淺談單樁靜載荷試驗的灰色理論預測極限承載力

吳子俊　陳偉（江西有色地質勘查五隊　江西九江　332000）

淺談單樁靜載荷試驗的灰色理論預測極限承載力

吳子俊陳偉
（江西有色地質勘查五隊江西九江332000）

隨著社會經濟的發展，建筑行業在國民經濟建設過程中的基礎地位越顯突出，加強現代化建筑技術理論的應用，對于提升建筑行業發展水平來說，具有十分重要的意義。單樁靜載荷試驗的灰色理論預測極限承載力，在樁基工程中的應用，對于保證樁基工程的安全性和可靠性來說，意義重大。本文對該問題的分析，從灰色系統理論出發，預測了單樁靜載荷試驗的極限承載力。利用灰色理論預測極限承載力與實際情況差異較小，可以更好地將之應用于實際建設過程中，希望本文對灰色理論預測單樁極限承載力的研究，能夠為樁基工程的發展提供一些參考和建議。

單樁靜載荷試驗；灰色理論；極限承載力

1　前言

就現階段建筑工程發展情況來看，在樁基工程發展中，利用靜載荷試驗對單樁極限承載力進行確認，具有較好的效果，符合實際工作需要。但在極限承載力預測過程中，選擇怎樣的理論預測，將直接影響到預測效果與實際情況的差異性，這種差異性越小，對樁基工程發展越有利。目前來看，靜載荷試驗對于確定單樁極限承載力有著重要幫助，但是在應用過程中，由于試樁費用以及反力裝置等問題影響，靜載荷試驗如何節約成本，保證試驗的可靠性問題，成為樁基工程發展過程中必須考慮的一個重要議題。灰色預測理論是現階段應用于單樁靜載荷試驗過程中的一種有效理論方法，在實際預測過程中，發揮了較為重要的作用。本文對該問題的研究，注重分析灰色系統理論基本情況，并對系統發展進行了全面觀察和分析。在研究過程中，我們可以看出，灰色預測理論的應用，可以更好地解決單樁靜載荷試驗的實際問題，對于推測極限承載力來說，有著重要作用。

2　灰色預測理論

2.1灰色預測理論與灰色模型

灰色預測理論是現階段應用于單樁靜載荷試驗的重要理論，起始于20世紀80年代，通過利用連續的灰色微分方程，能夠對單樁靜載荷試驗的極限承載力問題進行有效分析，并作出較為真實的預測[1]。灰色預測理論在現階段得到了廣泛地應用，可以節約單樁試驗成本，滿足樁基工程的實際需要。灰色預測理論在實際應用過程中，首先對原始數據進行有效處理，以累加或是累減的方法，形成規律性數據，之后對規律性數據進行研究，找出試驗過程中的有效規律。

灰色預測模型我們將之稱為“GM”模型，是灰色預測理論的基本模型，在實際應用過程中，發揮了十分重要的作用。灰色模型的基本表達式為GM（1，1），在應用過程中，對樣本量少、波動性小的預報問題能夠進行有效處理。在對樁基工程處理過程中，主要以樁的Q～S曲線為主，能夠對樁荷載與沉降關系進行有效反應，為人們解決實際問題，提供有效地參考[2]。

2.2灰色預測理論模型構建問題

在進行灰色預測理論模型構建過程中，我們要把握GM （1，1）的變量關系，對增量荷載的序列可設為：

這樣一來，針對于公式（1），其沉降變形增量序列則為：

根據灰色預測理論，我們在對沉降變形增量問題處理過程中，則需要利用累加法，生成灰色預測理論的數據模型，這一模型，具體情況如下：

綜合公式（3），我們進行灰色建模過程中，可以得出一個一階微分方程，這個微分方程模型GM（1，1）我們將之記為：

之后，我們需要對式中的a和b的數值進行求解，以此對單樁的極限承載力進行相應的預測[3]。

2.3預測精度優化

在利用灰色預測理論模型對單樁靜載荷極限承載力進行預測過程中，我們需要對預測精度進行相關的優化，這種優化，可以使單樁靜載荷試驗更加符合實際要求，保證樁基工程能夠順利進行。優化過程中，需要對原始數據、GM（1，1）模型以及預測結果進行人為優化，使得出的數據信息更加貼近于實際需要。優化過程中，我們在測試之初，會設置GM（1，1）預測模型，這一模型未必會與實際情況吻合，這就需要對其進行優化。優化時，以殘差作為GM（1，1）的模型，并對獲得殘差預測值和GM（1，1）的預測值進行疊加處理，對GM（1，1）的模型數值進行相應的修正。

