石武客專(zhuān)某區(qū)段沉降變形分析評(píng)估

韓彥芳

【摘 要】本文在充分收集利用已有資料基礎(chǔ)上，依據(jù)行業(yè)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，采用Asaoka算法對(duì)該區(qū)段進(jìn)行沉降變形分析及評(píng)估，為下一步的施工提供可靠依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】Asaoka算法；沉降；變形；分析

1.工程地質(zhì)條件

本區(qū)段范圍DK303+401.28～DK305+681.70，為殷村鎮(zhèn)特大橋，總長(zhǎng)2280.42m。位于太行山東麓沖洪積平原及黃河沖積平原，地形平坦開(kāi)闊。地勢(shì)總體上由西向東傾斜。地層：粉土，粉質(zhì)黏土，中砂，粗圓礫土，粉質(zhì)黏土，粗圓礫土，粉質(zhì)黏土，粗圓礫土，黏土。本段橋地震基本列度6 度；地震動(dòng)峰值加速度：0.05g；土壤最大凍結(jié)深度：0.54m；本段未見(jiàn)地下水。

2.工程概況

本區(qū)段為殷村鎮(zhèn)特大橋，位于DK301+525.95～DK303+401.28段路基與DK305+681.7～DK306+577.41 段路基間，線路以橋梁通過(guò)，樁基直徑1.0m，樁長(zhǎng)23～30.5m，墩身高度3.5～7.0m。孔跨布置：20*32+1*24+12*32+1*24+36*32。

該區(qū)段有橋臺(tái)2個(gè)，橋墩69個(gè)，簡(jiǎn)支箱梁70片，其中承臺(tái)、墩身有71個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，2孔32m徐變變形觀測(cè)簡(jiǎn)支箱梁。本橋橋臺(tái)采用一字臺(tái)，臺(tái)頂斜置，3～14號(hào)墩采用雙曲線圓端型實(shí)體墩，墩臺(tái)基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)+承臺(tái)+加臺(tái)。

3.沉降分析與預(yù)測(cè)方法

3.1 Asaoka算法

對(duì)一維固結(jié)問(wèn)題，Mikasa固結(jié)微分方程采用應(yīng)變形式表達(dá)如下：

（；式中豎向應(yīng)變；t為時(shí)間；z為排水距離；為固結(jié)系數(shù)。Asaoka認(rèn)為，以體積應(yīng)變表示一維固結(jié)方程（可近似地用一個(gè)以級(jí)數(shù)形式的微分方程表示： （；式中S為總固結(jié)沉降量（包括瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降）；a1，a2，…，an 以及b均為取決于固結(jié)系數(shù)和土層邊界條件的常數(shù)。

Asaoka法基本思想利用已有沉降觀測(cè)資料求出這些未知數(shù)，據(jù)此參數(shù)預(yù)估最終沉降。

沉降-時(shí)間關(guān)系曲線可分離為：，且Δt為常數(shù)；。如此，式可用遞推形式表示： ③；式中為沉降值；為無(wú)維數(shù)常量。

對(duì)大多數(shù)實(shí)際情況，通常第1階（n=1）近似就足夠了，這樣式（③可簡(jiǎn)化：

④； ⑤；式中沉降S即為待求未知量，因其本身及導(dǎo)數(shù)都是一次的，那么該式屬于典型一階線性非齊次微分方程。設(shè)地基初始沉降、最終沉降分別為和，則該方程的通解為：

⑥；

在式中令，則當(dāng)時(shí)間趨向無(wú)窮大時(shí)，，且有，代

入式可得本級(jí)荷載下最終沉降為：

⑦；因上述計(jì)算中只取了一階導(dǎo)數(shù)，故式

中得出不包含次固結(jié)沉降量。如沉

降數(shù)據(jù)選自于加荷結(jié)束后，則瞬時(shí)沉降已完成。這樣可包含瞬時(shí)沉降部分。圖解法推算步驟如下：

將時(shí)間劃分成相等時(shí)間段△t，在實(shí)測(cè)沉降曲線上讀出t1，t2。所對(duì)應(yīng)沉降值Sl，S2……；再以Si-1和Si坐標(biāo)軸平面上將沉降值Sl，S2……以點(diǎn)（Si，Si-1）畫(huà)出，同時(shí)作出Si=Si-1的45°直線；

