温州永兴北园软土地基沉降预测研究
时间：2022-07-26 05:10:24
摘 要：温州永兴北园软土地基采用改性真空预压处理方法，进行负压密封降水，在出水量明显减少，沉降量趋缓甚
至无沉降的情况下，达到降低土层含水量；提高土体密实度、承载力；减少地基工后和差异沉降量的目的。本文依据软土
地基恒载期的沉降观测数据，分别利用双曲线法和指数曲线法根据沉降观测数据进行沉降预测，通过对两种方法预测结果
的分析比较，尽可能精确地推算地基最终沉降量。
关键词：软土地基 沉降预测 双曲线法 指数曲线法
1 工程概
况
含细砂淤泥、淤泥、粘土。其中：
温州民营经济科技产业基地永兴北园土地整理一期工
（1）细砂：灰黄色、灰色，松散状，砂含量>90%，
程位于瓯江以南龙湾境内。该工程结合温州民营经济科技
以细砂为主，粘性土少量。砂的矿物成份以石英、长石为主。
产业基地临时航道疏浚工程，将航道疏浚弃土吹填至本工
为人工回填的袋装砂包。
程围区，进行地基处理，形成工业用地。工程区域吹填后
（2）粘土：灰黄色，软塑-可塑状，中-高压缩性，
面积约543600 平方米，地坪平均标高约4.5 米，围区的四
含铁锰质斑点、半炭化物。刀切面光滑，
周现已建有围堤。工程总平面图如图1：
无摇震反应，干强度高，韧性高。
（3）含细砂淤泥：灰色、青灰色，流塑状，局部软塑状，
中-高压缩性，粉细砂含量一般为5-30%，呈薄层状分布，
土质不均匀，局部砂含量较富集，含量可达40% 以上，夹
贝壳碎片。刀切面 较粗糙，摇震反应慢，干强度中等。
（4）淤泥：青灰色，流塑状，高压缩性。含少量贝
壳碎屑、半炭化物和粉细砂。刀切面光滑，无摇震反应，
图1 工程总平面图干强度高。
图1 中，施工区长900 米, 宽600 米，被划分为24 个（5）粘土：灰色，软塑-可塑状，中-高压缩性。
分区，每分区长225 米，宽100 米，编号B1~B24
。
含少量贝壳碎屑、半炭化物和粉细砂。刀切面光滑，无摇
根据勘察资料分析，该地区的软弱地层为：细砂、粘土、震反应，干强度高。
图2 B1 区平均沉降量～时间曲线
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城市建设理论研究2011 年11 月25 日
根据永兴北园区的地质条件及新吹填泥的特点，该工
程软土地基处理方式为改性真空预压软基处理，该方法解
决了传统真空预压地基处理方法存在的无法实施的技术难
题，且工艺简单，施工方便，降低了造价，而且吹填地基
完成后，可立即进行地基处理，大大缩短了地基处理工期，
是一种非常经济实用的软基处理方法。
沉降板的布设参照图1，工程整个场地被划分为
B1 ～ B24 二十四个分区，设计每个区域布置8 个沉降板
观测地表沉降，间距约40 米，计192 个沉降点。仪器采用
DS2 型水准仪，配用3m 长的红、黑面木质水准尺，沉降
观测按三等水准要求施测。观测的频率正常情况下一般为
2~3 天观测一次。
2 沉降观测数据预测分析
目前，在学术上有很多沉降预测方法，如双曲线法、
指数曲线法、灰色预测模型、神经网络BP 模型等，但在实
践中，较为规范且常用的方法为双曲线法和指数曲线法。本
文以B1 区的沉降监测数据为例, 利用双曲线法和指数曲线
法分析地表沉降观测数据，并进行沉降预测，其他分区沉降
分析方法同B1 区。B1 区共布置8 个沉降板观测地表沉降，
于2010 年5 月22 日开始正式加载抽真空，2010 年6 月20
日真空度达到恒载，2010年9月4日卸载，恒载时间达106天。
B1 区沉降板的“平均沉降量~ 时间”曲线如图2：
2.1 双曲线法预测
双曲线法沉降分析认为沉降量与时间按双曲线递减
[1]，其基本沉降量-时间关系式：
（1）
式（1）中：S0―拟合起始点t0 时刻的沉降量；
St―拟合曲线上t 时刻对应的沉降量；
t― 拟合曲线上任意时间；
α、β―待定系数
。
将式（1）改写为如下形式
：
（2）
由式（2）可以看出，α和β分别为
关系图中的截距和斜率，据此可以
通过线性回归方程求出。
最终沉降量可用下式求得：
（3）
2.2 指数曲线法预测
沉降分析采用指数曲线法时，认为沉降过程是按指数
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曲线规律变化，其基本沉降量-时间关系式：
