新疆某机场地基处理方法研究

[摘要]新疆某机场建设中，由于地基土含水量小，含盐量较大，且具有一定的溶陷性，运用传统的地基处理方法很难达到预定的处理效果。本文主要通过浸水预溶强夯与直接强夯两种施工方法同时在机场地基土上施工并进行监测，对比处理后的试验数据，从而找到能够满足地基处理效果的地基处理方法。

[关键词]浸水预溶 强夯 地基处理 试验研究

[中图分类号] TU742 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-11-219-4

1概述

1.1工程概况

该机场拟建设沥青混凝土跑道一条，跑道长2200m，宽45m；升降带长2320m，飞行区场地平整长度为2800m；联络滑行道一条，长166m，宽18m；可以满足两架C类飞机自滑进出的站坪一块，面积为120m×90m；道面厚度按B737-300型飞机在本场以限制航程的最大滑行重量设计。由于机场地基土含盐量较大，且具有一定的溶陷性，因此本次工程主要通过两种施工方法：直接强夯―在场地原土基上直接进行强夯与浸水预溶强夯，即在原地基上先进行浸水预溶，经晾晒后进行强夯的处理方法进行对比，其中浸水预溶强夯又分为深层浸水强夯和直接浸水强夯两种方式，从而选出能够满足工程设计要求的地基处理方法。

1.2场区工程地质及水文地质概况

1.2.1场区工程地质条件

根据场地工程地质勘察报告，由钻孔、静力触探资料显示，场地自然地面以下30米深度范围内，地层均为第四系沉积物，自上而下可分为：

（1）粉土：浅黄色，粒度均匀，夹有粘土质结核，含腐殖质及植物根系，局部夹有粉砂层，土质不均匀，具水平层理，稍湿，中密。平均含盐0.23%；

（2）粘土：黄褐-灰褐色，含腐殖质及植物根系，局部夹有粉土、粉砂，土质不均匀，水平垂直方向均有裂隙发育，孔隙较大，坚硬。平均含盐0.47%；

（3）粉砂：灰黄-青灰色，石英、长石质，含粘粒，粒径均匀，级配不良，含腐植质，局部含有粉土，稍湿，中密。平均含盐0.30%；

（4）粘土：灰黄色，土质均匀，孔隙较发育，硬塑，局部夹有粉土、粉砂，该层分布连续，厚度0.2-3.4m；自跑道轴线P72处向南厚度变薄，埋深增大，局部孔中夹有薄层粉砂。平均含盐0.33%；

（5）粉砂：灰黄-青灰色，石英、长石质，质较纯，很湿，中密。该层分布连续，厚度变化在0.3-4.3m；除个别探孔粉砂层厚度较小外，其余区域厚度较均匀。局部区域含有0.3-1.5m厚的粘土夹层。粘土为灰褐色，可塑。平均含盐0.29%；

（6）粘土：灰黄-深灰-灰绿色，下部有臭味，可塑-软塑，局部夹有粉砂及砾石。该层分布连续，未钻穿，厚度大于20m。平均含盐0.35%。

1.2.2水文地质条件

场地稳定地下水位在地表下13.5m，稳定水位标高为258.58-262.43m。拟建场地处于特贫水区，地下水类型为微承压水，单井涌水量0.18-5.11m3/d，渗透系数0.0038-0.944m/d，地下水矿化度5.63-37.19g/l，水化学类型Cl-Na型水、Cl-Na-Mg和Cl-Na-Ca型水。

2地基处理方法研究目的

根据拟建机场场区的工程地质条件，场地地基大部分为盐渍土，并且具有一定的溶陷性，因此在机场地基土上，运用传统的地基处理方法，如在原地基上直接进行强夯处理，虽然可以起到一定的加固作用，但不可能消除地基土中的盐分，而且由于原土层含水率太小，其加固作用也有限，而运用换土垫层的处理方法，则要从地表向下6m范围内的土层都要清除，工程量和投资都很大。本文主要是通过一种新的地基处理方法：浸水预溶强夯的处理方法与在原地基直接强夯的处理方法进行对比，从而选取一种适用的方法来解决上述问题。若能成功的运用浸水预溶强夯的施工方法，在本次机场建设以及以后类似工程施工指导中都具有重要的意义。

