瞬時沉降

瞬時沉降為載入過程中，土體來不及排水，而由地基形狀的變化引起的附加沉降。目前，對於主固結沉降、次固結沉降研究得較多。但對瞬時沉降的研究卻相對較少，現在瞬時沉降計算方法主要有：根據土體的不排水變形模量計算的線彈性理論法；應力路徑法；根據三軸不排水試驗的歸一化曲線進行計算的方法。

基本介紹

• 中文名：瞬時沉降
• 外文名：Instantaneous settlement
• 學科：土木工程
• 領域：建築
• 分類：主、次固結沉降、瞬時沉降
• 計算方法：線彈性理論法；應力路徑法等

簡介

軟基沉降變形隨時間可以分為瞬時沉降、主固結沉降、次固結沉降。瞬時沉降為載入過程中，土體來不及排水，而由地基形狀的變化引起的附加沉降。目前，對於主固結沉降、次固結沉降研究得較多。但對瞬時沉降的研究卻相對較少，現在瞬時沉降計算方法主要有：根據土體的不排水變形模量計算的線彈性理論法；應力路徑法；根據三軸不排水試驗的歸一化曲線進行計算的方法。其中只有應力路徑法可以考慮載入方式和載入速率的影響，但又過多地依賴室內試驗，在工程中套用很不方便。

在工程設計中，一般是用固結沉降乘以一定的修正係數來考慮瞬時沉降及其他因素的綜合影響，但由於各地軟土特性千差萬別，施工方式也不盡相同，修正係數過於籠統，給設計帶有較大的不確定性。許多地區都根據自身的具體情況建立起了一些適應不同條件的經驗公式，雖然這些公式不具有普遍性，但在解決本地區問題時無疑是較為適用的。

在海灘地區，會出現較其他地區更為特殊的情況，比如路基填筑前一般都要在兩側修築圍堰，並且每天各時刻潮水位變化也很大。根據廈門某濱海大道路基變形監測資料，綜合考慮以上因素，對瞬時沉降變形進行分析。

場區土性及軟基變形原位監測

由於經濟的發展，廈門開始了海灣型城市的建設步伐，許多淺海地帶都成了開發區域。為了深入了解這一地區的軟基變形特性，對該區域一條道路路基變形進行了全面監測。該工程為城市I 級主幹道，同時兼有旅遊觀光的功能。工程分兩期，其中，一期路面長5.85 km，設計寬度為52 m。淤泥層厚度為0.5～19.0 m，具有高壓縮性、低強度、低透水性等特點。

依據試驗路段的研究成果，針對不同的淤泥厚度採用兩種不同的地基處理方法，在淤泥厚度小於15 m 的地段，採用袋裝砂井超載預壓法；在淤泥厚度大於15 m 的地段及涵閘等構築物處，採用粉噴樁複合地基。路基處理前在兩側修築圍堰，圍堰和道路之間為反壓護道。原位監測每100 m 設定一個監測斷面，主要使用了沉降板、分層沉降、水位、孔隙水壓力、全斷面水平位移監測等手段。由於該路基大部分在海面下施工，因此在大多數斷面兩側都築有圍堰，而且路基常年受潮汐影響。

瞬時沉降分析

圍堰對瞬時沉降的影響

根據瞬時沉降的定義，瞬時沉降的大小可以由載入完成時的側移量直觀反映。圍堰的存在，大大限制了側向位移，減小了瞬時沉降。

有圍堰的側移量遠小於沒有圍堰的側移量。圍堰也改變了側向變形的圖形形狀，分別對有圍堰和沒有圍堰時最大水平位移與平均水平位移的關係進行統計，發現它們具有極強的線性規律，有圍堰時斜率較小，說明圍堰也使水平位移隨深度趨於均勻化。

圍堰還減小了沿斷面方向的差異沉降，由全斷面實測值可知：路基沿斷面的沉降曲線為鍋底形，許多內陸高速公路中心處的沉降為平均沉降的1.5倍，中心處的沉降為平均沉降的1.1 倍。

在一般情況下，路基長度方向遠遠大於寬度方向，其變形屬於平面應變。圍堰對路基側移的影響隨著其離路基距離的增大而迅速減小。考慮極限情況，假設路基土體被完全擠出，由於最大水平位移與平均水平位移之比小於2，水平位移將不超過路基寬度，因此可認為，當圍堰距離路基超過路基寬度時，將幾乎失去作用。為了定性地分析圍堰對側移量的影響，選取其他參數相近（如淤泥厚度、填土高度等）的斷面進行分析（這裡統計的斷面圍堰到路基的距離最大為20 m，最小為4 m），發現其影響趨於正切關係。

潮汐對瞬時沉降的影響

潮汐對軟基加固處理有明顯影響，潮汐對瞬時沉降的影響主要表現在潮汐的變化會引起路基中水位的變化，由於填土後軟基將發生沉降，因此位於水位以下部分填土將會增大，從而改變了附加荷載。通過對埋在路中的水位管進行全天候的監測，並與當地提供的相應地點的潮汐數據比較，發現道路中心水位變化與潮汐變化有密切關係，但幅值明顯比潮汐小，峰值的出現也不同步。以上現象是由圍堰及排水砂墊層的滲透速率決定的，當漲潮到達峰值時，引起的水位升高較小，潮水越過峰值而開始下降後，路中水位還會升高，但是由於海面水位已經降低了，因此路中水位不可能升到潮水的最大值，便開始下降；同理，路中水位也不可能降到潮水的最小值。

由於載入過程中地基沉降必然導致實際填土高度大於測量高度，因此實際填土高度為實測地表高程差值加上地基發生的沉降量。同時由於部分載入填土可能會低於水位線，因此對水位線以上的附加荷載計算時取天然重度，對水位線以下的附加荷載計算時取浮重度。水位線的確定可根據實際測得的水位取算術平均值。

瞬時沉降計算

由前面對瞬時沉降定義可知，推導瞬時沉降計算公式可以從水平側移入手。張誠厚等根據滬—寧高速公路的實測資料統計分析，提出水平側移與附加荷載、軟基厚度、荷載有效寬度成正比，與初始彈性模量成反比。

總結

根據廈門一海灘地區軟基處理實測數據，主要就圍堰和潮汐對瞬時沉降的影響進行了深入分析，建立了適合該類地區的計算公式。影響瞬時沉降的因素還有很多，如載入方式和載入速率，在這裡所用到的數據基本都可簡化為勻速載入，為了解決本地區特有的問題，沒有考慮載入方式和載入速率，以及軟基本身的尺寸效應問題，由於路基寬度相差不大，這裡同樣忽略了路基寬度的影響。同時由於只有一側有圍堰的斷面較少，沒有將該類問題單獨分析，如果將其和兩側有圍堰的情況分開考慮將更符合實際情況。因此，今後在這些方面還應該進行深入探討。