（4）
式（4）中：S0―拟合起始点t0 时刻的沉降量；
St―拟合曲线上t 时刻对应的沉降量；
t― 拟合曲线上任意时间；
a、b―待定系数。
令，将式（4）对t 求导后，写成增量
的形式为：
（5）
对式（5）两边取自然对数，并令
可得：
（6）
在实测沉降曲线上确定拐点值和点，
对这些点进行线性拟合，并利用最小二乘法求出参数A、B，
进而求出a、b。且当时，最终沉降量为。
2.3 B1 区沉降预测分析
根据恒载期的沉降数据利用双曲线法预测：选择2010
年6 月20 日恒载时刻(30d) 的沉降量和时间作为双曲线法
表达式中的(t0，S0)，从时刻t0 开始的实测沉降数据(t，St)
共有22 个，为了对双曲线预测效果进行检验，选取前20
个沉降数据(33d~98d) 参与建模，预留后2 个实测数据(102d
和106d) 用于预测检验。
由双曲线法沉降量-时间关系式（1），根据B1 区平
均沉降数据，计算得双曲线拟合模型参数为：α=0.1884，
β=0.0024 且相关系数R=0.9879，满足大于0.9 的要求。
双曲线模型表达式为：
（7）
利用式（7）对B1 区进行沉降预测，双曲线法拟合/
预测曲线与实测曲线对比如图3：
图3 B1区双曲线法拟合/预测曲线与实测曲线
同样选择B1 区恒载期的平均沉降数据，利用指数曲
沉降预测
方法
拟合标准差
(mm)
相关系数
R
显著性检验
F
期数
残差
(mm)
相对误差
(%)
最终沉降量
S ∞ (mm)
双曲线±0.008 0.9879 730.329 21 期6.0 1.01 804.622 期6.3 1.06
指数曲线±0.105 0.9451 159.307
21 期-1.1 0.18 711.722 期-1.5 0.25
表1 两种沉降预测分析结果对照表
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线法进行沉降预测分析，选取前20 个沉降数据(33d~98d)
参与建模，预留后2 个实测数据(102d 和106d) 用于预
测检验。由以上公式可知，B1区平均沉降数据拟合的线
性回归方程参数为，A=1.9411，B=-0.0141 且相关系数
R=0.9451， 满足大于0.9 的要求。由此计算出指数曲线模
型的参数为a=323.6558，b=70.9220。
指数曲线模型表达式为：
= （8）
利用式（8）对B1 区进行沉降预测，指数曲线法拟合
/ 预测曲线与实测曲线对比如图4：
图4 B1 区指数曲线法拟合/ 预测曲线与实测曲线
由表1 可知：
（1） 双曲线法拟合标准差±0.008mm， 相关系数
R=0.9879， 显著性检验F=730.329 。根据自由度n1=1、
n2=20-2， 显著水平0.01， 查F 分布表得临界值
，F =730.329>7.64， 说明拟合有效，其结果可用于沉降预
测分析。双曲线法推测B1 区软土地基的最终平均沉降量
S ∞ =804 .6mm。
（2） 指数曲线法拟合标准差±0.105mm， 相关系
数R=0.9451， 略小于双曲线法的0.9879， 显著性检验
F=159.307。根据自由度n1=1、n2=20-2，显著水平0.01，
查F 分布表得临界值，F=159.307>7.64， 拟合
有效。指数曲线法推测B1 区软土地基的最终平均沉降量
S ∞ =711 .7mm。
（3） 从21、22期的校核情况看，双曲线法的残差和
相对误差均大于指数曲线法，即就本例B1 区沉降数据来说，
指数曲线法的预测结果较为可靠。
3 结语
（1） 本文分别用双曲线法和指数曲线法对温州永兴
北园软土地基处理进行沉降拟合预测，拟合相关系数、显
著性检验均满足规范要求，可以用于沉降预测分析。
（2） 就两种方法的残差和相对误差而言，指数曲线
法较双曲线法略小。根据现场情况，经综合分析，本文倾
向于指数曲线法的预测结果。即B1 区软土地基的最终平均
沉降量将为S ∞ =711.7mm。
（3） 计算过程中，发现随着时间的推移，两种方法
的预测值与实测值之间的残差逐渐增大，相对误差也趋于
增大，说明双曲线法和指数曲线法更适用于中短期预测，
用于长期沉降预测时，会带来较大误差。
参考文献
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
