昆明新機場巖溶漏斗地基處理試驗研究

任佳麗，姜志全，龔 泉

（長江水利委員會長江科學院 巖土重點實驗室 武漢 430010)

0 概述

昆明新機場場區地處由灰巖、白云巖、白云質灰巖、泥質灰巖、灰質白云巖、粉晶灰巖泥質白云巖等組成的碳酸鹽類巖石廣泛分布區，且位于分水嶺地帶，總體地勢較高，多為地下水補給—逕流區域。碳酸鹽類巖石單層厚度較大，節理、裂隙發育，在長期強烈的風化剝蝕和水作用下，易形成一定的巖溶形態[1]，這些巖溶形態主要為地表大面積存在的溶蝕洼地、漏斗及地下溶（孔）洞等。飛行區巖溶漏斗分布情況及發育密度見表1。

表1 巖溶漏斗發育密度統計表

巖溶問題是昆明新機場地基處理的主要問題之一,若處理不當勢必引起后期的沉降過大、沉降分布不均勻和地基穩定性不能滿足要求。本文選擇有代表性的試驗區進行不同設計方案的地基處理,并對處理前后的試驗區進行原位波速測試、標準貫入度試驗、載荷試驗等研究，分析各種處理方案的加固效果，提出適合整個場區巖溶漏斗的處理方案，為類型工程提供可靠的經驗。

1 試驗段選擇和處理方案

選擇飛行區西南部(坐標 X595441.8,Y2780383.6)Kh414漏斗進行巖溶漏斗處理試驗研究。該漏斗底部較為平坦，充填物為紅色粘土，面積3826.45 m2，周長243 m，長軸長度89.3 m，短軸長度45.1 m，最低點高程2 062.7 m。根據填充物的分布厚度進行不同夯擊能的墊層強夯試驗研究。

巖溶漏斗填充物的物理力學特性指標見表2所示。各項物理性質指標的差異系數分布在0.004～0.178之間，說明該漏斗試驗小區各項物理性質指標的差異性較小。根據流限指標可判斷該漏斗填充物主要為紅粘土或次生紅粘土。

巖溶漏斗處理試驗首先清除表層耕植土，鋪設2.0 m碎石墊層，墊層料采用取土區開挖的孤石經解爆后的級配石料。由于巖溶漏斗的相對高差較大，在施工中先開挖3級臺階后強夯，試驗參數見表3所示。

表2 巖溶漏斗填充物物理力學特性指標

表3 強夯置換法處理巖溶漏斗試驗參數表

2 巖溶漏斗檢測

現場施工于2007年5月14開始，至2007年7月14日完成。試驗檢測分為處理前和處理后。處理前試驗檢測于2006年12月16日開始，至2006年12月29日完成；處理后試驗檢測于2007年7月19日開始，至2007年8月10日完成。

2.1 處理前后的波速測試

在巖溶漏斗QD1區、QD2區、QD3區強夯處理前后分別進行1孔波速測試。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001）規定，采用土層的等效剪切波速劃分場地類別[2]。土層的等效剪切波速按式Vse=d0/t ，t=∑(di/Vsi)計算。根據等效剪切波速，土層的等效剪切波速和場地土類型如表4。

由表4看出：根據等效剪切波速判斷標準，QD1區、QD2區、QD3區處理后的地基土的軟硬程度有明顯提高，尤其是QD3區，地基土由處理前的中軟場地土變為處理后的中硬場地土。

表4 處理前后波速測試成果表

2.2 處理前后標準貫入試驗

在巖溶漏斗QD1區、QD2區、QD3區強夯處理前后分別進行標準貫入試驗,試驗成果如表5所示，QD1區處理前后的標貫擊數-深度關系圖如圖1所示。

表5 處理前后標貫擊數統計表

試驗表明：隨著深度的增加，土層的標貫擊數均有相應的增加；處理后的標準貫入擊數較處理前有較大幅度的增加；夯擊能量越大，其處理效果越明顯。

圖1 QD1區標貫擊數-深度關系圖Fig.1 Diagram of N-Z of spt on QD1 area before and after the treatment.

2.3 處理后的載荷試驗

巖溶漏斗處理試驗小區進行處理后載荷試驗3點。載荷試驗成果如表6和圖2所示。根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007－2002）規定[3]，巖溶漏斗試驗小區強夯法處理后的極限荷載為640 kPa；地基承載力特征值為320 kPa；變形模量在11.87～15.47 MPa之間，平均為14.1 MPa；比例界限相應沉降量在6.4～8.8 mm之間，平均為7.5 mm；極限荷載相應沉降量在28.32～38.26 mm之間，平均為32.1 mm。

圖2 QD1強夯處理后載荷試驗P-S曲線圖Fig.2 Curve of P-S of loading test on QD1 area after the treatment.

表6 處理后載荷試驗成果表

試驗結果表明：經過不同夯擊能的墊層強夯處理后，巖溶漏斗小區的地基承載力特征值均能達到了320 kPa。說明采用墊層強夯法處理巖溶漏斗小區的效果明顯，三種不同夯擊能的墊層強夯處理后的地基承載力均能滿足設計要求。但QD3區處理效果略差于QD1區和QD2區，其主要原因是QD3區夯擊能低于其它兩個區域。

2.4 小結

從巖溶漏斗處理前后波速測試、標準貫入度試驗成果分析得知：QD1區強夯處理后，地基土剪切波速較處理前有所提高，在12.0 m深的范圍內標貫擊數有較大增加；QD2區強夯處理后，地基土剪切波速較處理前有所提高，在9.0 m深的范圍內標貫擊數有較大增加；QD3區強夯處理后，地基土由處理前的中軟場地土變為處理后的中硬場地土，但影響深度不如QD1區和QD2區。

綜合考慮工程造價、工期等因素，覆蓋層厚度在10.0 m以內的巖溶漏斗建議采用3 500 kN·m夯擊能、4.0 m夯距、兩遍點夯加一遍滿夯的強夯方式進行處理。

3 結論

(1) 巖溶問題是昆明新機場地基處理的主要問題之一，巖溶漏斗發育密度高達11.9個/km2，若處理不當勢必引起機場運行期的沉降問題和地基穩定性問題。

(2) 根據現場剪切波速試驗、標準貫入度試驗、載荷試驗的原位測試結果可知：采用3 500 kN·m、4 500 kN·m 夯擊能的強夯置換法處理巖溶漏斗區紅粘土填充物效果較明顯，采用2 500 kN·m夯擊能的效果略差。綜合考慮造價、工期等因素，建議本場區覆蓋層厚度在10.0 m以內的巖溶漏斗采用3 500 kN·m夯擊能、4.0 m夯距、兩遍點夯加一遍滿夯的強夯方式進行處理。

(3) 本次巖溶漏斗試驗僅僅進行了波速、載荷、標準貫入度測試，其處理后地基的變形特性有待通過長期變形觀測來進行檢驗。

[1]王亨林，趙躍平. 昆明新機場巖溶發育特征和規律[J]. 云南建筑,2010，8(4)：101-108.

[2]中華人民共和國建設部. GB50011－2001建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[3]中華人民共和國建設部.GB50007－2002建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.