本發(fā)明屬于鐵路地基沉降預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水泥土攪拌復(fù)合地基工后沉降預(yù)測的方法。

背景技術(shù)：

承載力和沉降量設(shè)計(jì)及控制是建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)用中的兩個(gè)最基本的問題，也是需要認(rèn)真研究、合理確定的兩個(gè)重要問題，關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。對(duì)路基工程而言，同樣也要保證其承載力和穩(wěn)定性的要求，保證將路基結(jié)構(gòu)物沉降變形量、沉降速率控制在要求的范圍內(nèi)，以確保線路、軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，軌道面的高度平順，以滿足行車速度和行車安全的需要。路基沉降變形過大時(shí)造成交通事故的重要原因，也是影響道路交通正常進(jìn)行、效益能否充分發(fā)揮的重要因素。因此，為了發(fā)揮、提高道路交通的效益，進(jìn)行交通災(zāi)害治理，路基工程沉降量尤其是工后沉降量控制就成為路基工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營中需要重點(diǎn)解決的問題。按照公路、鐵路等級(jí)，科學(xué)、合理地將路基工后沉降量控制在一定的范圍內(nèi)，就成為路基工程設(shè)計(jì)中需要解決的關(guān)鍵問題之一。

路堤建成后發(fā)生的沉降變形主要有：路堤(主要是基床)在列車荷載作用下發(fā)生的變形；路堤本體在自重作用下的壓密沉降；支撐路基的地基壓密變形。因此，路基的變形主要由兩部分組成，即地基的沉降變形和路基本體的變形。路基本體的變形通常是指路基上部即基床表層、基床底層以下部位所發(fā)生的變形。所以控制路基沉降量需要從路基本體的設(shè)計(jì)、支撐路基的地基處理等方面入手來解決。路基本體的設(shè)計(jì)包括路基結(jié)構(gòu)形式的確定、填料的選擇、填料壓實(shí)等方面。

對(duì)于建造在黃土地區(qū)的路基工程而言，其路基沉降問題包括填方路堤本身的沉降、黃土地基的壓縮變形以及黃土地基的增濕變形和濕陷變形。

但是，由于巖土工程問題的復(fù)雜性，對(duì)于路基沉降量及沉降過程的預(yù)估與控制這樣一個(gè)重要的問題尚未很好地得到解決。在高標(biāo)準(zhǔn)鐵路建設(shè)中，由于工后沉降量控制極為嚴(yán)格，所以如何確保路基沉降變形滿足設(shè)計(jì)要求就成為路基工程中的重點(diǎn)課題。

在解決預(yù)估、控制沉降問題中，如何利用施工前期或竣工初期得到的沉降資料找到沉降規(guī)律，據(jù)此對(duì)后期施工中以及竣工后發(fā)生的沉降進(jìn)行預(yù)測并加以控制，具有很大的工程實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種水泥土攪拌復(fù)合地基工后沉降預(yù)測的方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種水泥土攪拌復(fù)合地基工后沉降預(yù)測的方法，該方法包括以下步驟：

(1)運(yùn)用雙曲線法對(duì)地基斷面處路基中心的單點(diǎn)沉降計(jì)進(jìn)行擬合分析和預(yù)測，得到雙曲線預(yù)測模型；

(2)運(yùn)用三點(diǎn)法對(duì)地基斷面處路基中心的單點(diǎn)沉降計(jì)進(jìn)行擬合分析和預(yù)測，得到三點(diǎn)預(yù)測模型；

(3)根據(jù)雙曲線預(yù)測模型、三點(diǎn)預(yù)測模型繪制的雙曲線法和三點(diǎn)法沉降預(yù)測曲線；

(4)將雙曲線預(yù)測模型、三點(diǎn)預(yù)測模型預(yù)測工后最終沉降量的平均值作為最終預(yù)測結(jié)果。

優(yōu)選地，所述雙曲線預(yù)測模型如下式I所示：

式I中，s₀為時(shí)間t₀時(shí)的沉降量；s_t為時(shí)間t時(shí)的沉降量；a、b為待定參數(shù)。

優(yōu)選地，所述三點(diǎn)預(yù)測模型如下式II所示：

S_t＝S_∞(1-ae^-bt)+S_dae^-bt (II)

式II中，S_d為瞬時(shí)沉降(mm)；S_∞為最終沉降量(mm)；a、b為實(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過曲線回歸求得的系數(shù)。

相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明對(duì)路基沉降的預(yù)測值與路基實(shí)際沉降值最為接近，有效的解決了由于巖土工程問題的復(fù)雜性，難以對(duì)路基沉降量及沉降過程進(jìn)行預(yù)估與控制的問題，本發(fā)明的沉降量預(yù)測能夠滿足高標(biāo)準(zhǔn)鐵路建設(shè)的要求，具有很大的工程實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中單點(diǎn)沉降計(jì)位置布設(shè)圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中DK48+790斷面路基中心實(shí)測數(shù)據(jù)曲線圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中DK48+790斷面處路基中心的9#單點(diǎn)沉降計(jì)沉降量預(yù)測曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

