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临港围垦区道路地基沉降规律及预测研究

2022-10-27笪中明

海河水利 2022年5期
关键词:西区油库东区

笪中明

(德兴市水利局,江西 德兴 334200)

我国沿海基础设施规模庞大,但沿海地层形成条件特殊,道路、桥梁等设施建设常会遇到软土地基。由于软土具有强度低、孔隙大、含水量高等特点,其地基承载力低,易发生形变。为达到基础设施强度、控制形变等建设要求,需要对软土地基进行处理,并在施工和运营过程中对地基进行沉降等监测,以指导工程施工及其以后的安全运营[1,2]。可见地基沉降分析是工程建设施工及运营中的关键。目前,学者们对地基沉降规律及预测做了大量研究,常用的基于实测沉降数据的预测方法有三点法、双曲线法、Asaoka 法、星野法和灰色预测模型等[3-6]。本文结合浙东南某沿海临港围垦区道路工程的软土地基案例,对地基不同区段进行沉降监测,得到不同时期地基的沉降规律,并利用经典双曲线法对最终沉降值进行推算,从而指导该工程地基处理,为类似工程地基沉降预测提供参考。

1 工程概况

工程位于浙东南沿海岛屿滩涂,北面临海,南面依次为海堤、省道和浅滩。海堤和省道中部为水闸,且均坐落于软土地基上。省道宽度24.5 m,水闸大桥长度45 m,如图1所示。定义桩号0+000—1+515为西区段(大桥左侧),桩号1+560—4+570为东区段(大桥右侧),桩号1+515—1+560 为水闸大桥段。根据地勘资料,地基土从上至下分为10层,其层厚和岩土物理力学参数详见表1。由表1可知,1~7层为软土层,各层参数差距较小;8~10层为砂砾层,各层性质差距也较小。

图1 省道分布示意

表1 地基土层参数

2 围垦区地基沉降规律及预测分析

2.1 地基沉降规律

为获得临海省道地基沉降数据,选含水闸大桥区段地基进行监测。该省道中心线上典型测点(桩号为0+675、1+575、2+175、2+475、2+875 和3+675)的沉降值随时间的变化曲线如图2 所示。由图2 可以看出,无论是西区段、东区段还是水闸大桥段的测点,其沉降值随时间呈近线性增加且速率并未有衰减的趋势。这表明在省道填筑产生的附加应力作用下,省道底部地基的固结沉降仍在继续且在线性变形发展阶段。此外,东区段沉降量大于西区段。

图2 典型测点地基沉降随时间的变化曲线

经监测,获得省道不同桩号在不同时刻的累计沉降数据,如图3 所示。由图3 可知,水闸大桥附近测点的累计沉降量最小,在0~6个月时间段,东区段和西区段的累计沉降量差别不大;但随着时间的不断增加,如12 个月、18 个月时,东、西区段地基沉降逐渐产生差异,东区段地基累计沉降值比西区段大,可能是因为地层参数差异。根据实际施工情况,在东区段临近大桥区域监测过程中完成了中石化油库施工,其堆载高度为6.5 m。由于油库地基对省道地基具有一定的加固作用,静态荷载作用时省道距油库越近其沉降值应更大,但实际监测数据却恰恰相反,在桩号3+075—4+075 区段沉降最大,并不是在油库附近(位置约在桩号2+075)。综上说明,省道填筑和车辆动荷载引起的地基固结沉降为主要沉降,次固结变形可以忽略,油库堆载对省道的影响并不明显。

图3 省道不同桩号测点在不同时间时的累计沉降量

2.2 地基沉降预测

根据实测获得的省道地基沉降数据,采用概率理论预测地基沉降和推算最终沉降量,对省道路基和水闸大桥的工程运营安全性进行评价,以便提出针对性的安全改善措施和建议。在实际工程应用中,基于实测数据的常用地基最终沉降量预测方法包括双曲线法、三点法、灰色预测模型和Asaoka 法等。当地基实测沉降数据的时间持续较长时,采用双曲线法进行预测准确、可靠度高,已广泛应用在各种地基沉降预测分析中[7-8]。本文采用双曲线法对该工程地基的最终沉降进行推算。

双曲线法是一种地基静态沉降预测方法,该方法利用已有的实测沉降数据进行回归拟合分析,可进行地基的沉降发展趋势和最终沉降量预测。双曲线法认为地基沉降速率随时间呈双曲线形式递减,在时刻t时相应的沉降量为:

式(1)进一步变换为:

由式(2)可得到(t-t0)/(St-S0)~(t-t0)的变化曲线,对数据点作进一步线性回归分析,从而获得沉降预测系数A和B。当t→∞时,地基沉降达到最终沉降量S∞。对式(2)求极限,可得到地基最终沉降量:

式中:St和S0分别为时间t和t0时的沉降量(mm);S∞为地基最终沉降量(mm);A、B为地基沉降预测系数,与地基岩土层性质和荷载等有关,由曲线方程拟合得出。

实测起点时认为地基无沉降,即t0=0 时S0=0,则式(2)可简化为:

选取典型桩号测点的地基沉降数据(西区段桩号0+275、1+075,东区段桩号1+575、2+175),根据沉降预测式(4),绘出t/St~t的变化曲线,并进行线性回归分析,从而得到该省道地基的沉降预测系数A和B,如图4 所示。整体而言,地基沉降值的回归拟合度较高,尤其是西区段达到了82%以上。由预测趋势可知,桩号0+275、1+075 测点的地基最终沉降量分别为43.5、45.5 cm,表明该省道西区段各测点的沉降量差别不大。桩号1+575、2+175测点的地基最终沉降量分别为66.7、111.1 cm,表明东区段地基最终沉降量更大,其中由于桩号2+175位于油库附近,油库的施工对该测点地基沉降量监测影响较大,因此该点数据无法代表整个路段的沉降。综上,由回归拟合分析,最终沉降值范围在43.5~66.7 cm。

图4 典型桩号测点沉降量回归曲线

3 结论

本文以某沿海临港围垦区道路地基为研究对象,通过现场地基沉降监测,获得了不同区段地基在不同时期的沉降规律,并对其沉降趋势进行了预测,得出以下主要结论。

(1)从监测开始的18 个月内,由于受道路地基填筑产生的附加应力作用,该省道监测区段内地基沉降值随时间呈近线性增加趋势,且东区段地基沉降量大于西区段。

(2)水闸大桥附近测点的累计沉降量最小,在0~6 个月内,东区段和西区段的累计沉降量差别不大;随着时间的不断增加(如12个月、18个月),东区段地基累计沉降值逐渐大于西区段,说明省道填筑和车辆动荷载引起的地基固结沉降为主要沉降。

(3)双曲线法能较好地预测该临港围垦区道路地基沉降值,基于实测沉降数据,推算该地基最终沉降值范围在43.5~66.7 cm。

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