西南某机场地基工后沉降预测

　　自从我国西部大开发战略实施以来，西部山区的基础设施建设发展迅速，由此出现不少山区填方地基工程，涉及机场、铁路、公路等众多领域。这些建设场地的地基大都存在着变形大、强度低、压缩性高、沉降量大和排水固结速度慢等特点，普遍存在工后沉降过大的问题。准确计算高填方地基的沉降变形，特别是工后沉降变形已成为目前日益增多的山区高填方工程中亟待解决的问题。工后沉降观测资料是验证设计与指导施工的重要手段，不仅可以用来了解机场地基的稳定性，更重要的是进行沉降预测，推算地基最终沉降量、计算工后沉降量以及沉降速率等。关于机场地基工后沉降预测的方法很多，常用的沉降预测方法包括双曲线法、三点法、指数函数法、Asaoka法、灰色理论方法等。本文结合西南某机场扩建工程施工期现场观测数据，选取使用较为广泛的对数法和双曲线法来预测工后沉降，以期达到选取一种更好满足工程建设需要的回归分析方法的目的。这种基于实测资料回归分析的方法一般能够满足工程建设的需要。

 

　　1机场扩建工程概况

 

　　该机场扩建工程距现跑道168m，场地高程一般在300m～360m之间。跑道中心点高程329m，与场址区周边高差10～30m，地貌形态为构造侵蚀低-中丘。场区出露的地层主要为第四纪中更新统堆积物（Q2al），侏罗系上统遂宁组（J3s）粉砂质泥岩，侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）泥质粉砂岩和砂岩。岩石地层特征如下：

 

　　（1）耕植土（Q4pd）：褐色、褐黄色粘土，结构松散，稍湿，土质不均，混杂卵石的圆砾，呈圆形和亚圆形，含植物根系及腐殖质，层厚约0.3～0.5m。

 

　　（2）卵石（Q2al）：褐黄色，稍湿-湿，松散-密实，以稍密-中密为主，成分主要为石英岩、砂岩，含砾量50%～80%，呈圆形-亚圆形，5～20mm，最大10cm，磨圆度好，充填物主要为泥和砂，层厚0.3～12.9m。

 

　　（3）粉质粘土（Q1el）：伏于卵石之下，泥岩全风化的产物，褐红-褐黄，其状态主要有软塑、可塑和硬塑，以软塑和可塑为主，含少量铁锰质斑点及角砾，层厚约0.4～4.6m。

 

　　（4）粉砂质泥岩（J3sn）：主要为粉砂质水云母泥岩和细-粉砂质水云母泥岩，伏于粉质粘土之下，紫红色，鳞片泥质结构，薄-厚层状构造。

 

　　（5）泥质粉砂岩（J2s）：主要为泥质粉砂岩和灰质泥质粉砂岩，伏于粉质粘土之下，紫红色，粉质结构，薄-厚层状构造。

 

　　（6）砂岩（J2s）：主要为灰质粉砂岩、细粒岩屑长石砂岩和细粒岩屑砂岩，伏于泥质粉砂岩之下，紫红、灰黑色，细粒结构，厚层状构造。

 

　　2利用回归参数模型预测工后沉降

 

　　2.1回归模型基本思路

 

　　沉降回归模型建立的基本思路是：在长期观测资料基础上，根据各周期的沉降观测成果，根据沉降与时间的s-t曲线特征，选取与之相适应的数学模型，通过回归模型分析得出模型参数，再对未来时刻的沉降进行预测。数，再对未来时刻的沉降进行预测。常用的回归参数模型有指数模型、幂函数模型、平方根模型、双曲线模型和对数模型，各式中为工后沉降量；为最终沉降量；A，B为回归参数；C为某一沉降速率（如0.01mm/d）；T为时间。

 

　　2.2工后沉降原位监测

 

　　变形监测点埋设时主要考虑：①能反映整个扩建工程填方地基变形情况；②变形较大部位；③工程重点地段。

 

　　基准点：根据现场情况在跑道两端选择稳定的部位设置2个基准点，基准点每3个月复核一次。

 

　　2012年8月初，机场扩建工程的道面混凝土工程施工完毕。自2013年1月17日进场以来，至2014年4月13日，跑道东侧道面沉降监测了38次。道面沉降采用水准仪进行观测。道面沉降监测点布置如图1所示，代表性点的沉降观测结果如图2。

 

 

　　图2为代表性监测点工后沉降发展曲线。观测12个月期间的总沉降量为40～55mm。其中，2013年1月～3月的日均沉降速率为0.6～1.0mm/d；2013年4月～8月的日均沉降速率为0.1～0.3mm/d；2013年9月～12月的日均沉降速率为0.01～0.07mm/d，2014年1月～4月的日均沉降速率为0.01～0.03mm/d。至2014年4月13日，E46至E22观测点间的最大差异沉降量为0.9‰（E22-E23）。沉降曲线收敛趋势较明显。

 

　　工后沉降曲线可以以观测后100～113d（2013年5月上旬）为界划分为两个阶段，前一阶段曲线较陡，E46点所发生的沉降量为44mm，日均沉降速率为0.40mm/d；后一阶段曲线逐渐变缓，E46点所发生的沉降为11mm，日均沉降速率为0.03mm/d。主要原因是在前期发生的主要是瞬时沉降，且受工程干扰，后期沉降曲线进入主固结阶段，沉降曲线逐渐转缓。

 

　　2.3沉降对数和双曲线预测对比

 

　　为合理选取计算模型，下面以E46监测点工后沉降回归分析为例进行阐述。由上述可知，第113天之前发生的沉降主要为瞬时沉降，且受工程干扰，观测数据较少。因此，取第113天至第451天（即2013年1月19日至2014年4月13日）期间的38次观测数据进行回归分析，结果如图3、4及表1、2所示。

 

 

　　图3和图4分别为双曲线法和对数法对沉降全过程拟合关系图。强夯施工前期，沉降速率很大，施工后进入自然沉降期。从图3可以看出沉降数据进行双曲线全过程线性拟合时，拟合线与数据点重合度较好，而且从表2中可以看出其各点间相关系数很高。从图4中可以看出沉降数据进行对数曲线全过程线性拟合时，拟合线与数据点重台度不太好，且从表2中可以看出其各点间相关系数稍低。从图3中可以看出双曲线预测沉降线比对数曲线预测沉降线更接近实测沉降线。因此，双曲线模型预测机场沉降的收敛性与实际机场后期沉降的逐渐收敛特性相适宜。由于对数模型预测本身的发散性，相比之下该模型可能更适宜机场地基前期沉降预测和大型工程的沉降预测。双曲线预测模型由于后段拟合较好，可能更适合机场地基后期沉降预测。由表2中可以看出目前的观测数据条件下，道面实际累计沉降已接近预测最终沉降量，说明地基固结程度已较高，地基土已较为密实，在现有场地条件下继续沉降量应较为微小。

 

　　3结论

 

　　（1）高填方地基工后沉降包括部分瞬时沉降、主固结和次固结沉降3部分。其中瞬时沉降量值较大，发生时间较短，在回归参数模型中一般难以考虑，而主固结和次固结的规律性较强，可用对数模型进行回归分析预测。

 

　　（2）在目前的观测数据条件下，各回归参数模型内插预测值均与观测值较为接近，但可能由于外界环境因素局部数据有异常，总体满足工程需要，其中双曲线模型相关系数大，后段拟合度高，是较理想的工程后期沉降预测回归模型。