軟土地區(qū)復(fù)合地基在某機(jī)坪地基處理中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

賀靜漪 吳麗娜 寧利鵬

摘要：不良地質(zhì)條件下場道工程中地基處理一直是場道工程中的重點(diǎn)。其中以軟弱土最為常見，本文分析了機(jī)場機(jī)坪、跑道的荷載特點(diǎn)，地基處理目的和其他工程的區(qū)別，軟土地區(qū)地基處理中散體樁應(yīng)用的教訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。并以深圳某航空公司基地機(jī)坪工程的地基處理為例，分析了軟土地基處理方案的確定和相應(yīng)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：場道工程;地基處理;軟土地基;大面積荷載

一、引言

場道地基處理是飛行區(qū)場道工程重要的一環(huán)。道槽土基是道面結(jié)構(gòu)靜荷載和飛機(jī)運(yùn)行動(dòng)荷載直接承擔(dān)者，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性和沉降直接影響到的上部面層的性狀。機(jī)場建設(shè)工程實(shí)踐表明道面面層病害、破壞的發(fā)生都和土基的相關(guān)等病害相關(guān)。同時(shí)機(jī)坪、跑道的道面狀況直接和飛機(jī)的運(yùn)營安全息息相關(guān)，土基的設(shè)計(jì)和施工越來越引起業(yè)主和設(shè)計(jì)者的重視。

軟土在我國分布十分廣泛，其中沿海地區(qū)、長江、珠江三角洲等濱海和湖河沼地帶尤為普遍，而軟土地區(qū)也往往是經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度相對較高的地區(qū)。近年來在長江、珠江三角洲、濱海地區(qū)修建機(jī)場的數(shù)量日益增多，我們面對軟土地基的情況也越來越多。由于軟土具有含水量高、壓縮性大、滲透性差、靈敏度高、強(qiáng)度低、土層厚度不均等特點(diǎn)，在飛行區(qū)地基設(shè)計(jì)時(shí)要把握軟土的特點(diǎn)，在滿足使用要求的前提下，作出最合理經(jīng)濟(jì)的地基處理設(shè)計(jì)。

二、軟土地區(qū)機(jī)場場道地基處理的特點(diǎn)

由多次飛行區(qū)軟土地基處理工程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，軟土低級(jí)場道地基處理有如下特點(diǎn)：

1.大面積荷載和飛機(jī)荷載

機(jī)坪、跑道的土基所承擔(dān)的荷載包括道面結(jié)構(gòu)靜荷載與飛機(jī)靜荷載和動(dòng)荷載。兩種荷載是兩種不同性質(zhì)的荷載，在地基中產(chǎn)生的附加應(yīng)力相差很大。

道面結(jié)構(gòu)靜荷載屬于大面積靜荷載，附加應(yīng)力沿深度方向衰減較慢，對于土基的影響較大;飛機(jī)運(yùn)行荷載屬于局部荷載、動(dòng)荷載，附加應(yīng)力在深度方向的衰減較快，相對于結(jié)構(gòu)靜荷載來說，其對地基土的影響要小一些。我國現(xiàn)行的場道地基設(shè)計(jì)方法參照了公路路基的設(shè)計(jì)方法。兩者都認(rèn)為飛機(jī)、車輛等交通荷載對地基變形的影響可忽略不計(jì)。但根據(jù)同濟(jì)大學(xué)楊斐[1]等人基于上海浦東國際機(jī)場的一跑道近六年的觀測數(shù)據(jù)來看，飛機(jī)運(yùn)行動(dòng)荷載對跑道沉降的影響遠(yuǎn)大于預(yù)期，第五年飛機(jī)運(yùn)行動(dòng)荷載引起沉降占工后總沉降的三分之一。

機(jī)坪、跑道引起的大面積荷載不同于普通建構(gòu)筑物的荷載：首先荷載值較之普通建筑小很多，荷載面積較大。對于一般的機(jī)坪來說，寬度達(dá)到50m、100m都是很常見的，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中有關(guān)附加應(yīng)力的計(jì)算方法，可采用矩形均布荷載進(jìn)行計(jì)算。寬度為b長度為l，假設(shè)長寬比l/b=2，當(dāng)深度z=b的時(shí)候附加應(yīng)力僅僅衰減20%，那么理論上的計(jì)算深度肯定要大于50m、100m。通過很多工程檢驗(yàn)，大面積荷載的影響深度比普通建筑的影響深度大很多但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到理論計(jì)算值。究其原因，理論計(jì)算并沒有考慮到同一土層沿深度壓縮模量遞增的情況以及土的結(jié)構(gòu)性。同一土層性質(zhì)相同但是隨深度、應(yīng)力狀態(tài)不同，土的模量也有所改變，通常會(huì)隨深度增加而變大。某些軟土受力在某一壓力值以下時(shí)變形很小，應(yīng)力超過此閥值土的形變就會(huì)突然增大，此種特性就是軟土的結(jié)構(gòu)性。場道工程中土基受到的荷載較小，因此擴(kuò)散到一定深度后，土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)大于引起沉降的附加應(yīng)力。