通过地基处理试验研究要达到的主要目的就是：

（1）降低地基土含盐量；

（2）消除地基土溶陷性。

3盐渍土地基处理

3.1工作简述

根据地勘资料，A区平均含盐量较少，粘土层较薄，平均厚度为1.6m；B区含盐量较高，粘土层较厚，平均厚度为3.6m。按照施工方法，先清表土厚度为50cm，而后再进行处理。

3.2浸水及晾晒

在浸水前进行了渗透试验，根据渗水影响深度及场道结构性要求认为，在场区地基处理中考虑6m深度是合理的，在6m深度范围内，影响渗水时间的主要是第二层粉质粘土，试验数据表明第二层粉质粘土每天渗透距离为0.4665m，大致按0.4m考虑，渗透4.0m需用时10天；渗透6.0m需用时15天。

3.2.1现场浸水

现场浸水作用：一是浸水预溶，即：使地基土中的盐分溶解，一部分盐分在渗流中迁移至场外或影响深度以下，另外一部分盐分在晾晒过程中，由于蒸腾作用随毛细水上升至地表富集；二是地基土加湿，即改变场区地基土含水量，使其与最佳含水量相近。为了确定合理的浸水工艺及控制参数，进行了现场浸水试验。

现场浸水分深层浸水与直接浸水两种方法进行。

3.2.1.1深层浸水

由于场区内地层粘土层较厚，且渗透系数较低，考虑工期及处理效果等因素进行了深层浸水试验。

深层浸水方法为砂井加漫灌法，考虑到一般情况下水平渗透系数与垂直渗透系数相接近，故此根据场区地层情况来布置砂井间距及深度，以期达到最佳的析盐目的及处理效果。如图3-1所示。

3.2.1.2直接浸水

在浸水时间足够长的情况下，直接浸水与深层浸水无本质区别，其渗流方向主要为垂直渗透，线路是单向的，从一定角度上看更有利于盐分的迁移，单位面积渗水量也更易于控制，另外在优化工序，合理施工上可起到相当的作用。

3.2.2晾晒

3.2.2.1晾晒情况概述

晾晒的目的主要是调整地基土含水量，至达到满足下步施工条件，同时也可通过表聚作用在浸水区表面形成盐壳，将其清除后以达到降低含盐量的目的。

3.2.2.2晾晒资料分析

（1）晾晒后的含水量变化

进入晾晒期后，因为位于中间的第二层粉质粘土为晾晒的主控地层，因此对它进行统计分析：

在AII区，将第二层粉质粘土的晾晒时间与含水量变化情况统计后列于表3-2：

该层土的最佳含水量为14.9%，饱和含水量为30.1%，经过7天时间的晾晒，含水量降低了约2.2个百分点，平均每天下降0.314个百分点；

在BII区，将第二层粉质粘土的晾晒时间与含水量变化情况统计后列于表3-3：

计算晾晒9天含水量降低约3.9个百分点，平均每天下降0.433个百分点，与AII区数据基本吻合。综合考虑，晾晒时间可减少为26天。

（2）晾晒后的含盐量变化

在浸水过程及晾晒后，进行了含盐量分析并与浸水前含盐量进行对比，具体数据列于表3-4，并绘制成对比曲线如图3-5。

由以上图表可以看出，地基土总含盐量，经浸水及晾晒一段时间后，在表层富集，在表层一定深度范围降低，在中间部位趋于均匀，而在浸水底部又呈降低趋势。由上分析，可以看出，浸水预溶并经晾晒后，盐分在表层富集的作用是明显的，也就是说采用充分晾晒后，清理表面盐壳对降低土基含盐量的作用是有效的，另外，随着饱和水的逐步扩散，溶于水中的盐分也会随水分的逐步扩散，将其带到有效影响区域以外。

3.3强夯处理

3.3.1处理概况简述

场区内地基土在浸水后，强度会大幅降低，为了提高地基土强度，调整其均匀性，及消除或降低地基土的溶陷性，采用强夯的方法进行处理。通过强夯可使有效作用深度内土层达到一定程度的超固结，起到沉降预处理及地基强化的作用，同时，由于使用相同的处理方法及控制参数，可起到调节地基土的不均匀性作用。另外，经强夯处理后地基土的孔隙率降低，可补偿盐溶带来的影响。