試驗(yàn)應(yīng)用JMDL-4730A智能記憶型數(shù)碼單點(diǎn)沉降計(jì)，其主要工作部件包括變形傳感器、測桿、錨頭、法蘭盤等，量程等詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1單點(diǎn)沉降計(jì)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

單點(diǎn)沉降計(jì)的主要工作原理是通過變形傳感器監(jiān)測地基的壓縮變形量，在錨頭打入基巖后，法蘭沉降盤埋設(shè)在擬監(jiān)測的地基表面，當(dāng)?shù)鼗苌喜刻钔梁奢d作用發(fā)生沉降變形時(shí)，法蘭盤隨之下沉，而基巖中錨頭不動(dòng)，埋設(shè)在地基中的變形傳感器記錄法蘭盤的下沉量，也就是地基的沉降值，之后通過特定的測試儀讀出單點(diǎn)沉降計(jì)的讀數(shù)，達(dá)到沉降觀測的目的。單點(diǎn)沉降計(jì)安裝采用鉆孔預(yù)埋方式，即在擬觀測處鉆孔埋設(shè)于地基土體內(nèi)?？梢詮V泛應(yīng)用于各種地基壓縮沉降測量和邊坡位移變形監(jiān)測。

1、單點(diǎn)沉降計(jì)的埋設(shè)

1)埋設(shè)時(shí)間與位置

在線路的中心處，利用全站儀進(jìn)行測量以確定好變形觀測位置，待水泥土攪拌樁復(fù)合地基完成，碎石墊層鋪設(shè)后，路基填筑前，隨著鉆機(jī)架設(shè)完畢，進(jìn)行鉆孔埋設(shè)安裝單點(diǎn)沉降計(jì)。試驗(yàn)段長600m，選擇不同水泥摻合比，分別為12％、16％和20％。不同水泥摻合比下埋設(shè)4組單點(diǎn)沉降計(jì)，由于鐵路為雙線鐵路，因此安排在路基中心線2組，左線中心2組，布置圖如圖1所示。

水泥摻入量為16％時(shí)，選擇兩個(gè)斷面：DK48+790斷面，路基中心處為9#單點(diǎn)沉降計(jì)，左線中心為11#單點(diǎn)沉降計(jì)。

2)埋設(shè)方法與步驟

①鉆孔：在測點(diǎn)位置進(jìn)行準(zhǔn)確測量放樣，找準(zhǔn)復(fù)合地基樁間形心處，隨即進(jìn)行鉆孔，鉆桿直徑為108mm，鉆孔完成后用鉛垂放線，確保鉆孔保持垂直。為使沉降監(jiān)測準(zhǔn)確，錨頭一端應(yīng)固定不動(dòng)，孔深應(yīng)穿過飽和黃土層等軟弱土層，深入基巖500mm。在鉆孔完成且單點(diǎn)沉降計(jì)埋設(shè)前確保無塌孔、縮孔現(xiàn)象。在里程DK48+900處，軟弱土層較厚，鉆孔深度達(dá)到20m才到基巖，為了確保順利埋設(shè)，制作了5m直徑為110mm的PVC套從地基表面向下深入埋設(shè)。

②探孔：預(yù)估鉆孔深度，選擇比孔深長3m的麻繩綁扎在與錨頭連接的PVC管上，防止錨頭與測桿掉進(jìn)孔洞，之后把錨頭與兩根測桿連接好，將錨頭向下緩緩放進(jìn)孔洞內(nèi)，一人在旁控制住麻繩，若錨頭沒有到底部，應(yīng)加長測桿，直到錨頭固定到基巖，確定實(shí)際孔深。

③安裝單點(diǎn)沉降計(jì)：為了保證測量準(zhǔn)確和更好地保護(hù)單點(diǎn)沉降計(jì)主體，要求法蘭沉降盤應(yīng)安裝與地基基礎(chǔ)面以下10～20cm，因此在探孔、確定好孔深后，所需測桿總長應(yīng)采用不同長度的測桿來配置。

所需測桿總長＝實(shí)際孔深-1.4米(沉降計(jì)主體拉伸總長)-(0.1～0.2)米。

在確定好所需測桿后，將錨頭、測桿與沉降主體連接好、安裝至孔內(nèi)且錨頭至基巖。

④注漿：為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，底端錨頭必須固定不動(dòng)，其最好的辦法就是進(jìn)行注漿固定。漿液中水灰比為1：1，將注漿管深入底部進(jìn)行注漿，保證漿液層至少為1m。

⑤安裝沉降盤：注漿完成后需要安裝法蘭盤，把孔口直徑擴(kuò)大至法蘭盤直徑，將位移計(jì)拉伸至滿量程，用等徑接頭連接好位移計(jì)與法蘭盤桿。通過綜合測試儀預(yù)讀沉降計(jì)數(shù)值，調(diào)整法蘭盤高度，使沉降計(jì)初值大小在270mm～280mm之間，固定法蘭盤。

