機場跑道真空聯合堆載預壓技術研究

袁 鴻 （中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 引言

在我國東部沿海地區存在著大量的軟土地基，軟土層厚度普遍在20m～30m之間[1]。在該地方修建機場，最大的困難就是要克服機場飛行區下的軟土地基問題，減少工后沉降量，確保飛機起降安全。軟基處理技術發展到現在為止，已經有很多的比較成熟的施工工藝，像水泥攪拌樁、強夯法、換填墊層+土工格柵結合沖擊壓實法、堆載預壓排水固結法、真空預壓排水固接法等。針對機場飛行區這種大面積的軟土地基處理，水泥攪拌樁法成本太高，強夯法及換填法處理深度不夠，堆載預壓排水固結法工期太長，真空預壓排水法固結法由于真空度在傳遞過程中損失極大，加固質量無法保證。因此，本文以德清莫干山機場跑道建設為例，結合真空預壓和堆載預壓的優點，形成真空聯合堆載預壓施工方法，該方法既縮短了工期又提升了加固效果[2]。

2 工程概況

德清莫干山機場飛行區等級為1B，采取目視飛行。建設內容包括跑道、站坪以及兩條與跑道相連的垂直聯絡道等，工程占地面積約21萬m2。

該機場位于湖州市德清縣雷甸鎮。場地為堆積地貌沖積湖積平原，場地內分布有大量水塘。其主要地基土物理力學指標及相關參數如表1所示。

根據工程勘察報告顯示，該場地的主要特點：

①淤泥層深厚，淤泥質粉質粘土厚度達30m，土層壓縮性高，在回填土和飛機荷載作用下工后沉降大；

②現場現狀分布有大量水塘，塘底水系連通，必須先行將水塘進行處理后方可進行下一步地基處理；

③飛行區內現狀地勢較低，平均只有1.8m，結合地基沉降考慮，與場地設計標高相差2.7m，后期場地回填需要大量宕渣，同時該部分宕渣作為附加荷載，加劇了工后沉降。

3 軟基處理方案

考慮機場后期填土較多，堆載預壓填料不卸載，用于場地土方回填，堆載高度對工程造價影響不大，決定采取真空聯合堆載預壓施工技術處理該軟土地基。處理方式如圖1所示。

圖1 地基處理標準剖面圖

根據地質資料，③-1淤泥質粉質粘土層承載力特征值為55kPa，而3.5m高填土荷載約為63kPa，超過天然地基容許承載力，故需分級堆載。加載步驟及加載曲線分別見表2及圖2。

3.1 主要工藝流程

圖2 加載曲線圖

圖3 真空聯合堆載預壓施工工藝流程圖

真空聯合堆載預壓的主要施工順序如圖3所示。

3.2 真空預壓

3.2.1 平整場地

全部跑道區域按標高1.8m進行平整處理。對范圍內的溝塘進行抽水、清淤、回填，對較高的田埂進行推平，并清除范圍內的地表耕植土、雜草及樹根等雜物。推平后的場地由中間往兩側放坡，并在四周挖好排水溝，也可利用壓膜溝進行排水。

3.2.2 攤鋪砂墊層

先鋪30cm砂墊層作為工作面，由于近年政府加大環保力度，禁止開采天然砂礫石，故排水墊層材料采用中粗砂墊層，墊層要求有良好的滲透性，滲透系數不低于10-2cm/s，含泥量不超過3%，粒徑為0～5cm。為避免土工膜被刺破，需將表層樹枝、貝殼及尖棱石子等清除干凈。

主要地基土物理力學指標及相關參數 表1

真空堆載聯合預壓時間及荷載表 表2

監測儀器數量、方法和頻率 表3

3.2.3 排水板插設

排水板為C型板，寬度×厚度為10cm×0.45cm，等邊三角形布設，間隔1.2m。排水板打入土中18m深，頂端留有40cm并橫向埋入膜下30cm的中砂墊層內。插板機拔出時，所帶出的泥土需用中粗砂回填密實以減少真空度損失。排水板打設如圖4所示。

3.2.4 布設監測點

分別在跑道區域布置沉降板、真空表、水位管和孔壓觀測孔，孔壓孔內按3m間隔埋入孔壓計（從地表下3m開始布置），并在中間布置水位觀測管，各監測儀器數量、方法和頻率見表3。

3.2.5 鋪設濾水管

真空濾水管管徑ф60mm，濾水孔直徑ф6mm，孔間距5cm，呈三角形或梅花形布置，管外包裹一層80目尼龍網，外層包裹土工布一層。濾水管水平均勻鋪設，排距7m，最外層濾水管距真空預壓區邊線2m，濾水管之間用鋼絲軟管連接，連接要牢固，連接處需密封。跑道一側預留接口，以便與膜外管路相接。

