浅谈单桩静载荷试验的灰色理论预测极限承载力

吴子俊　陈伟（江西有色地质勘查五队　江西九江　332000）

浅谈单桩静载荷试验的灰色理论预测极限承载力

吴子俊陈伟
（江西有色地质勘查五队江西九江332000）

随着社会经济的发展，建筑行业在国民经济建设过程中的基础地位越显突出，加强现代化建筑技术理论的应用，对于提升建筑行业发展水平来说，具有十分重要的意义。单桩静载荷试验的灰色理论预测极限承载力，在桩基工程中的应用，对于保证桩基工程的安全性和可靠性来说，意义重大。本文对该问题的分析，从灰色系统理论出发，预测了单桩静载荷试验的极限承载力。利用灰色理论预测极限承载力与实际情况差异较小，可以更好地将之应用于实际建设过程中，希望本文对灰色理论预测单桩极限承载力的研究，能够为桩基工程的发展提供一些参考和建议。

单桩静载荷试验；灰色理论；极限承载力

1　前言

就现阶段建筑工程发展情况来看，在桩基工程发展中，利用静载荷试验对单桩极限承载力进行确认，具有较好的效果，符合实际工作需要。但在极限承载力预测过程中，选择怎样的理论预测，将直接影响到预测效果与实际情况的差异性，这种差异性越小，对桩基工程发展越有利。目前来看，静载荷试验对于确定单桩极限承载力有着重要帮助，但是在应用过程中，由于试桩费用以及反力装置等问题影响，静载荷试验如何节约成本，保证试验的可靠性问题，成为桩基工程发展过程中必须考虑的一个重要议题。灰色预测理论是现阶段应用于单桩静载荷试验过程中的一种有效理论方法，在实际预测过程中，发挥了较为重要的作用。本文对该问题的研究，注重分析灰色系统理论基本情况，并对系统发展进行了全面观察和分析。在研究过程中，我们可以看出，灰色预测理论的应用，可以更好地解决单桩静载荷试验的实际问题，对于推测极限承载力来说，有着重要作用。

2　灰色预测理论

2.1灰色预测理论与灰色模型

灰色预测理论是现阶段应用于单桩静载荷试验的重要理论，起始于20世纪80年代，通过利用连续的灰色微分方程，能够对单桩静载荷试验的极限承载力问题进行有效分析，并作出较为真实的预测[1]。灰色预测理论在现阶段得到了广泛地应用，可以节约单桩试验成本，满足桩基工程的实际需要。灰色预测理论在实际应用过程中，首先对原始数据进行有效处理，以累加或是累减的方法，形成规律性数据，之后对规律性数据进行研究，找出试验过程中的有效规律。

灰色预测模型我们将之称为“GM”模型，是灰色预测理论的基本模型，在实际应用过程中，发挥了十分重要的作用。灰色模型的基本表达式为GM（1，1），在应用过程中，对样本量少、波动性小的预报问题能够进行有效处理。在对桩基工程处理过程中，主要以桩的Q～S曲线为主，能够对桩荷载与沉降关系进行有效反应，为人们解决实际问题，提供有效地参考[2]。

2.2灰色预测理论模型构建问题

在进行灰色预测理论模型构建过程中，我们要把握GM （1，1）的变量关系，对增量荷载的序列可设为：

这样一来，针对于公式（1），其沉降变形增量序列则为：

根据灰色预测理论，我们在对沉降变形增量问题处理过程中，则需要利用累加法，生成灰色预测理论的数据模型，这一模型，具体情况如下：

综合公式（3），我们进行灰色建模过程中，可以得出一个一阶微分方程，这个微分方程模型GM（1，1）我们将之记为：

之后，我们需要对式中的a和b的数值进行求解，以此对单桩的极限承载力进行相应的预测[3]。

2.3预测精度优化

在利用灰色预测理论模型对单桩静载荷极限承载力进行预测过程中，我们需要对预测精度进行相关的优化，这种优化，可以使单桩静载荷试验更加符合实际要求，保证桩基工程能够顺利进行。优化过程中，需要对原始数据、GM（1，1）模型以及预测结果进行人为优化，使得出的数据信息更加贴近于实际需要。优化过程中，我们在测试之初，会设置GM（1，1）预测模型，这一模型未必会与实际情况吻合，这就需要对其进行优化。优化时，以残差作为GM（1，1）的模型，并对获得残差预测值和GM（1，1）的预测值进行叠加处理，对GM（1，1）的模型数值进行相应的修正。

