Asaoka法在某工程中的应用研究

朱英杰,毛丹红,赵 鑫

(1.台州市水电建设管理处,浙江 台州 318000;2.浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002)

1 问题的提出

随着滩涂开发治理热潮的兴起,在沿海软土地基上兴建堤塘工程也随之展开,对软基沉降的预测是确保工程按期保质完成的关键之一。对于基础沉降的预测,国内外学者进行了大量的研究,总体上分成3大类:第一类为经典的分层总和法,也是规范推荐的方法;第二类为数值计算方法,即根据固结理论,结合各种土的本构模型,计算最终沉降量的各种有限元法;第三种方法通过现场实测资料来推算沉降量与时间的关系,如曲线拟合法、线性回归法、灰色预测法、神经网络法、时间序列法等。分层总和法由于不能考虑侧向变形,计算结果与实测值有很大的差异;数值模拟法计算工作量大,参数难确定,准确预测较困难;因此曲线拟合法就显示其突出优点,通过大量实践证明,曲线拟合法具有一定的实用性和可靠性。常用的曲线拟合方法有双曲线法、指数曲线法、Asaoka法等。其中Asaoka法是一种从一定时间所得的沉降观测资料来预计最终沉降和沉降速率的方法[1],对于时间间隔的选取就显得尤其重要。本文就Asaoka法推算软基最终沉降量和时间间隔的选取进行了分析,为该法在工程中的应用提供参考。

2 Asaoka法曲线拟合的基本原理

Asaoka法也称浅岗法,或图解法,是Asaoka在1978年提出的,其计算公式:

推求最终沉降公式:

Asaoka法基本思想就是利用已有的沉降观测资料求出未知参数,然后据此参数预估最终沉降量。参数β1,β0的选取主要通过图解法求得,参数α1可以通过公式计算得到[2],但误差较大,通过曲线拟合后参数值基本可以满足式(1)的精度要求。

Asaoka法步骤:

(1)将时间划分成相等的时间段△t,在实测沉降曲线上读出t1、t2……所对应的沉降值(见图1),并制成表格;

(2)在以sj-1和 sj为坐标轴的平面上将沉降值s1,s2以点(sj-1,sj)画出(见图2),同时作出45°直线;

图1 相等时间段沉降曲线图

图2 Asaoka法示意图

(3)过点(sj-1,sj)作直线,与45°直线相交点对应的沉降为最终沉降。

3 工程实例计算与分析

3.1 工程概况

以浙江某在建海堤工程K6+500 m断面为例进行计算分析。该海堤基础处理采用塑料排水板加载排水固结法,断面及原位观测设备布置见图3。地基土主要物理力学指标见表1。

图3 典型海堤断面及原位观测设备布置图

表1 地基土主要物理力学指标表

该海堤断面从2008年3月开始加载施工,堤顶中心处3号沉降测点实测荷载—沉降时间过程线见图4。

图4 海堤3号测点荷载—沉降时间过程线图

3.2 观测资料系列对沉降预测成果的影响分析

本文选取工程施工开始后2010年的实测资料进行2011年完工验收时总沉降值预测,并对该断面进行实测值和预测值的对比分析。2010年实测沉降过程见表2。

表2 2010年实测沉降过程表

利用2010年1—12月的实测资料采用Asaoka法对1 a后完工验收时的沉降量进行预测(见表3)。

表3 不同时间段Asaoka法预测成果表

2011年10月中旬,原位观测到的该点累计沉降量为308 cm,与表3中预测成果对比,利用Asaoka法预测,数据选取前300 d的资料预测的结果前后差异较大,最后3个时间段预测的最终沉降量在320 cm左右,与观测到的结果比较接近。这说明前300 d的资料不能满足Asaoka法对基础沉降预测结果精度的要求。因此在利用Asaoka法对工程沉降预测时,应尽量选取足够长时间的资料以保证预测成果的可靠性。

3.3 时段间隔对沉降预测成果的影响分析

本文分别选取了不同时段间隔△t=10,20,30,40,50 d,分析了采用Asaoka法时时段间隔参数对沉降预测成果的影响。不同时间间隔拟合的曲线与实测数据的对比结果分别见表4及图5。

表4 不同时段间隔拟合结果表

图5 不同时间间隔拟合曲线与实测数据对比图

通过计算可知不同时间段拟合曲线预测的沉降值各不相同,△t=30 d时拟合的结果最好;△t=10,20 d时前期拟合值与实测值有明显的差别。直线斜率β1随时间间隔的增大而减小;在Sj轴上的截距β0随时间间隔的增大而增大;相关系数随着时间间隔增大而减小。这是因为随着时间间隔的增大插值点减少,拟合出的数据不如时间间隔小的好。因此针对本工程而言,时间间隔为30 d左右的预测结果最好。

4 结 语

(1)Asaoka法参数计算及推导过程简明易懂,工作量不大,适合对最终沉降量进行估算。

(2)Asaoka法受人为因素的影响比较大,应尽量选用足够的沉降数据进行预测,以保证预测成果的可靠性,建议采用1 a以上的实测资料系列。

(3)本文针对选定工程案例,分析得出时间间隔△t=30 d时预测结果最好的结论。但因属个案,并不能保证在其它工程中的适用性,因此在使用这种方法时,可以选取几个不同的时间间隔进行分析比较,使结果更为准确。

[1]殷宋,钱玉林.软土地基上高等级公路路堤沉降的研究[J].华东公路,1995(2):7-12.

[2]Asaoka Akira.Observational procedure of settlement prediction[J].Soils and foundations,1978,18(4):178-182.