3.2.6 鋪設真空膜

真空膜從上至下依次為：1層400g/m2長絲無紡布、3層PVC密封膜、1層150g/m2編織土工布＋1層400g/m2長絲無紡布。密封膜采用聚氯乙烯塑料薄膜加工而成，抗拉強度：縱向≥18.5MPa，橫向≥16.5MPa。每邊大于真空預壓區6m，埋入四周開挖的壓膜溝內，膜上覆土1m左右。真空膜鋪設如圖5所示。

3.2.7 安裝并調試真空泵

每1000m2配置一套真空泵。真空泵安裝好后，先進行試抽，檢查機械運行狀態、真空系統的密封情況等。真空泵設備如圖6所示。

3.2.8 抽真空

真空抽吸運行過程中，持續不斷觀察膜下真空度，要求膜下真空度≥80kPa，如果真空度不夠，應檢查膜與管路系統的密封情況、密封膜破裂漏氣情況，以及真空裝置的運行情況，并采取補救措施。抽真空總時間為92天。

3.3 分層堆載預壓

抽真空滿30天后堆載0.5m厚中粗砂墊層以保護密封膜，然后分層堆載2.7m的碎石土。每層檢測壓實度，壓實度符合要求后方可堆載下一層，直至全部堆載完成。三級荷載共存62天。

4 監測結果

①實測最大地表沉降計-1018mm，110天后沉降趨于穩定。

②通過孔壓計觀測，120天后平均應力固結度為88%，大于設計的應力固結度80%。

③加載50天后地下水位下降趨于穩定，累計下降5m。

圖6 真空泵安裝調試施工圖

④開始抽真空后，真空度在24h內增加到60kPa，預壓期間，平均真空壓力在85kPa，大于設計要求的80kPa。

5 施工檢測

地基處理結束后，在具有代表性的真空預壓分區分別進行了平板靜載荷試驗，現場十字板剪切強度檢測，鉆孔取土檢測，靜力觸探檢測以及壓實度檢測。

5.1 靜力觸探

靜力觸探的側阻和端阻統計值見表4。

由表4可知，地基處理后跑道區域淤泥質粉質粘土層的端阻標準值提高了20%，側阻標準值提高了20%。

5.2 原位十字板剪切

地基處理后跑道區域③-1淤泥質粉質粘土層十字板原狀土剪切強度統計表見表5。

由表4可知，地基處理后跑道區域淤泥質粉質粘土層的十字板原狀剪切強度為31.95kPa。滿足設計要求。

地基處理前后跑道區域雙橋靜探統計值對比表 表4

地基處理后跑道區域原位十字板強度統計值 表5

地基靜載荷試驗匯總表 表6

P-S曲線和S-lgt曲線圖 表7

飛行區跑道區域③-1淤泥質粉質粘土層各項指標統計值 表8

5.3 地基靜載荷試驗

根據對跑道區域#PB1地基測點進行慢速維持法靜載試驗，得到了荷載與沉降數據，并將上述數據繪成P-S曲線和S-lgt曲線。#PB1測點的試驗數據見表6，曲線圖見表7。

從圖表和曲線可以看出：

跑道#PB1測點按規范加載到第二級荷載40kPa時，承壓板累計沉降量為0.88mm；當加載到第十級200kPa時，承壓板累計沉降量為24.78mm。整個加載過程中，P-S曲線和S-lgt曲線均正常，沉降速率穩定，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011），跑道#PB1測點的地基極限承載力可達200kPa，符合設計要求[3]。

5.4 鉆孔取土和室內土工試驗

地基處理后飛行區各區域③-1淤泥質粉質粘土層的含水率、濕密度、比重和孔隙比等物性指標以及固結快剪粘聚力和摩擦角等強度指標統計值，見表8。

由表8可知，地基處理后跑道區域淤泥質粉質粘土層含水率降低了9%，密度增加了3.0%，顆粒比重基本不變，孔隙比降低了16%，粘聚力增加了17.1%，內摩擦角增加了14.1%。

5.5 壓實度檢測

在塘渣回填的過程中，對跑道區域進行了22批次共124點壓實度檢測，各點壓實度均滿足設計要求。

6 結論

①真空聯合堆載預壓技術中堆載預壓彌補了傳統真空預壓真空度損失大的缺點，而真空預壓解決了機場大面積堆載預壓土方的卸載問題。同時，真空預壓水平鋪設的真空管可起到一定的加筋作用，減少不均勻沉降。

②本技術符合綠色施工要求，施工效率高，方便無污染，然而軟土的固結是一個漫長的過程，真空卸載后土體還在慢慢地變化，可能還存在欠固結的情況，仍需通過進一步實踐深入研究，發掘其廣闊的應用空間。