入自然沉降期。從圖3可以看出沉降數據進行雙曲線全過程線性擬合時，擬合線與數據點重合度較好，而且從表2中可以看出其各點間相關系數很高。從圖4中可以看出沉降數據進行對數曲線全過程線性擬合時，擬合線與數據點重臺度不太好，且從表2中可以看出其各點間相關系數稍低。從圖3中可以看出雙曲線預測沉降線比對數曲線預測沉降線更接近實測沉降線。因此，雙曲線模型預測機場沉降的收斂性與實際機場后期沉降的逐漸收斂特性相適宜。由于對數模型預測本身的發散性，相比之下該模型可能更適宜機場地基前期沉降預測和大型工程的沉降預測。雙曲線預測模型由于后段擬合較好，可能更適合機場地基后期沉降預測。由表2中可以看出目前的觀測數據條件下，道面實際累計沉降已接近預測最終沉降量，說明地基固結程度已較高，地基土已較為密實，在現有場地條件下繼續沉降量應較為微小。

表2 E46監測點最終工后沉降量回歸參數模型預測

3 結論

（1）高填方地基工后沉降包括部分瞬時沉降、主固結和次固結沉降3部分。其中瞬時沉降量值較大，發生時間較短，在回歸參數模型中一般難以考慮，而主固結和次固結的規律性較強，可用對數模型進行回歸分析預測。

（2）在目前的觀測數據條件下，各回歸參數模型內插預測值均與觀測值較為接近，但可能由于外界環境因素局部數據有異常，總體滿足工程需要，其中雙曲線模型相關系數大，后段擬合度高，是較理想的工程后期沉降預測回歸模型。

（3）回歸參數模型是建立在長期觀測資料基礎上的一種經驗方法。只有根據工程實際情況需要，仔細分析實際沉降數據，才能選取適合工程地基沉降的回歸預測模型，這樣才能更好指導工程施工。

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