填方渠堤沉降變形擬合及預(yù)測分析

李廷高，趙含雨，張　峰

（1.山東黃河?xùn)|平湖工程局，山東 泰安 271000；2.山東黃河河務(wù)局東平湖管理局，山東 泰安271000）

填方渠堤沉降變形擬合及預(yù)測分析

李廷高1，趙含雨2，張峰1

（1.山東黃河?xùn)|平湖工程局，山東 泰安 271000；2.山東黃河河務(wù)局東平湖管理局，山東 泰安271000）

【摘要】根據(jù)南水北調(diào)安陽段工程渠堤沉降變形資料，用雙曲線預(yù)測公式對其進(jìn)行分析，得到了預(yù)測公式的各個(gè)系數(shù)。由于該預(yù)測公式的局限性，提出了一種包含堤高的沉降變形預(yù)測公式，并對類似工程的沉降變形進(jìn)行了擬合和預(yù)測。

【關(guān)鍵詞】南水北調(diào)；填方渠堤；沉降變形；擬合

填方渠堤的沉降由瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降（也稱主固結(jié)沉降）和次固結(jié)沉降3部分組成，由于實(shí)際填筑土體與設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的差異性，理論計(jì)算的沉降往往與實(shí)際值有較大的差異。大量的工程實(shí)踐表明，要準(zhǔn)確地計(jì)算填筑渠堤的沉降，特別是預(yù)測填筑施工完成后沉降，仍是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問題。工程實(shí)踐中，可利用施工前期觀測得到的沉降資料，找出沉降規(guī)律，利用有限時(shí)間內(nèi)的沉降觀測資料預(yù)測沉降的發(fā)展趨勢并推測未來沉降規(guī)律和總沉降量。常用的觀測曲線擬合方法有三點(diǎn)法、指數(shù)曲線法、時(shí)間對數(shù)法、雙曲線法和修正雙曲線法等。河海大學(xué)許永明等提出一種拋物線形的時(shí)間對數(shù)法方程來確定最終沉降量的方法，其公式為s=a（lgt）2+blgt+c，式中參數(shù)a、b、c可用優(yōu)化方法求得。

1　沉降監(jiān)測資料分析

筆者收集了南水北調(diào)安陽段4個(gè)渠堤斷面的變形監(jiān)測資料，各斷面基本情況見表1。

表1　安陽段部分填筑渠道施工情況

原始觀測點(diǎn)如圖1、圖2所示，由于全部為填筑至渠頂后沉降，所以各組數(shù)據(jù)可以采用雙曲線模擬。但需要說明的是，監(jiān)測起始時(shí)間與填筑至渠頂?shù)臅r(shí)間不一致，監(jiān)測起始時(shí)間較為滯后。

圖1　A1和A2兩個(gè)斷面沉降變形過程線

圖2　B1和B2兩個(gè)斷面沉降變形過程線

因監(jiān)測初期的沉降變形值有一定波動，擬合時(shí)考慮局部數(shù)據(jù)的這種特性，進(jìn)行分段模擬。從圖形上看，整體數(shù)據(jù)按沉降速率的快慢設(shè)置分界線為t=200d比較合適，200d以內(nèi)沉降速率有所波動，但平均沉降速率較大，200d以后沉降速率明顯變緩。為使擬合曲線更符合實(shí)際，前段用高次冪方程曲線擬合，后段采用雙曲線進(jìn)行模擬。

1.1函數(shù)擬合

1）分段函數(shù)模擬，經(jīng)多次試算，擬采用三次曲線和雙曲線結(jié)合的分段函數(shù)，方程為：

2）雙曲線方程為：

式中：t為基準(zhǔn)期后的天數(shù)，d；s 為沉降量，cm。

A1（A1－1為測點(diǎn)1，A1－2為測點(diǎn)2，下同）和A2斷面數(shù)據(jù)整理結(jié)果及曲線擬合相關(guān)參數(shù)見表2。

表2　參數(shù)及擬合度表

A1和A2監(jiān)測數(shù)據(jù)最終擬合的曲線方程為：

B1和B2監(jiān)測數(shù)據(jù)最終擬合的曲線方程為：

1.2整體函數(shù)模擬

采用上述方程雖能模擬填方渠堤沉降變形，但具有一定的局限性，表現(xiàn)在兩方面，一是未能反映渠堤填筑完成時(shí)刻至監(jiān)測起始時(shí)間內(nèi)發(fā)生的沉降量；二是未能反映與渠堤填筑高度的關(guān)系。對填筑材料壓實(shí)特性、地下水情況等暫不考慮。

為此，筆者對上述方程進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)公式為：

式中：參數(shù)a，b，c用優(yōu)化方法求得；s為最終沉降量，cm；t為填筑至渠頂后的監(jiān)測時(shí)間，d；h為渠堤填筑高度，m。

根據(jù)估計(jì)的數(shù)據(jù)系列，用上述改進(jìn)拋物線公式進(jìn)行擬合，擬合后的公式為：

2　施工期沉降量預(yù)測應(yīng)用

采用上述公式對溫縣段未填筑的缺口渠堤進(jìn)行沉降計(jì)算，其中，根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，按該式預(yù)測計(jì)算時(shí)，90d以前的不采用上述公式預(yù)測，最終沉降量按720d的沉降量進(jìn)行估算。計(jì)算成果見表3。

表3　溫縣段渠道未填筑缺口渠段沉降量預(yù)測

從表3可以看出，對于7m高的填筑渠道，預(yù)留5cm的沉降超高比較合適，對于5m高的填筑渠道，預(yù)留3.5cm的沉降超高比較合適。

3　結(jié)語

1）渠堤在填筑施工完成后，均將產(chǎn)生一定量的沉降變形。2）對于一般黏性填土，渠頂沉降變形一般在3年內(nèi)基本完成，初期6～10個(gè)月約完成總沉降量的80%。3）對已有的安全監(jiān)測資料進(jìn)行整理分析，預(yù)測類似渠堤沉降變形，為預(yù)留沉降超高等具有重要意義。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

【中圖分類號】TV672

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-03-0034-02

收稿日期：2014-11-12

作者簡介：李廷高（1969—），男，高級工程師