高速铁路复合地基沉降预测常用方法对比分析研究

摘 要：高速铁路路基的沉降控制与预测，是高速铁路建设中亟待解决的关键问题；本文通过几种常用的沉降预测方法，对某客运专线复合地基的沉降进行预测，并与实测数据进行了对比分析，指出了各种方法的适用性与优缺点，希望能给以后相似的工程问题提供参考。

关键词：沉降预测；曲线拟合；灰色理论；高速铁路路基

Summary: the control and prediction of high-speed railway subgrade settlement, the key issues to be solved in the high-speed railway construction; In this paper, several commonly used settlement prediction methods, a Passenger Line composite foundation settlement forecast and compared with the measured dataanalysis, pointed out that the applicability and advantages and disadvantages of the various methods, reference hope to give future similar engineering problems.Keywords: settlement prediction; curve fitting; gray theory; Speed ​​Railway Subgrade

中图分类号：U443文献标识码：A文章编号

一、引言

沉降实测资料中包含了工程的地质条件、荷载特点等信息，基于前期实测数据来估算后期沉降量及最终沉降量的预测方法，与理论计算、数值分析等方法相比具有简便、准确的优势。下面仅对常用的几种沉降预测方法进行对比分析。

二、常用沉降预测方法简介

1 曲线拟合法

1.1、双曲线法

双曲线法是假定路基填筑完成后的S与时间t按照沉降平均速率以双曲线形式逐渐减少的经验推导法，其表达式为

（2-1）

式中： 为时间t时的沉降量； 为最终沉降量； 为初期沉降量；a、b为待定系数。此方法参数较少，每个参数都有较为明确的意义，表达式也简单清晰，在工程中得到了较广的应用。

1.2、指数曲线法

指数曲线法是1959年曾国熙提出的，也是各规范中常见的一种方法。其理论依据为太沙基一维固结理论，土体平均固结度可表示为：，由平均固结度的定义代入上式，得出指数曲线法的表达式如下

（2-2）

式中： 为对应于时的沉降量；为最终沉降量；为参数。

1.3、Asaoka法

Asaoka[1]法是日本学者Asaoka.A提出的，理论基础为Mikasa[2]一维竖向固结理论，一维固结方程近似地用一个级数形式来表达固结的高阶微分方程，

（2-3）

式中 S 为总固结沉降量；，，…，以及均为取决于固结系数和土层边界条件的常数。方程可简化为： ，固定边界条件下上式的解为：

（2-4）

一维固结条件下，沉降曲线按照差分格式，步长取1的条件下： ，令，则当时间趋向无穷大时，，且有，可得到本级荷载下的最终沉降为：。

2 灰色系统法

灰色理论于1982年由邓聚龙[3]提出。一般采用GM（1，1）模型，以时间为单个变量。

为已知数据列，对应的时间序列为，对该数列进行一次累加得到序列：，对建立白化形式的微分方程：，方程的解： 然后确定k = 1, 2, 3,⋯, N - 1时的值：，进而得还原数列：根据最小二乘法 其中： ，得出：

（2-5）

灰色系统理论只需要提供较少的原始数据，检验方法多样，属于连续型预测方法，不仅可预测任意时刻的沉降量，也可以预测最终沉降量。

三、沉降及工后沉降预测实例分析

1 某客运专线路基工程概况

某客运专线路基地基采用载体桩复合地基加固处理：基底加固宽度30m，上部结构为钢筋混凝土板，厚0.5m、宽31m。填筑高度约2.2m，预压土高3.5m，于2010年7月20日填筑完毕，2010年10月10日铺轨。

2 沉降预测结果分析

根据以上介绍的四种常用沉降预测方法，按照《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》( 铁建设[2006]158号)[4] 中的要求，对本工点的实测沉降数据进行沉降预测，沉降拟合参数及结果见表3-1，沉降实测曲线及沉降预测拟合曲线见图3-1。

表3-1 四种沉降预测方法结果分析

图3-1 四种沉降预测方法对比分析

四 结 论

1、四种方法中指数法、Asaoka法的相关系数低于0.92的要求，双曲线法、灰色系统法的相关系数较高满足要求。

2、对载体桩复合地基而言，四种方法的最终沉降量预测值只有双曲线法比实测值大，其余的方法实测值均小于等于实测值；

3、四种方法得出的工后沉降量均满足小于15mm的规定，一般来讲双曲线预测的工后沉降较大，其它方法得出的工后沉降和实测值相比偏小。

总之，由于工程特性及地质条件的不同，每种沉降预测模型都有自身适用范围，对载体桩复合地基而言，双曲线法能够较好的预测其沉降发展规律，其它方法由于沉降及工后沉降预测值小于实测值而偏向不安全。

参考文献

Asaoka Akira．Observational procedure of settlement prediction[J]．Soils and foundation，1978，18(4)：87～101.

Mikasa M．The consolidation of soft clay,Civil Engineering in Japan[M]．Tokyo：JSCE，1965：21～26.

邓聚龙．灰色控制系统[M]．武汉：华中理工大学出版社，1988:343～347.

中华人民共和国铁道部．客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南( 铁建设[2006]158号) [S]．北京：中国铁道出版社，2006.