⑥灌砂：待法蘭盤安裝完成兩小時(shí)后，往孔洞內(nèi)回填粗砂，為了保證回填砂的密實(shí)度，應(yīng)緩慢灌砂，并用鋼管進(jìn)行搗實(shí)。當(dāng)粗砂填至法蘭盤下8cm左右時(shí)，改灌混凝土并將法蘭盤覆蓋。2小時(shí)后將挖開的碎石墊層填回，并做好標(biāo)志，防止震動(dòng)壓路機(jī)的震動(dòng)碾壓對(duì)沉降計(jì)造成傷害，同時(shí)密切注意沉降計(jì)讀數(shù)，待穩(wěn)定后記錄作為初始讀數(shù)。

⑦保護(hù)：單點(diǎn)沉降計(jì)及傳輸電纜的保護(hù)是安裝后其成活率的關(guān)鍵所在，因此裝好單點(diǎn)沉降計(jì)后，在傳輸電纜套上直徑為20mm的PVC鋼絲波紋管進(jìn)行保護(hù)。

⑧數(shù)據(jù)記錄、整理與存檔：作好單點(diǎn)沉降計(jì)安裝記錄，存檔。其內(nèi)容包括，該斷面里程、單點(diǎn)沉降計(jì)埋設(shè)的具體位置、埋設(shè)錨頭深度、實(shí)驗(yàn)編號(hào)、單點(diǎn)沉降計(jì)編號(hào)、埋設(shè)安裝日期、天氣狀況及安裝人員。在后續(xù)的沉降數(shù)據(jù)讀取時(shí)，均應(yīng)采用手動(dòng)記錄與綜合測試儀存儲(chǔ)雙重記錄，并對(duì)沉降數(shù)值及時(shí)分析，如出現(xiàn)沉降量突變，因及時(shí)加測。每一次測量數(shù)據(jù)都必須編號(hào)存檔。

2、單點(diǎn)沉降計(jì)檢測頻率

路基施工各階段地基沉降觀測頻率應(yīng)滿足表2。

表2單點(diǎn)沉降計(jì)測量頻率

試驗(yàn)應(yīng)用JMZX-3001型便攜式智能綜合測試儀進(jìn)行單點(diǎn)沉降計(jì)讀數(shù)的采集。其測量范圍的振弦頻率在600Hz～3000Hz之間，測量精度為0.1％±0.1Hz，能夠直接測量單點(diǎn)沉降計(jì)位移變化且自動(dòng)存儲(chǔ)。

在本發(fā)明中，雙曲線法詳見參考文獻(xiàn)：楊濤，李國維，楊偉清.基于雙曲線法的分級(jí)填筑路堤沉降預(yù)測[J].巖土力學(xué)，2004，25(10):1551～1554。三點(diǎn)法詳見參考文獻(xiàn)：陳善雄，宋劍，周全能，李明領(lǐng).高速鐵路沉降變形觀測評(píng)估理論與實(shí)踐[M].北京:中國鐵道出版社，2010。

3、DK48+790斷面路基中心實(shí)測數(shù)據(jù)

DK48+790斷面土質(zhì)屬于飽和黃土，對(duì)地基采用雙向水泥土攪拌樁進(jìn)行加固，二灰摻入比為16％，路堤填筑按設(shè)計(jì)進(jìn)行。路基中心處單點(diǎn)沉降計(jì)自2014年8月15日開始進(jìn)行沉降觀測，至2015年5月2日，共觀測260天，共計(jì)觀測135次。其中路基填筑完成前觀測118天，共計(jì)118次；路基填筑完成后觀測142天，共計(jì)17次。觀測結(jié)果如圖2所示。

4、DK48+790斷面路基沉降預(yù)測

1)根據(jù)前面介紹的雙曲線法計(jì)算原理，運(yùn)用雙曲線法對(duì)DK48+790斷面處路基中心的9#單點(diǎn)沉降計(jì)進(jìn)行了擬合分析與預(yù)測，得到的模型為：

根據(jù)前面介紹的三點(diǎn)法計(jì)算原理，運(yùn)用三點(diǎn)法對(duì)DK48+790斷面處路基中心的9#單點(diǎn)沉降計(jì)進(jìn)行了擬合分析與預(yù)測，得到的模型為：

S_t＝123.5-42.4754e^-0.0031t；

根據(jù)以上兩式，繪制的雙曲線法和三點(diǎn)法沉降預(yù)測曲線如圖3所示，沉降量預(yù)測結(jié)果見表3。

表3DK48+790斷面處路基中心的9#單點(diǎn)沉降計(jì)沉降量預(yù)測結(jié)果

由表3可知，兩種模型預(yù)測工后最終沉降量的平均值為121.4mm。路基完工6個(gè)月時(shí)，發(fā)生的平均沉降量占最終沉降量平均值的87.6％，12個(gè)月時(shí)為92.6％，18個(gè)月時(shí)為95.2％，24個(gè)月時(shí)為96.7％。由此可見，復(fù)合地基的工后沉降主要發(fā)生在路基完工后的6個(gè)月內(nèi)，24個(gè)月時(shí)的剩余沉降量占最終沉降量的3.3％，沉降已基本完成。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。