为了对比浸水强夯与直接强夯的效果，地基处理强夯设计中，共考虑了直接置换强夯与浸水后置换强夯并分不同的夯点布置方式及间距作了四个小区的强夯试验，即为A区直接置换强夯（AIII小区）、B区直接强夯（BIII小区）、A区浸水后置换强夯（AI、AII小区）及B区浸水后置换强夯（BI、BII小区）。

3.3.2强夯施工

在强夯施工前，场地预先填筑60cm砂砾石垫层。单点夯试验计算的场地平均夯沉量（预处理沉降量）计算值及强夯试验小区实测夯沉量列于表3-8。

对比浸水强夯与直接强夯的总沉降量数据（AI与AIII）区对比，可以看出，浸水强夯处理沉降量效果远好于直接强夯的处理效果，综合考虑夯沉量与隆起量之间的关系，将单位面积平均夯击能控制在2200kN*m/m2左右是比较理想的，而各点夯试验在击数超过8击以后，其单击沉降量已经很低，固此应适当提高强夯能，降低夯击击数。

因此选定强夯施工参数为：

（1）夯击能为2200kN.m；

（2）单点强夯次数不小于10击；

（3）两击的夯沉量之差不大于5cm；

（4）最后两击的夯沉量之和不大于16cm；

（5）在不能同时满足上述要求时，应增加击数直至满足要求。

夯点间距4.5m，正方形布置两遍强夯，则单位面积平均夯击能为2172.84kN.m。

3.3.3夯后资料分析

标贯对比资料：

从以上图表可以明显看出，强夯处理后地基土强度有大幅提高，仅在面层局部会有所将低，应加强面层平夯效果，保证地基处理的均匀性。

压实度：

通过上述压实度数据对比说明，浸水预溶强夯的处理效果达到预期设计要求，处理效果优于直接强夯的处理效果。

载荷试验：

本次载荷试验的主要目的是检验直接强夯置换与浸水强夯置换的效果，即场区经过不同方法进行强夯解决场区地基土溶陷性问题。

试验方法均采用浸水方式进行，在加压到200kPa压力稳定后进行浸水，并在加压到250kPa稳定后停止。

选择有代表性的浸水强夯后浸水载荷试验绘制S-P曲线如图3-15。

试验确定的粘土层变形模量E0=6.349MPa，饱和变形模量，E=5.43MPa，溶陷系数为0.00386，小于溶陷性判定系数0.01标准，数据说明场地经过浸水强夯，溶陷性已基本消除，因此对盐渍土地基采用浸水置换强夯的处理方法是非常有效的。

另外在直接强夯区也做了4组浸水载荷试验，取有代表性的试验数据绘制S-P曲线如图3-16。

试验确定的天然变形模量为13.65MPa，饱和变形模量为3.38MPa，溶陷系数为0.0346，数据说明，直接强夯可提高地基土的变形模量，但对溶陷性处理效果很差，固此直接强夯只能用于不具有溶陷性的非盐渍土区域的处理。

4结论

4.1浸水效果

（1）饱和浸水后，土中易溶盐已充分溶于水中，并可随水分渗流部分带出场外或进入影响深度以下土层，或通过毛细作用在表层0.15m深度范围内富集，采用清除0.15m 地表盐壳土，对于降低地基土中含盐量具有积极作用。

（2）深层浸水与直接浸水在作用效果上是等同的，但在操作时间上深层浸水时间要少于直接浸水。

4.2强夯效果

通过强夯数据对比，直接强夯虽然也能起到一定的加固作用，但是不能消除地基土的溶陷性，而浸水强夯的加固效果好于直接强夯，也能消除地基土的溶陷性，因此浸水后的强夯效果优于直接强夯处理。

综合以上分析可以看出，浸水预溶强夯处理效果优于直接强夯的处理效果，能够达到预期的设计要求，可以保证工程质量，降低工程造价，确保施工工期。

参考文献

[1]常士骠.《岩土工程地质手册》.中国建筑工业出版社，1992.

[2]赵权世《机场迁建工程飞行区工程地质勘察》.时代公司2000.

[3]林宗元《岩土工程试验检测手册》.辽宁科学技术出版社.1994.