3　单桩静载荷试验的灰色理论预测极限承载力的实例分析

我们在对单桩静载荷试验的灰色理论预测极限承载力问题分析过程中，要相对这一问题进行透彻分析，弄清灰色理论预测如何进行极限承载力预测，必须利用实际案例，这样一来，有利于我们更好地对灰色预测理论进行研究和分析。本文在对灰色理论预测应用于单桩静载试验的极限承载力分析过程中，以××市桩基工程的单桩静载荷试验为例，具体情况如下：

××市在进行立交桥建设过程中，需要采取钻孔灌注桩的方式，对桩基工程进行有效处理，这样一来，必须对单桩进行静载荷试验，得出单桩的极限承载力。本工程的实际情况如下：单桩极限承载力设计为24000kN，桩长为60m，桩径为100cm。在进行单桩静载荷试验过程中，采用了30000kN级的反力架。在进行试验过程中，当荷载数值为17000kN时，单桩的接头被压碎，这样一来，停止了单桩静载荷试验。在对该问题分析过程中，我们发现，从P-S成果来看，单桩并没有达到极限承载力，说明测试的数值与实际情况有着一定的差异性，为了更好地分析问题和解决问题，我们利用灰色预测理论，分析××市该桩基工程单桩极限承载力问题。

利用灰色预测理论分析单桩静载荷试验极限承载力问题时，我们要考虑到工程案例的实际情况。在荷载数值达到17000kN时，连接接头被压碎，这样一来，我们需要利用灰色预测理论对17000kN对应的沉降值进行分析。在分析过程中，我们发现，关于桩基单桩静载荷试验中，沉降值与荷载之间的关系，具体情况如图1。

图1　关于试桩荷载传递曲线P-S

从图1（关于试桩荷载传递曲线P-S）来看，随着荷载的不断增加，桩顶沉降值会变大，这样一来，根据《公路桥梁地基与基础设计规范》中的相关规定，单桩静荷载试验的极限承载力应为21000kN，而本案例中的17000kN显然没有达到这一标准。这样一来，说明在实际预测过程中，预测值偏差较大，与实际结果不相符合。对此，在进行问题分析过程中，我们需要考虑到不同静载荷试验对单桩极限承载力的影响。关于××市的桩基工程单桩静载试验，我们可以利用荷载传递法的单桩沉降理论对单桩荷载极限承载力问题进行分析，将会具有更高的实用性。在对该问题研究过程中，我们可以结合表1所示的推测值，对单桩静载荷试验的极限承载力数值进行有效预测。

表1　单桩极限承载力预测数值统计表

如表1单桩极限承载力预测数值统计表来看，在实际预测过程中，灰色预测理论具有更好地准确性和可靠性，与《公路桥梁地基与基础设计规范》中的相关规定更加贴近。这样一来，在进行单桩静载荷试验极限承载力测试过程中，我们可以利用灰色预测理论，对单桩极限承载力进行分析，更好地满足桩基工程的实际发展需要。

4　认识

在对单桩静载试验极限承载力问题研究过程中，通过对灰色预测理论与灰色预测模型的研究和分析，并通过相关实际案例举证，我们可以看出，灰色预测理论更能够保证预测数值的准确性和可靠性，对于桩基工程的发展来说，起到了重要的推动作用。本文在对这一问题研究过程中，主要认识如下：

（1）在进行单桩荷载试验过程中，若是单桩极限承载力并没有完全发挥时，我们需要对单桩静载试验的测试技术手段进行分析，查看其存在的疏漏，并进行有效分析，确保单桩静载荷试验极限承载力能与实际情况相符；

（2）灰色预测理论在进行单桩极限承载力应用过程中，具有更好地效果，能够更好地对实际问题进行解决。

[1]张优龙，杨坪.郑州单桩静载曲线不同模型下拟合的对比分析[J].河南大学学报（自然科学版），2015，01：108～112.

[2]郝又猛.灰色GM（1，1）模型在桩基极限承载力预测中的应用[J].山西建筑，2010，08：100～101.

[3]周晓杰.基于灰色预测理论的单桩极限承载力预测分析[J].芜湖职业技术学院学报，2010，02：31～34.

TU473.1+1

A

1673-0038（2015）51-0191-02

2015-12-5