摘要：在公路建設(shè)過程中，路基的穩(wěn)定和沉降是公路建設(shè)成敗的關(guān)鍵。搞好沉降觀測工作，不僅對路基填筑的進(jìn)度和施工工藝提供合理化建議，保證路基填筑的安全，還為特殊路基處理的合理性做出設(shè)計(jì)驗(yàn)證和評價，也為公路設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參數(shù)與優(yōu)化。但是，觀測沉降值的取得常會受到多種因素的干擾產(chǎn)生異常值。本文主要結(jié)合臨海高等級公路的沉降觀測的實(shí)際工作，對如何在獲取了可靠的沉降觀測數(shù)據(jù)后、通過觀測異常數(shù)據(jù)的分析判別，選擇最適合的沉降值計(jì)算的方法，完成沉降值的計(jì)算。
關(guān)鍵詞：沉降觀測數(shù)據(jù)；異常數(shù)據(jù)；判別準(zhǔn)則；因素分析；沉降計(jì)算
1.公路沉降觀測數(shù)據(jù)的獲取
1.1 公路建設(shè)中沉降觀測的目的
通過觀測可以達(dá)到以下四個目標(biāo)：根據(jù)現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)調(diào)整填土速率，及時發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)先兆，以確保路堤填筑施工的安全和穩(wěn)定；確定預(yù)壓卸載時間和結(jié)構(gòu)物及路面施工時間，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，提供施工期間沉降土方量的計(jì)算依據(jù)，預(yù)測工后沉降，使工后沉降在合理范圍內(nèi)，進(jìn)行信息化施工，并為同地區(qū)道路工程的施工提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
1.2 沉降觀測數(shù)據(jù)的獲取
目的明確后，就應(yīng)該根據(jù)某一工程的具體要求，制訂合理的觀測原則，選擇適合的觀測內(nèi)容、遵循并符合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、確定最佳觀測方案、控制量測過程誤差，從而獲取最為可靠的觀測數(shù)據(jù)。
量測過程的誤差主要取決于整個量測系統(tǒng)中被測量、參與測量的各環(huán)節(jié)和各種影響因素其誤差來源主要為：觀測者、工作儀器、外界條件的影響。誤差的類別包含系統(tǒng)誤差、偶然誤差、錯差。通過尋找誤差來源并對誤差性質(zhì)做研究和分析，達(dá)到削弱或減少系統(tǒng)誤差和偶然誤差、杜絕和消除錯差的目的。
2.沉降觀測異常數(shù)據(jù)的分析判別
2.1 引言
獲取了符合相應(yīng)要求的沉降觀測數(shù)據(jù)，其本身的可靠性只能說基本得到了保證。但對數(shù)據(jù)的可靠性分析并為結(jié)束。對這些沉降觀測數(shù)據(jù)（尤其對異常數(shù)據(jù)）是否就是實(shí)際沉降的真實(shí)反映，還需要一個真?zhèn)伪鎰e的過程。當(dāng)觀測值判斷為異常時，可能就是險(xiǎn)情的信號，可能是觀測的粗差、更有可能是沉降觀測標(biāo)志的工作異常、或是其他相關(guān)的未知因素所引起的結(jié)果。所以，對異常產(chǎn)生的原因要做出準(zhǔn)確的分析與判別。
監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，產(chǎn)生的原因主要有兩種：一是監(jiān)測系統(tǒng)不正�；虮O(jiān)測作業(yè)錯誤；二是被監(jiān)測部位的工作狀態(tài)發(fā)生變化或結(jié)構(gòu)受到破壞。前者常采取重測、測值修正或更換儀器等辦法處理。后一種情況應(yīng)及時查明情況，利用專家系統(tǒng)或?qū)＜以u判，并采取一些必要的應(yīng)急措施。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，異常分析判斷應(yīng)首先考慮沉降標(biāo)志的因素。
2.2 數(shù)據(jù)異常的判別準(zhǔn)則
判別監(jiān)測的沉降數(shù)據(jù)是否是土體真實(shí)沉降，首先要建立判別的準(zhǔn)則。經(jīng)過判別準(zhǔn)則篩選掉確認(rèn)為監(jiān)測異常的數(shù)據(jù)，才可進(jìn)行下一步的異常原因分析。常用的判別準(zhǔn)則有：時空評判準(zhǔn)則、力學(xué)規(guī)律評判準(zhǔn)則、模型評判準(zhǔn)則、監(jiān)控指標(biāo)評判準(zhǔn)則、關(guān)鍵問題評判準(zhǔn)則和日常巡視評判準(zhǔn)則。為保證路基沉降穩(wěn)定與安全監(jiān)測工作的萬無一失，根據(jù)公路施工的特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，采取綜合應(yīng)用監(jiān)控指標(biāo)和模型預(yù)報(bào)值作為異常值的評判準(zhǔn)則。
2.3 異常數(shù)據(jù)分析方法
