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【摘 要】随着我国高速公路建设的发展，越来越多的公路投入建设，而建设的质量却良莠不齐，其中，路基的沉降变形是造成事故的主要隐患。路基的变形控制是合理路基施工速度优化方案以及提高公路路基的施工质量和保证将来工程安全运行的主要内容。本文通过对于路基沉降的常见估算技术模型来定性的对比和分析。比如泊松模型、灰色模型以及遗传算法等等。通过本文的介绍能够对路基沉降的计算有所了解。
【关键词】高速公路；软土路基；沉降预测；地基处理；SFIA 方法
1．公路路基常见沉降预测方法介绍与优选
目前，关于路基沉降的预测方法有很多，但是泊松模型以及灰色模型和遗传算法和神经网络和三点法以及曲线拟合和经验系数等以及SFIA是比较常见的方法。
（1）泊松模型
泊松曲线是反应事物发展过程的一个数据模型，这一过程和荷载加载构件上以后逐步沉降以后的过程是十分一致的。泊松曲线有很多优点，比如，有界、单调增、不通过原点，曲线成s形以及灵敏度好等等，对于饱和和非饱和土，荷载加上之后，变形肌理虽然是不一样的，但是沉降的曲线都有一个初始的沉降，曲线模型能够良好的展现这个特点。但是使用这个模型技术进行计算的时候，应考虑实测数据应该是等时空距离的数据，而且像一般的数据观测一样，数据越多越好。
（2）灰色模型
灰色模型的方法是运用数学方法进行综合分析来对于信息不能完全提供的系统进行估算的技术。这个模型的基本思想是说，将和时间顺序有关联的数据按照规律加以组合，然后构成白色模块，按照规则将灰色模块提高白化，这个模型的特点是只要有不多的数据就能够进行建模，灰色预测是很重要的组成内容。其基本3 个环节为：模型识别(建模)、参数估计和预测。而参数估计是说的通过系统的过去行为组成的数据链条验算确定模型的下一步参数，被成为灰色逆向过程。这个理论是在路基的沉降观测和预测方面已经有很多运用，但是传统的模型仅仅能够用到等距离间隔和累加形成的具有明显指数规律的原始动态序列。
（3）遗传算法
遗传算法( Genetic Algorithms)是一种以达尔文的“自然进化论”和孟德尔的“遗传变异理论”为基础的全局随机搜索优化计算技术。它先将搜索结构编码为字符串形式，每个字符串称为个体，然后通过遗传算子（复制、杂交、变异等）对一组字符串进行循环操作，来达到进化的目的。
（4）神经网络法
神经网络(Neural Networks)方法仿照生理神经网络结构的非线形预测模型，通过对模式的识别进行学习，应该这个预测模型可以对于路基沉降和人工神经网络比较强的非线性映射能力进行判断，具体说来就是，运用神经网络组成沉降影响参数与沉降之间的关系数据模型，然后通过待测点的实测数据录入到已经组织好的网络中，能够得到预测的沉降值。这个模型的优势在于能够处理比较复杂的问题，但是他目前还不能处理和解释预测的结果。
（5）三点法
采用实测路基的3 点时间和对应沉降值，根据路基平均固结度的计算公式，预估路基的沉降值。
（6）曲线拟合法
这种方法是一种经验方法，即采用与沉降预测曲线相似的曲线进行拟合，然后外延求出后期沉降量。这种方法的原理不强，理论不是很明确，因此预测精度也不是好，而且会由于观测时间不足而造成无法推算，但是由于这种方法比较简单，所以才在工程中得以运用，也具有一定的实用性。
（7）经验系数校正法
经验系数校正法分析模式简单，将理论计算与实际工程经验数据紧密结合，预估地基沉降量。其计算结果的可靠性很大程度上取决于沉降系数的选取。
（8）SFIA 方法
这个方法是有我国北京勘察设计研究院通过长期的天然地基变形的观测与分析。用大量的数据进行验证，并已经在实际的工程中进行大量运用的技术。这个软件已经经过20多年的研究所得到的。经过北京市科学技术委员会的验证，已经被我国建设部列为重点推广的技术。而相对于以上论述的各种方式方法，它具有的特点有，能够简便实用的建立压密与剪切非线性应力–应变模型，以此作为计算地基非线性的模型基础。其次需要考虑基础刚度的时候，采用地基与基础共同作用的原理来进行分析和判断，考虑基础刚度和沉降的调整，因此可以将沉降的数据分布估算的接近实际沉降量。第三，分析具有可靠性，对于大量的数据的观测进行验算，获得修正系数，第四，采用多个荷载阶段计算，然后进行计算总沉降量，因此说明了不同荷载阶段的土非线性特性。
2．西铜高速公路工程实例
（1）工程概况
工程从五环路化工路立交开始，沿线有村庄河流农田林地和鱼塘等，不仅有各种地质条件，也有软土性质，全线以高填方路基为主要特点，是比较复杂的施工工程之一。因此为了保证工程质量，进行施工阶段和工后变形检测以及沉降估算。
（2）路基土质概况
厚0.30～4.30 m 人工填筑土层（Qme），（房渣土（A）、低液限黏土填土（CL）、高液限黏土填土（CH）及低液限粉土填土（ML））。人工填筑土层以下局部分布有厚薄不等的新近沉积层（Q4al+pl），人工填筑土层以及新近沉积层下部是第四纪沉积层（Qal+pl），其中含有低液限黏土CL、低液限粉土ML、高液限黏土CH、含有机质高液限黏土CHO、含细粒土砂SF、粉土质砂SM 及级配良好砂SW等。
（3）路基沉降监测与最终沉降计算
对比CFG桩和符合载体桩等加固处理路基对变形有控制意义。对桥头路基检测，高填方含地质夹层、孔隙比较大、鱼塘路段等等进行表面沉降变形检测，最终沉降采用SFIA计算，最终根据实测数据进行修正。将所得沉降数据减去施工完工实测沉降值，获得工后沉降。
3．结语
通过本文的梳理，可以总结预估路基沉降的主要方法有三类，第一类是对于路基的土样做实验得到相关的第一手实验数据，同时经过计算机的模拟计算来获得沉降量，第二类是对运营过程中的沉降数据进行观测和分析获得沉降规律，来预测沉降量。第三类是将第二类和第一类进行结合，通过实验数据和计算模型等等，最后综合考虑成为路基的沉降。这三类技术在工程实践中是常见的技术，而SFIA也是我国常用的技术手段，在工程实践中常常获得良好的效果。值得学习和借鉴来借鉴实际问题。
参考文献：
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[3]冯震, 祝海涛, 熊仲华. 泊松模型预测路基沉降[J]. 华东地质学院学报, 2003, 26(4): 364–366.
论文作者:任全全
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/14
标签：路基论文; 模型论文; 数据论文; 方法论文; 神经网络论文; 曲线论文; 工程论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;