2.沉降要求

按照規(guī)范要求，總沉降要求根據(jù)土質(zhì)、填方高度及面積的不同而略有不同，通常沉降控制要求工后總沉降及不均勻沉降進(jìn)行控制。

錯(cuò)臺(tái)、起伏過大等等由不均勻沉降帶來的病害對飛機(jī)的運(yùn)行會(huì)有嚴(yán)重影響，威脅飛行安全，因此土基的不均勻沉降控制比公路中的要求要高很多。

三、大面積荷載和飛機(jī)荷載作用下的機(jī)坪下軟土地基的常用處理方法

大面積荷載和飛機(jī)運(yùn)行動(dòng)荷載作用下軟土地基處理通常的處理方法很多：

固結(jié)排水法：固結(jié)排水法主要用于解決軟弱粘土，特別是軟土埋藏深厚、透水性差的情況。固結(jié)排水法可以消除地基的沉降和提高地基承載力和穩(wěn)定性。

振密和擠密法：振密和擠密法常用的方法有砂石樁、振沖法、強(qiáng)夯等等。此種工法通過振動(dòng)和擠密的方法使地基的土體密實(shí)度增大以提高地基土的承載力減小沉降。

置換及拌入法：置換法使用性質(zhì)良好的填料置換地基中軟弱土體，拌入法是向土體中版圖水泥或其他化學(xué)漿材。置換及拌入法主要有換填、旋噴法、擠淤置換、強(qiáng)夯置換、水泥攪拌樁等等。

加筋法：指在地基中設(shè)置筋材，以達(dá)到減少沉降、提高承載力的效果。

四、案例分析

1.項(xiàng)目概況

（1）項(xiàng)目背景

某航空公司基地地處廣東省南部，基地項(xiàng)目總體占地面積約10萬平方米，本次地基處理對象為此航空公司基地一期建設(shè)停機(jī)坪，處理面積約1.9萬平方米。停機(jī)坪方案的設(shè)計(jì)荷載按照B747-400進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）地質(zhì)狀況

場地原始地貌為淺海—海岸堆積階地，第四系人工填土層，下伏基巖為震旦系混合巖。場地地勢開闊、平坦，現(xiàn)場地地表堆積厚度較大的填土（石）層及大量的建筑垃圾（大塊徑砼塊等）。

根據(jù)鉆探揭露，場地內(nèi)分布的地層按自上而下的順序描述如下：

1）人工填土層（Qml）：素填土①1，主要以粘性土為主，偶見少量碎石、碎磚等雜質(zhì)。雜填土①2：主要以巖塊、砼塊、磚塊等建筑垃圾為主，不均勻混少量粘性土，厚度1.20～4.80m。填石①3：成分主要以混合巖碎石、塊石等為主，厚度1.20～6.00m。

2）第四系海陸交互相沉積淤泥②：含少量貝殼碎片及有機(jī)質(zhì)，飽和，流塑狀態(tài)，局部軟塑狀態(tài)，層厚1.10～6.40m。

3）第四系殘積粉質(zhì)粘土③：可塑～硬塑狀態(tài)，層厚0.60～18.20m。

4）下伏基巖為震旦系混合巖：全風(fēng)化混合巖④、強(qiáng)風(fēng)化混合巖⑤、中風(fēng)化混合巖⑥。

各土層的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見下表。

根據(jù)勘察報(bào)告，本工程地下水屬潛水類型，地下水位埋藏深度為0.30～5.50m。

2.方案確定

（1）.機(jī)坪部分

新建停機(jī)坪工程場地軟土層層厚在1～6m，局部分布填石①3。采用預(yù)壓法處理存在塑料排水板、砂井等豎井排水通道打不進(jìn)去的問題。經(jīng)過方案比選以及對當(dāng)?shù)厥┕し椒ǖ恼{(diào)查，選定振沖碎石樁為本次工程的方案：振沖碎石樁可以穿透填石層①3及軟弱土層，到達(dá)相對性質(zhì)良好的粉質(zhì)粘土③。其一是碎石樁可以形成復(fù)合地基，提高地基承載力;其二碎石樁起到排水固結(jié)通道作用，同時(shí)在樁頂設(shè)置一定厚度的高滲透性墊層，這樣有利于孔隙水的擴(kuò)散和軟土層固結(jié)。

