临港围垦区道路地基沉降规律及预测研究

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。

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

2.1 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

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。