深圳機場軌道交通區改良土道床層試驗研究

李彥杰 張偉 馬馳 劉一鳴

（1.深圳機場（集團）有限公司，廣東深圳 518000；2.深圳市交通工程質量監督站，廣東深圳 518000；3.鐵科院（深圳）研究設計院有限公司，廣東深圳 518050）

隨著我國的城市建設得到了飛速發展，沿海和中部發達城市逐步出現了城市建設棄土處置問題。自2010年以后，深圳市建設棄土的數量大幅增加，而填海規模受到了控制，不得不規劃建設了棄土受納場，采用集中填埋的方式消納城市建設棄土。2015年至2018年，深圳新建受納場27座，總庫容9 320萬m3，但按照目前的受納量測算，新建受納場僅可以使用4年。建設棄土填埋處置的方法難以為繼，研究改良城市建設棄土，減少棄土處置總量十分迫切。

改良土已應用于道路基層、地基加固等方面。文獻[1-5]研究了水泥穩定土在道路底基層中的應用，總結了水泥穩定土施工控制要求。文獻[6]利用水泥改良土加固紅山嘴電廠二級電站前池地基，取得了良好的效果。文獻[7]針對橋涵臺背處常見的橋頭跳車現象，研究采用水泥穩定土作為臺背回填材料。文獻[8]針對安哥拉共和國LUENA機場跑道修復的試驗分析表明水泥穩定土用于機場跑道基層是可行的。

本文依托深圳機場T4航站區軟土地基處理工程開展現場試驗，介紹試驗段設計、施工方案，研究水泥改良土地基承載力、反應模量等物理力學性能。

1 概況

深圳機場T4航站區位于T3航站區的北側，占地面積約4.3 km2，擬建T4航站樓、衛星廳、停機坪、飛行聯絡道、配套設施等。場地原始地貌是海域、魚塘，后經無序回填形成陸域，地面高程（85國家高程）4～10 m，場地原始地貌及無序回填后地貌如圖1所示。場地內土體積約1 000萬m3，包含了素填土、雜填土、建筑垃圾等，場地內的回填土性質復雜，分布不均勻。如何利用和處理現場已有的雜填土，并能滿足工程的要求，是T4航站區軟基處理工程的關鍵技術之一。

圖1 場地地貌

結合深圳市棄土處置困難的實際情況，相比置換法，就地改良雜填土在工期、經濟上優勢明顯。因此，雜填土改良技術研究成果潛在的社會效益、經濟效益顯著。

2 試驗方案

試驗方案設計原則為：①試驗道床改良土層厚度均為1.0 m，分為上道床層（厚0.4 m或0.5 m）和下道床層（厚0.6 m或0.5 m）。②上下道床改良土層采用相同或不同配比。③改良土采用場內素填土，摻入水泥或碎石進行改良。

試驗共設計26種不同配合比的水泥（碎石）道床改良土層。試驗方案見表1—表3。水泥摻入量為水泥質量占全部干燥素填土質量的百分率，碎石摻入量為碎石體積占全部干燥素填土體積的百分率。

表1 道床改良土層試驗方案

表2 道床改良土層試驗方案

表3 道床改良土層試驗方案

3 現場試驗段施工

水泥改良土施工步驟一般主要包括材料選擇、拌和、攤鋪、碾壓。

1）材料選擇

選取場地內含水量較低的素填土，不得含有淤泥、污泥、有機質土或樹根、草皮等，控制填料顆粒最大粒徑不大于20 cm。水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。

