[发明专利]一种基于实测数据的剩余沉降计算方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及公路路基施工技术领域，具体涉及一种基于实测数据的路基剩余沉降计算方法及其在路基施工中确定卸载时机的应用。

背景技术

在公路或铁路施工中，对于软土地基而言一般采用堆载预压法处理。采用堆载预压法施工时，在卸载时一般通过实测数据计算剩余沉降是否满足设计要求，以此来确定路基卸载时机。

目前，工后沉降计算方法包括有：双曲线法，指数曲线法，GM法，三点法，Asaoka法，沉降速率法，S型曲线法，二次函数抛物线模型，沉降差法等。在预压荷载稳定后监测结果在6个月以上时，采用不同方法得到的结果基本一致。但是路基施工过程中，往往需要预压荷载稳定后，1-3个月的时间内就需要计算沉降以便确定卸载时机。

然而此时，单一方法由于其容错能力有限，根据已有的数据无法进行计算或者计算得到的结果较差。其中，双曲线法是一种经验法，背后并没有对应的理论基础。其计算得到的最终沉降，一般而言较指数曲线模型和实际结果都大。而指数曲线模型则是根据经典的固结理论而来，这种理论并未考虑侧向变形的影响。并且侧向变形引起的沉降与具体的施工速率相关，施工越快，侧向变形引起的沉降就越大。因此，基于指数曲线模型计算出来的最终沉降偏小。上述两种最常用的方法均有其缺陷，双曲线法得到的结果偏大，指数曲线法得到的结果偏小。

河海大学徐泽中教授根据宁沪高速(《公路软土地基路堤设计与施工关键技术》，人民交通出版社)的实测数据发现：月沉降速率小于5mm/月时，采用沉降速率法得到的结果接近于实际，而月沉降在10mm-15mm时，采用双曲线法得到的结果接近于实际。也就表明在不同情况下，不同推算方法所得结果与实际结果更为接近。但是实际工程有限定的工期，常出现工期紧张的情况。往往需要在填土完成后，1-3个月的时间就需要确定工后沉降，以便确定何时卸载。此时的月沉降速率远远大于10mm/月，往往在30mm-50mm/月，因而也无法按照徐泽中教授的方法来进行选择推算方法。并且当沉降速率在10mm/月时，采用沉降速率法和双曲线法得到的结果也差别不大，也没有必要进行选择。

由于单一方法的局限性，李德洲提出“基于双曲线法和指数曲线法的一种组合沉降预测方法”[西部探矿工程,2015,27(5):13-15]。该方法建立了双曲线法和指数曲线法的组合模型，组合模型的加权系数通过最小化组合误差的平方和来确定。然而该方法计算复杂，不便于推广；并且仅仅考虑这两种方法的误差而进行加权，没有考虑实际情况，准确度较低。因此，实际工程中需要一种便于推广、准确度高的剩余沉降计算方法，推算卸载时机，指导卸载预压荷载的施工。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于实测数据的剩余沉降计算方法及应用。该计算方法将指数曲线法与双曲线法进行组合，并引入组合系数C，其计算结果准确度高；利用该计算方法，能准确推算预压荷载的卸载时机，指导卸载预压荷载的施工。

为实现上述发明目的，本发明专利所采用的技术方案是：一种基于实测数据的剩余沉降计算方法，包括以下步骤：

a.路基排水体施工完成后，开始埋设沉降测量装置，采用沉降测量装置测量沉降值，并按照监测频率记录沉降数据；

b.路基填土至预压高度的时间记为第0天，测量得到的沉降值记为S₀，S₀也就是刚进入预压期时的沉降值，进入预压期后第t天测量得到的沉降值记为S_t；

c.计算理论剩余沉降量，其数学模型为：

式中，t表示进入预压期的天数，C表示组合系数，a表示第一双曲线模型参数，b表示第二双曲线模型参数，A表示第一指数曲线参数，B表示第二指数曲线参数，S_r表示t时刻的剩余沉降；

其中，所述第一双曲线模型参数a和所述第二双曲线模型b参数计算方法如下：将t与t/(S_t-S₀)按照线性关系进行拟合，拟合得到的斜率为所述第二双曲线模型b，拟合得到的截距为第一双曲线模型参数a；

其中，所述第一指数模型参数A和所述第二指数模型参数B计算方法如下：从预压期后三个不同的时间点选取三组沉降记录值；所述第一指数模型参数A和第二指数模型参数B通过下式求解：

其中，所述组合系数C的计算方法如下：

当月沉降量S_m小于或等于5mm时，取C＝1.0；

当月沉降量S_m大于5mm时，C值按照下式进行计算：