由于被監(jiān)測的物理量的產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，且各測點(diǎn)之間的內(nèi)在連續(xù)不完全明確，用通常的方法實(shí)施這種系統(tǒng)分析，很難獲得有效的結(jié)果。目前有比較成熟的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，分別是灰色關(guān)聯(lián)分析法[1]和因素分析法[2]。
通過上述兩種判別方法，可認(rèn)定是巖土體異常還是監(jiān)測系統(tǒng)異常。若為巖土體異常，則應(yīng)及時進(jìn)行預(yù)報(bào)，并進(jìn)一步查明產(chǎn)生的原因，同時采取相應(yīng)的安全措施，增加觀測頻率，為可靠性的檢查帶來更積極得效果；若為監(jiān)測系統(tǒng)異常，則通過重測、檢查沉降標(biāo)志異常的方法預(yù)壓解決。
2.4 沉降觀測資料完整性補(bǔ)充
造成資料不完整主要有觀測點(diǎn)破壞和觀測點(diǎn)號記錄錯位主客觀兩方面。
為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，需要對測點(diǎn)缺失的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的插補(bǔ)估值。由于公路沉降觀測點(diǎn)布置相距一般在100～300米，有的同一斷面上分左、中、右埋設(shè)，在采用數(shù)學(xué)模型插補(bǔ)數(shù)值時，宜看作是空間分布的結(jié)構(gòu)物，而不是單一的現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)。也就是說沉降觀測數(shù)據(jù)同時具有時效性和結(jié)構(gòu)性�；谶@樣的特點(diǎn)，充分利用相鄰點(diǎn)間存在的關(guān)聯(lián)性，對數(shù)據(jù)間存在的某種必然聯(lián)系，可借助于因素分析法能夠用較少的關(guān)鍵因素來描述。各觀測變量的相互關(guān)系因素與被監(jiān)測體的整體特點(diǎn)，通過對觀測值的多次擬合操作，可以得到缺失測點(diǎn)的高精度的近似值，從而對缺失點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。
3.沉降計(jì)算方法的選擇與應(yīng)用
在軟土地基上建筑高等級公路，一項(xiàng)重要的內(nèi)容就是進(jìn)行沉降量的預(yù)測和計(jì)算。前期工作中可靠的觀測數(shù)據(jù)能夠使沉降計(jì)算的精度大大提高，在可靠性分析過程中，采用的數(shù)學(xué)模型預(yù)報(bào)值作為異常值的評判準(zhǔn)則時，同樣需要進(jìn)行精度盡可能高的沉降計(jì)算，目前關(guān)于沉降計(jì)算的方法很多，由于固結(jié)理論的假定條件和確定計(jì)算參數(shù)試驗(yàn)方面技術(shù)上的問題。使計(jì)算理論值和實(shí)測值有較大的出入。較多采用的是基于實(shí)測沉降數(shù)據(jù)的各種曲線和基于數(shù)學(xué)模型的預(yù)測計(jì)算方法。曲線擬合法包括指數(shù)曲線法、雙曲線、Asaoka曲線法、泊松曲線法等；基于數(shù)學(xué)模型的預(yù)測計(jì)算方法有時間序列法、灰色預(yù)測法等。
在實(shí)際應(yīng)用中，不是所有的方法都是適用的，能滿足建模的需要的。對某一點(diǎn)來說可能是有效的，但對另一測點(diǎn)就不一定合適。因此，需要對模型的適用性做檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的辦法可以從兩方面考慮：一是對得到的模型，可用另一組數(shù)據(jù)去驗(yàn)證模型的精度，看看是否可以接受；二是可采用這同一組數(shù)據(jù)對不同的模型進(jìn)行比較。
接下來將結(jié)合具體實(shí)例，通過驗(yàn)證各類模型的適用性，確定最適合的計(jì)算方法，完成沉降值的計(jì)算，并實(shí)現(xiàn)短期缺失觀測數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。
本文選取臨海高等級公路中的1個觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。
3.1 不同數(shù)學(xué)模型的適用性
3.1.1 原始觀測數(shù)據(jù)（略）
3.1.2 各觀測點(diǎn)部分測次上實(shí)測值和擬合值
3.2 采用適用的模型補(bǔ)充完整觀測數(shù)據(jù)
有了最適合的擬合數(shù)據(jù)的方式，就可以通過對測點(diǎn)資料缺失時段的兩端觀測數(shù)據(jù)，分別推算出缺失時段的沉降值，取兩個推算值的平均值作為最終成果。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，在觀測頻率、且荷載等外部條件基本相當(dāng)?shù)那闆r下，推算所用的實(shí)測數(shù)據(jù)的時段最少是補(bǔ)充數(shù)據(jù)缺失時段的3倍以上。這樣就可將短時段缺失沉降觀測資料補(bǔ)充完整了。
參考文獻(xiàn)：
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