2）拌和

水泥土采用改裝的鉤機齒耙翻拌，翻拌次數不少于8次，現場土按拌和水量W≤Wop+5%（Wop為最優含水量）控制。拌和均勻后，盡快運至攤鋪現場。

3）攤鋪

主要攤鋪機械采用平地機、推土機等，必要時采用人工與裝載機配合。要求水泥土分層填筑，各層虛鋪土厚度不大于0.3 m。

4）碾壓

壓實機械選用20～22 t的振動壓路機，碾壓遍數為先光面碾壓4遍+振動碾壓2遍+最后光面碾壓2遍。碾壓完成后場地見圖2。

圖2 碾壓完成后場地

4 試驗結果分析

為合理取得道床改良土層的質量控制指標，須采用多種測試手段檢測其物理、力學性質，分析其是否滿足機場道床層相關要求。測試內容包括地基承載力、反應模量、輕型動力觸探N10、重型動力觸探N63.5等原位測試和擊實試驗、無側限抗壓強度試驗等室內試驗。

道床改良土現場試驗除各試驗點填料配合比不同外，施工過程等基本相同。為更好地總結分析試驗結果，將各試驗點中具有相同配合比的道床層試驗結果作為整體統一處理。

4.1 擊實試驗

對不同配合比的改良土進行室內重型擊實試驗，得到其最大干密度。試驗結果見表4。

由表4可知：①對于水泥改良土，隨水泥摻入量的增加，水泥改良土最大干密度降低。②對于水泥碎石改良土，碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，改良土最大干密度基本不變；水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，改良土最大干密度隨之增大。

表4 不同配合比改良土最大干密度

4.2 無側限抗壓強度試驗

對不同配合比的改良土進行室內1 d和7 d無側限抗壓強度試驗，試驗結果見圖3。

圖3 不同摻入量改良土無側限抗壓強度

由圖3（a）可知：①水泥改良土1 d無側限抗壓強度約0.7～1.4 MPa，7 d無側限抗壓強度約1.5～2.2 MPa。②不同水泥摻入量的水泥改良土，7 d無側限抗壓強度均較1 d無側限抗壓強度有超過50%提高。③隨水泥摻入量增加，水泥改良土1 d和7 d無側限抗壓強度均不同程度增長。當水泥摻入量達到10%，12%時，水泥改良土7 d無側限抗壓強度基本不增長。

由圖3（b）可知：①水泥碎石改良土1 d無側限抗壓強度約1.4～1.6 MPa，7 d無側限抗壓強度約2.3～3.0 MPa。②水泥碎石改良土7 d無側限抗壓強度均較1 d無側限抗壓強度有超過50%提高。③保持碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，水泥碎石改良土1 d無側限抗壓強度基本不變，但7 d無側限抗壓強度有明顯增長。④水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，水泥碎石改良土1 d和7 d無側限抗壓強度基本不變。

4.3 壓實度試驗

分別對每個試驗點道床改良土的上下道床層進行干密度試驗。各相同配合比改良土的壓實度統一取平均值，試驗結果見表5。

表5 不同配合比改良土壓實度

由表5可知：①隨水泥摻入量增加，水泥改良土壓實度增加；而當水泥摻入量到8%后，壓實度達到最大96%，后隨水泥摻入量繼續增加，改良土壓實度減少。②水泥碎石改良土壓實度均小于90%；碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，改良土道床層壓實度增大；水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，改良土道床層壓實度增大。

4.4 加州承載比試驗

對不同配合比的水泥改良土進行了加州承載比試驗，結果見表6?？芍核喔牧纪良又莩休d比均大于150%；隨水泥摻入量的增加，水泥改良土加州承載比增大。

表6 不同配合比改良土加州承載比

4.5 地基承載力試驗

對每個試驗點的道床改良土層進行了地基承載力試驗，地基承載力特征值均大于250 kPa，滿足機場飛行場道區對于地基承載力特征值不小于140 kPa的要求。

4.6 道基反應模量試驗

對試驗點A1—A4和D1—D4（共8個）的道床改良土層頂面以及其余試驗點道床改良土上下層進行道基反應模量試驗。A1—A4和D1—D4道床改良土層頂面反應模量均大于80 MN/m3。其余試驗點道床改良土試驗結果見表7。

表7 不同配合比改良土道基反應模量

由表7可知：①對于水泥改良土，道床層道基反應模量平均值均大于60 MN/m3；隨水泥摻入量的增加，道床層道基反應模量減小。②對于水泥碎石改良土，道床層道基反應模量均大于60 MN/m3；保持碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，道基反應模量減??；保持水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，道基反應模量有較大增長。

