[某高等级公路软基沉降监测及分析]径向基神经网络在沉降监测中的应用

　　摘 要：软弱路基在路堤填筑过程中的沉降规律是高等级公路施工的关键问题。本文以广东省内某高等级公路为实例，采用双曲线法、三点法、对数曲线法分别预测软基最终沉降量，并结合现场实际情况进行分析研究，得到针对不同情况，选择合适的预测方法，以提高预测结果的准确性，为后续施工以及相类似工程提供指导性意见。
　　关键词：道路工程；软基处理；监测
　　引言
　　高等级公路软土路基的变形机理研究及沉降控制与预测已成为高等级公路建设中的主要技术问题之一［1,2］。目前软土地基沉降计算方法较多，设计计算一般是应用分层总和法进行计算，但是由于计算参数、计算模型等与实际存在差异，分层总和法的计算结果往往与实际沉降量存在较大误差。大量资料表明，通过分析前期监测数据，采用理论计算预测的总沉降及工后沉降更为接近实际。目前沉降预测方法有很多，如双曲线法、对数曲线法、星野法、Asaoka法、沉降速率法、灰色理论、神经网络模型等，工程中比较常用的方法有双曲线法、三点法、对数曲线法等。
　　本文以广东省内某高等级公路为背景，结合现场实际监测数据，采用双曲线法、三点法、对数曲线法分别预测软基最终沉降量，通过预测结果与现场实际情况分析，研究三种预测方法的适用条件，为后续施工以及相类似工程提供指导性意见。
　　1 工程概况
　　广东省省内某高速公路，项目所在区域处于珠江三角洲海陆交互冲击平原，区域内河涌水网纵横交错，鱼塘星罗棋布，地势平坦开阔，属于珠江三角洲的西、北江冲积平原，为珠江三角洲地区典型的平原地貌。由于河流冲击和海潮的进退作用，在该区广泛沉积了深厚的海陆交互相软土。勘察资料表明，本区域软土主要包括淤泥、淤泥质土、淤泥质砂等，以淤泥层为主，泥质灰黑色，流塑，泥质滑腻，部分含腐植质及贝壳碎屑，层厚5～28m，绝大多数大于15m。钻孔揭示全线分布有流塑状淤泥，淤泥层具有分布广、埋深浅、厚度大，含水量高、孔隙比大、强度低等特点，主要土性物理力学指标为：容重15.2～17.5kN/m3，含水量w=40.1～87.0%，天然孔隙比e=1.086～2.238，十字板剪切强度Cu=9.24～49.43kPa，标贯N63.5=1～8击，灵敏度一般在2.2～2.8之间，平均为2.4。
　　鉴于上述情况，对软土地基采用了以袋装砂井为主的固结排水+砂垫层+等（超）载预压处治方法。为保证路基在填筑施工及后期沉降和稳定性满足要求，项目I标段设置了35个监测断面。
　　2 软基沉降预测方法
　　2.1 双曲线法［3-5］
　　式中： 为最终沉降量。式（13）用A、B两个待定参数代替了式（12）中的常数。
　　由于上述理论计算方法基本原理都是假定软基在荷载作用下，沉降随时间的变化规律符合某一数学表达式，然后用曲线拟合，因此它们都有一定的适用条件，具体如下。
　　（1）双曲线法：适用于荷载恒定的条件下，实测沉降时间较长，沉降速率按双曲线递减的情况；
　　（2）三点法：适用于实测3组以上有效沉降数据，且时间间隔相等，实测曲线基本处于收敛阶段的情况，同时要求3组沉降数据间隔时间尽量大；
　　（3）对数曲线法：适用于路基加载条件下，沉降速率基本按对数曲线递减的情况。
　　3 软基沉降预测结果及分析
　　研究软基路段设置了35个监测断面，数量较多，为了研究方便，选取其中较有代表性的10个断面进行分析。现场监测结果及沉降预测结果见表1。
　　表1 各监测断面沉降预测汇总表
　　表中K0+700、K0+960和K1+250断面由于监测仪器施工中被破坏，表中的目前沉降为预测计算所得，K1+360～K1+920段路基施工完成较早，目前已预压9个月，K1+920～K2+090为桥头段，目前路基预压期为6个月，K2+050、K2+280目前路基预压期为5个月。
　　通过沉降预测结果可以看出，对于预压时间较长、监测数据较多的监测断面，采用双曲线法、三点法、对数曲线法的预测结果比较接近。对于预压期较短的监测断面，从监测结果看采用三点法和双曲线法监测结果偏于保守。K1+690和K1+880断面所在路段预压约5～6个月，采用双曲线法和三点预测K1+690断面的最终沉降为394mm和331mm、K1+880断面的最终沉降为588mm和513mm，但6、7月份期间这一路段路基沉降并未完全收敛，到7月底实测沉降量已达到了337mm和508mm，实测结果超过了两种方法预估的两个月后沉降。而采用对数曲线法预测的最终沉降为560mm和707mm，这一结果又稍微偏大，因此取值时进行了适当折中。通过本次的预测情况也说明上述方法的可行性：到7月底该路段已预压近9个月，数据较为充分，采用双曲线和三点法预测K1+690断面的最终沉降为474mm和433mm ，预测K1+880断面的最终沉降为614mm和544mm。，而指数法预测结果基本相近，因此这可取两个断面预估最终沉降为480mm和600mm。
　　4 结语
　　结合现场实际情况，通过监测数据与预测最终沉降量进行分析研究得出以下结论：
　　对于施工较晚、预压期较短的断面，由于采用三点法及双曲线法误差较大，主要采用对数曲线法进行预测，但对预测结果进行一定的折减。
　　对于预压期在4～8月内的监测断面，分别采用三种方法进行预测，考虑到三点法及双曲线法预测结果偏于保守，而对数曲线法预测结果稍大，因此取值进行适当折中。
　　对于预压期超过8月的监测断面、双曲线法预测结果相对更为接近实测结果，适合采用双曲线法进行预估。
　　参考文献
　　[1] 张留俊,王福胜,刘建都.高速公路软土地基处理技术[M].北京:人民交通出版社,1998.
　　[2] 郑颖人,陆新,李学志,等.强夯加固软粘土地基的理论与工艺研究[J].岩土工程学报,2000,22(1)：l8-22．
　　[3] 夏才初,潘国荣等.土木工程监测技术[M].北京:中国建筑工业出版社.2001,224-225.
　　[4] 李刚,王福胜,何晓霞.公路软基路堤实测沉降资料的分析方法[J].路基工程,2006,(2):71-73.
　　[5] 赵明华，郑焕然，刘煜．滨海软土路基最终沉降量预测研究[J].广西交通科技，2003，28(107)：13-19．
　　[6] 龚晓南.高等土力学[M].杭州:浙江大学出版社,1996.
　　[7] 王伟,周干武,卢廷浩.软土工后沉降双曲线模型与指数曲线模型分析[A].第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集（下册）[C],2006.
　　[8] 赵望生,龚文慈.变形监测的现状方法综述与展望[J],大坝观测与土工测试.1996,（3）