淺談強夯處理在機場公路巖溶地基中的應(yīng)用

張潔玙

摘要：通過工程實例，結(jié)合巖溶地質(zhì)條件下不同類型地貌單元的特點，分析了強夯地基處理方式的處理效果與正確應(yīng)用，為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：巖溶地質(zhì)；溶洞與漏斗；石芽處理；強夯處理

中圖分類號：U445文獻標識碼：A文章編號：1000-8136(2009)35-0036-02

工程建設(shè)過程中，我們經(jīng)常會遇到巖溶地質(zhì)。由于其發(fā)育分布規(guī)律比較復(fù)雜，且多伴有巖溶水，所以對工程的危害很大。

但由于巖溶的形態(tài)多樣，在施工過程中，處治處理方式也各不相同。對于建(構(gòu))筑物地基，一般采用鉆孔灌注樁進行處理；但在公路、機場等大型土石方填筑工程中，采用強夯處理方式，技術(shù)、經(jīng)濟效果更加顯著。

文章通過工程實例，闡述了強夯在巖溶地質(zhì)條件下的應(yīng)用，以供同類工程施工參考。

1巖溶地質(zhì)的分布、形態(tài)

1.1巖溶地質(zhì)的分布

巖溶地質(zhì)在中國范圍內(nèi)分布較廣，主要集中在華南和西南，其次是長江中、下游的華中區(qū)。

1.2巖溶地質(zhì)的主要形態(tài)及不同形態(tài)下存在的施工問題

巖溶地質(zhì)的主要形態(tài)分為以下幾類：

(1)溶溝、溶槽、石芽和石林。由于地表凹凸不平，易于出現(xiàn)填料碾壓時，因石芽頂抬，凹處不易壓實，形成填筑體強度不均。

(2)漏斗、落水洞、豎井。多具有直徑小、深度大的特點，容易形成填筑體下部處理不密實。

(3)溶洞、暗溝、巖溶谷地、天生橋：頂板安全問題突出，容易發(fā)生頂板坍塌。

(4)溶蝕洼地：洼地底部多呈鍋底形，多有較厚充填物，開挖工程量大，但沖填體軟弱，地耐力差。

2巖溶地質(zhì)對公路、機場等大型土石方工程的危害

巖溶地質(zhì)由于巖溶作用，主要表現(xiàn)為巖體呈孔洞結(jié)構(gòu)。其主要危害表現(xiàn)為：

(1)溶洞頂板坍塌引起填筑體局部下沉和破壞(如溶洞、暗溝、巖溶谷地、天生橋)。

(2)反復(fù)泉與間歇泉浸泡路(道)基基底，引起路(道)基沉陷、坍塌或冒漿。

(3)由于孔洞的存在，突然性的地下涌水沖毀路(道)基等。

3強夯處理巖溶地質(zhì)實例

3.1工程地質(zhì)條件及工程概況

云南某機場，處于云南省境內(nèi)自西北向東南遞降地勢的第二大階梯上。大部分地區(qū)海拔在1500m～2800m之間，原地面大部分地形呈波狀起伏，表現(xiàn)為丘陵、略有起伏溶蝕平原和沖洪積平原。

施工區(qū)域內(nèi)主要出露為古生代的碳酸鹽巖和碎屑巖。受氣候、巖性、構(gòu)造等因素控制，地貌類型復(fù)雜多樣。主要的類型為巖溶地貌，宏觀上表現(xiàn)為不穩(wěn)定洞體、不規(guī)則型態(tài)的洼地和巖溶漏斗。

3.2石芽區(qū)的強夯處理

在巖溶地質(zhì)條件下，石芽地形的存在相當普遍，由于石芽分布密集，地面崎嶇不平，且石芽底部多數(shù)充填紅黏土及次生紅黏土，壓實非常困難，成為土石方填筑壓實的一大難題。

3.2.1處理方案及選定

處理方案一：一般的處理方式為先進行石芽爆破，使地基表面較為平整后，再分層回填壓實。但對于該機場項目，由于處理范圍大，明顯不經(jīng)濟。

處理方案二：結(jié)合現(xiàn)場石芽分布密度、石芽高度，采用不爆破石芽，直接填石強夯處理。存在的問題是，石芽處可能存在壓實不密。

3.2.2采用直接強夯處理的條件及分析

(1)根據(jù)填筑體設(shè)計標高，石芽頂部普遍尚有10m以上厚度的回填層，對石芽地基不進行爆破，也不會對上部地基的均勻性造成影響。

(2)由于場區(qū)內(nèi)石芽普遍高度不大于3m，通過4m左右的分層回填，可保證回填土覆蓋石芽頂度厚度不小于1m，能夠保證采用強夯進行處理。

(3)如果石芽處不爆破直接碾壓，可能會出現(xiàn)由于石芽頂抬而造成的壓實不密。但如果采用強夯夯實的方法，根據(jù)強夯處理地基影響深度及側(cè)向擠壓力擴散原理，可保證全場壓實度要求。