4.7 輕型動力觸探試驗

對不同水泥摻入量的水泥改良土道床層進行輕型動力觸探試驗，道床層每10 cm觸探試驗結果見圖4。

圖4 不同水泥摻入量改良土輕型動力觸探擊數

由圖4可知：①水泥改良土1 d輕型動力觸探N10均大于15擊；7 d輕型動力觸探N10均大于34擊。②水泥改良土7 d輕型動力觸探N10擊數均較1 d輕型動力觸探N10擊數有較大提高，強度增長超過40%。③隨水泥摻入量增加，水泥改良土1 d輕型動力觸探N10擊數增長不明顯；而7 d輕型動力觸探N10擊數增長明顯。

4.8 重型動力觸探試驗

對不同配合比的水泥碎石改良土道床層進行重型動力觸探試驗，道床層每10 cm觸探試驗結果見圖5、圖6。

圖5 不同碎石摻入量水泥碎石改良土重型動力觸探擊數

圖6 不同水泥摻入量水泥碎石改良土重型動力觸探擊數

由圖5（a）可知：①水泥碎石改良土1 d和3 d重型動力觸探N63.5均大于13擊；7 d重型動力觸探N63.5均大于18擊。②碎石摻入量不變，隨水泥摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數降低；7 d重型動力觸探N63.5擊數無顯著規律，但摻8%水泥的改良土擊數最大。

由圖5（b）可知：①水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5均大于14擊；7 d重型動力觸探N63.5均大于16擊。②碎石摻入量不變，隨水泥摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數增大；3 d重型動力觸探N63.5擊數無顯著規律，但摻8%水泥的改良土擊數最大。

由圖6（a）可知：①水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5為14～15擊；7 d重型動力觸探N63.5為19～20擊。②水泥摻入量不變，隨碎石摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數稍微減小。

由圖6（b）可知：①水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5為14擊；7 d重型動力觸探N63.5為16～18擊。②水泥摻入量不變，隨碎石摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數基本不變，7 d重型動力觸探N63.5擊數減小。

由圖6（c）可知：①水泥碎石改良土1 d和3 d重型動力觸探N63.5為13～15擊；7 d重型動力觸探N63.5為18～19擊。②水泥摻入量不變，隨碎石摻入量的增加，水泥碎石改良土7 d重型動力觸探N63.5擊數稍微減小。

水泥碎石改良土1 d和3 d重型動力觸探N63.5不小于10擊，根據現行DBJ 15‐31—2016《廣東省建筑地基基礎設計規范》，其地基承載力特征值不小于400 kPa。

5 結論與建議

1）水泥改良土能有效改善原狀土的道基反應模量、加州承載比、地基承載力等力學性能指標，且隨著時間延長，改良土力學性能會繼續增強。

2）隨水泥摻入量的增加，改良土道床層加州承載比、1 d和7 d無側限抗壓強度增長明顯，但地基承載力和道基反應模量增長不明顯。改良土壓實度隨水泥摻入量的增加，摻入量從5%，6%到7%，改良土壓實度增加，但小于96%；當摻入量到8%后，壓實度達到最大96%；而后隨水泥摻入量繼續增加，改良土壓實度減少。隨水泥（碎石）摻入量增加，改良土1 d和3 d動力觸探擊數增長不明顯，但7 d動力觸探擊數較1 d和3 d均有明顯增長；水泥摻入量為8%的改良土的7 d動力觸探擊數最大，且隨時間延長繼續增長。綜合分析現場試驗結果，改良土最優配合比為素填土摻8%水泥。

道床改良土層選用的場內素填土應滿足設計要求，且大面積施工前應進行顆分試驗，篩選滿足要求的土料。為保證水泥改良土拌和施工質量，建議大規模推廣應用時需建立集中拌和站。水泥土攤鋪應分層填筑分層碾壓。