過(guò)一系列點(diǎn)（Si，Si-1）作擬合直線與45°直線相交，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)沉降為最終沉降值；

在Asaoka法推算中，取值對(duì)最終沉降量推算結(jié)果有直接影響。過(guò)小會(huì)造成擬合點(diǎn)波動(dòng)性較大，擬合直線相關(guān)系數(shù)較小：過(guò)大，Si點(diǎn)過(guò)少，易產(chǎn)生較大偏差，且對(duì)是否已進(jìn)入次固結(jié)階段不易作出判斷。一般取在30～100d間。在實(shí)際推算中，宜同時(shí)多計(jì)算幾個(gè)不同得出相應(yīng)最終沉降值，而后在其中選取相關(guān)系數(shù)較好沉降值作最終沉降值。

4.沉降變形觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

該區(qū)段評(píng)估時(shí)據(jù)施工單位提供沉降變形觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析、預(yù)測(cè)。梁體徐變分析情況見(jiàn)表1，代表性觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)間—沉降分析圖3，圖4。

本段橋梁墩（臺(tái)）71 個(gè)，共設(shè)承臺(tái)觀測(cè)標(biāo)142個(gè)，墩（臺(tái)）墩觀測(cè)標(biāo)73 個(gè)，簡(jiǎn)支箱梁徐變觀測(cè)標(biāo)12 個(gè)（2 孔），架梁于2010年1月8日完成，至2010年5月12日沉降變形觀測(cè)期（124天）超過(guò)3個(gè)月。

該區(qū)段共開(kāi)展32～50次觀測(cè)， 沉降觀測(cè)斷面當(dāng)前觀測(cè)沉降量0.566～6.085mm，架橋完成后至目前觀測(cè)沉降量0.010～1.090mm，后期沉降趨于穩(wěn)定；曲線回歸相關(guān)系數(shù)在0.920～0.986間，均>0.92； 沉降觀測(cè)斷面計(jì)算工后沉降量0.000～1.893 mm，均<15mm；預(yù)測(cè)時(shí)沉降觀測(cè)值與預(yù)測(cè)時(shí)最終沉降量之比S（t）/S（∞）在76.3%～100%間，均≥75%；觀測(cè)斷面時(shí)間間隔不少于一個(gè)月兩次預(yù)測(cè)最終沉降量差值0.000～7.715mm，<8mm，這些參數(shù)基本滿足《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路無(wú)碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》（下稱(chēng)《指南》）及《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路變形觀測(cè)評(píng)估技術(shù)手冊(cè)》（下稱(chēng)《手冊(cè)》）要求。

斷面DK304+762，工后沉降1.893mm，完成比率0.763，相關(guān)系數(shù)0.942。如圖1。斷面DK303+567，工后沉降0.000mm，完成比率1.000，相關(guān)系數(shù)0.926。如圖2。

簡(jiǎn)支箱梁70孔，簡(jiǎn)支箱梁徐變觀測(cè)標(biāo)12 個(gè)（2 孔），簡(jiǎn)支箱梁梁體徐變觀測(cè)期為4～5個(gè)月，跨中當(dāng)前梁體上拱量18.50～19.65mm，且后期變形趨于穩(wěn)定；梁體跨中彈性變形觀測(cè)量10.7～10.8mm；終張拉60天后徐變上拱量實(shí)測(cè)值為5.35～6.60mm，滿足規(guī)范要求L≤50m梁體跨中徐變上拱度<7mm要求。相應(yīng)參數(shù)基本滿足《指南》及《手冊(cè)》要求。

5.區(qū)段沉降變形評(píng)估

區(qū)段整體工后沉降見(jiàn)下圖，從DK303+401.28～DK305+681.70段沿線路縱向工后沉降分布曲線圖中可看出：兩相鄰墩臺(tái)沉降差異正常且均≤5mm，滿足《指南》及《手冊(cè)》要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路無(wú)碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》.

[2]《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路變形觀測(cè)評(píng)估技術(shù)手冊(cè)》.