樁體的填料：樁體材料一般選用碎石、卵石、礦渣等。土質(zhì)強(qiáng)度低可選擇粒徑稍大的材料，填料應(yīng)有適當(dāng)級(jí)配。本次工程選用樁體材料粒徑為40mm-150mm的碎石或卵石，含泥量不大于5%。

樁徑的確定：樁徑的確定一方面考慮兩次填料的性質(zhì)一方面考慮常用施工機(jī)具的條件。樁徑過小樁的數(shù)量會(huì)增多施工繁復(fù)施工難度也增加;樁徑過大，不僅使處理的地基均勻性變差，容易使樁周圍的土因?yàn)閿D壓而上涌，或者使樁周圍的土因?yàn)檫^分?jǐn)D壓而產(chǎn)生超空隙水壓力，而形成橡皮土。考慮到以上因素，本次工程選用樁徑Ф1000mm的樁型。

本次選用三角形布置，樁間距的選用不僅要考慮荷載要求、原狀土的抗剪性能還要考慮到進(jìn)入持力層的性質(zhì)。通過驗(yàn)算本次選用樁間距3.0m。本次工程穿過整個(gè)軟土層進(jìn)入粉土層不小于2.0m。樁頂設(shè)置50cm厚沙礫墊層作為排水通道。選用砂礫墊層較之碎石墊層更有利于后期管線埋設(shè)、排水溝開挖等外線工程。

機(jī)坪與機(jī)場現(xiàn)有機(jī)坪連接部分，涉及到不停航施工及對現(xiàn)有機(jī)場保護(hù)問題。故從既有機(jī)坪邊開始向外擴(kuò)展50m范圍采用影響較小的旋噴樁進(jìn)行處理。旋噴樁進(jìn)入粉質(zhì)粘土③層大于2倍樁徑，樁間距3.0m，梅花形布置。為協(xié)調(diào)變形，樁頂墊層要求同碎石樁區(qū)域。

五、后期沉降觀測

機(jī)坪投入使用第3年后，機(jī)坪有輕微沉降，總沉降最大小于8cm。后因基地?cái)U(kuò)建，在臨近建筑基坑施工中，采用相應(yīng)降水措施。降水后觀測，機(jī)坪沉降繼續(xù)加大。投入使用后第5年，機(jī)坪沉降在10cm附近。投入使用9年后，機(jī)坪沉降在15cm附近，最大沉降發(fā)生在軟土最厚部位。

機(jī)坪與機(jī)場現(xiàn)有機(jī)坪連接部分沉降在9年后沉降小于5cm。

目前機(jī)坪雖然正常使用，但是因目前沉降問題，在雨季，排水坡度較之原有設(shè)計(jì)坡度變小，排水不利。

六、結(jié)論

1. 在機(jī)場的地基處理中，要以沉降控制為主，其中要以控制不均勻沉降為主要設(shè)計(jì)目的。設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意地質(zhì)的不均勻性，對于地層起伏較大的場地要聯(lián)合面層的設(shè)計(jì)進(jìn)行控制。

2. 軟土的處理方法很多，散體樁復(fù)合地基對沉降的控制較弱，工后沉降較大;剛性樁復(fù)合地基的沉降較小，是處理軟土地基的有效方法。對于工程費(fèi)用來說，散體樁經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于剛性樁。

3.每種處理方法均有一定適用性，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在方案確定前，一定要現(xiàn)場踏勘，方案確定時(shí)要多種因素共同考慮，以確定最優(yōu)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]楊斐，楊宇亮，孫立軍.飛機(jī)起降荷載作用下的場道地基沉降[M].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2008 vol.36 No.6

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S] 北京：中國建筑工業(yè)出版社 2011

[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S] 北京：中國建筑工業(yè)出版社 2012

[4]龔曉楠等.地基處理手冊[S] 北京：中國建筑工業(yè)出版社 2008