3　單樁靜載荷試驗的灰色理論預測極限承載力的實例分析

我們在對單樁靜載荷試驗的灰色理論預測極限承載力問題分析過程中，要相對這一問題進行透徹分析，弄清灰色理論預測如何進行極限承載力預測，必須利用實際案例，這樣一來，有利于我們更好地對灰色預測理論進行研究和分析。本文在對灰色理論預測應用于單樁靜載試驗的極限承載力分析過程中，以××市樁基工程的單樁靜載荷試驗為例，具體情況如下：

××市在進行立交橋建設過程中，需要采取鉆孔灌注樁的方式，對樁基工程進行有效處理，這樣一來，必須對單樁進行靜載荷試驗，得出單樁的極限承載力。本工程的實際情況如下：單樁極限承載力設計為24000kN，樁長為60m，樁徑為100cm。在進行單樁靜載荷試驗過程中，采用了30000kN級的反力架。在進行試驗過程中，當荷載數值為17000kN時，單樁的接頭被壓碎，這樣一來，停止了單樁靜載荷試驗。在對該問題分析過程中，我們發現，從P-S成果來看，單樁并沒有達到極限承載力，說明測試的數值與實際情況有著一定的差異性，為了更好地分析問題和解決問題，我們利用灰色預測理論，分析××市該樁基工程單樁極限承載力問題。

利用灰色預測理論分析單樁靜載荷試驗極限承載力問題時，我們要考慮到工程案例的實際情況。在荷載數值達到17000kN時，連接接頭被壓碎，這樣一來，我們需要利用灰色預測理論對17000kN對應的沉降值進行分析。在分析過程中，我們發現，關于樁基單樁靜載荷試驗中，沉降值與荷載之間的關系，具體情況如圖1。

圖1　關于試樁荷載傳遞曲線P-S

從圖1（關于試樁荷載傳遞曲線P-S）來看，隨著荷載的不斷增加，樁頂沉降值會變大，這樣一來，根據《公路橋梁地基與基礎設計規范》中的相關規定，單樁靜荷載試驗的極限承載力應為21000kN，而本案例中的17000kN顯然沒有達到這一標準。這樣一來，說明在實際預測過程中，預測值偏差較大，與實際結果不相符合。對此，在進行問題分析過程中，我們需要考慮到不同靜載荷試驗對單樁極限承載力的影響。關于××市的樁基工程單樁靜載試驗，我們可以利用荷載傳遞法的單樁沉降理論對單樁荷載極限承載力問題進行分析，將會具有更高的實用性。在對該問題研究過程中，我們可以結合表1所示的推測值，對單樁靜載荷試驗的極限承載力數值進行有效預測。

表1　單樁極限承載力預測數值統計表

如表1單樁極限承載力預測數值統計表來看，在實際預測過程中，灰色預測理論具有更好地準確性和可靠性，與《公路橋梁地基與基礎設計規范》中的相關規定更加貼近。這樣一來，在進行單樁靜載荷試驗極限承載力測試過程中，我們可以利用灰色預測理論，對單樁極限承載力進行分析，更好地滿足樁基工程的實際發展需要。

4　認識

在對單樁靜載試驗極限承載力問題研究過程中，通過對灰色預測理論與灰色預測模型的研究和分析，并通過相關實際案例舉證，我們可以看出，灰色預測理論更能夠保證預測數值的準確性和可靠性，對于樁基工程的發展來說，起到了重要的推動作用。本文在對這一問題研究過程中，主要認識如下：

（1）在進行單樁荷載試驗過程中，若是單樁極限承載力并沒有完全發揮時，我們需要對單樁靜載試驗的測試技術手段進行分析，查看其存在的疏漏，并進行有效分析，確保單樁靜載荷試驗極限承載力能與實際情況相符；

（2）灰色預測理論在進行單樁極限承載力應用過程中，具有更好地效果，能夠更好地對實際問題進行解決。

[1]張優龍，楊坪.鄭州單樁靜載曲線不同模型下擬合的對比分析[J].河南大學學報（自然科學版），2015，01：108～112.

[2]郝又猛.灰色GM（1，1）模型在樁基極限承載力預測中的應用[J].山西建筑，2010，08：100～101.

[3]周曉杰.基于灰色預測理論的單樁極限承載力預測分析[J].蕪湖職業技術學院學報，2010，02：31～34.

TU473.1+1

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1673-0038（2015）51-0191-02

2015-12-5