3.2.3強夯參數(shù)設(shè)計

采用3000KN、m能級強夯進行處理，夯點間距4.5m，正方形布點，分兩遍完成，單點擊數(shù)10～12擊，最后兩擊平均夯沉是≤8cm。

3.2.4夯后檢測效果分析

夯后的檢測結(jié)果表明：夯點下的石芽被擊碎，而石芽間的回填土被夯實后。滿足了壓實度0.95的要求。

3.3巖溶洞體的強夯處理設(shè)計

不穩(wěn)定巖溶洞體的地基處理設(shè)計，對于不同區(qū)域(道槽區(qū)及其影響區(qū)、土面區(qū))，不同埋藏深度、充填類型，采取不同的處理方式，本次僅以道槽區(qū)及其影響區(qū)為例進行說明。

3.3.1埋深小于2m的洞體處理設(shè)計

埋深小于2m時，洞體處理采用清爆換填法。即清除洞體表面覆蓋層后，對其頂板進行爆破破碎，首先消除頂板坍塌可能。然后清除全部破碎物、充填物后，分層回填塊碎石，進行強夯加固。

分層回填時，塊碎石堆填虛鋪厚度為4.0m，強夯采用3000kN.m能級，點夯4.5m正方形布置，分兩遍完成，單點擊數(shù)10～12擊，最后兩擊平均夯沉量≤5cm。滿夯采用1000kN.m能級。d／4搭接布置，單點擊數(shù)3～5擊，最后兩擊平均夯沉量≤5cm。

3.3.2埋深大于2m的洞體處理設(shè)計

洞體埋深較大時，對頂板爆破后、清除換填方式明顯不夠經(jīng)濟。分以下兩種方式進行處理。

(1)未充填或半充填類型的洞體處理。埋藏較深，洞體呈未充填或半棄填類型的洞體。僅對表層處理，不能解決可能出現(xiàn)的、頂板在施工和運營過程中的塌陷問題，故施工中首先對洞體采用高壓泵站充填低標號混凝土，保證洞體充填密實并對洞體內(nèi)原有充填物有一定膠結(jié)、加固效果后，再進行表層強夯處理。

表層強夯能級的確定根據(jù)洞體埋藏深度不同，對于埋深在2m～8m的洞體，采用3000kN.m級單擊夯擊能量；對于埋深大于8m的洞體，采用4000kN.m級單擊夯擊能量。

(2)充填類型的洞體處理。埋藏較深且為充填類型的洞體，主要采用墊層強夯法進行處理。根據(jù)埋深不同，對于埋深在2m～8m的洞體，采用3000kN.m級單擊夯擊能量進行處理：對于埋深大于8m的洞體，采用4000kN.m級單擊夯擊能量。強夯處理的范圍按D+2H考慮(其中，H為頂板埋藏深度，D為洞體直徑)。

(3)設(shè)計參數(shù)。洞體埋深在2m

洞體埋深在H>8m，墊層厚度均設(shè)計為1.5m，強夯采用4000kN.m能級，點夯4.5m正方形布置，分兩遍完成，單點擊數(shù)10～12擊，最后兩擊平均夯沉量≤10cm。滿夯采用1000kN·m能級，d／4搭接布置，單點擊數(shù)3～5擊，最后兩擊平均夯沉量≤5cm。

3.3.3施工關(guān)鍵

墊層填筑前，必須首先對地基表層的草皮、樹根、植物土等有機物進行徹底清除，對清爆后的破碎物、充填物進行徹底清除。

填料粒徑要求不大于80cm，不均勻系數(shù)Cu≥5，曲率系數(shù)Cu=1-3，含泥量不超過7％。

3.4巖溶漏斗、巖溶洼地和地面塌陷處理設(shè)計

與巖溶洞體的處理不同，巖溶漏斗、巖溶洼地和地面塌陷的處理，主要是對原有充填物的加固處理，即根據(jù)充填物厚度的不同，進行不同能級的填石強夯處理。

塊碎石鋪填厚度，按中心厚度按1.5m控制。

當充填物厚度H≤5m時，采用2000kN.m級單擊夯擊能量進行強夯；當充填物厚度5m8m時，采用4000KN.m級單擊夯擊能量進行強夯。

各能級強夯均按點夯45m正方形布置，分兩遍完成，單點擊數(shù)10～12擊，最后兩擊平均夯沉量2000kN.m、3000kNan按≤8cm控制；4000kN.m按≤10cm控制。滿夯均采用1000KN.m能級，d／4搭接布置，單點擊數(shù)3～5擊，最后兩擊平均夯沉量≤5cm。

3.5處理效果

(1)通過重型動力觸探、波速測試、地基承載力等試驗，各項處理要求均滿足設(shè)計要求。

(2)該處理方法已在該機場多個試驗標段試驗成功，通過施工檢驗監(jiān)測。結(jié)合課題研究成果，確認處理效果良好。

(3)目前飛行區(qū)土石方施工標段已接近尾聲，全部強夯處理在施工中正式展開應(yīng)用。效果良好。

4結(jié)束語

根據(jù)本案例，結(jié)合該公司近年來在西南地區(qū)其他項目巖溶地質(zhì)強夯處理經(jīng)驗，強夯地基處理方式作為一種施工操作簡單易行、造價低廉的地基處理方式，完全可以滿足公路、機場等大型土石方地基處理要求，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟可靠的處理效果。