鹽漬土地區(qū)機場地基處理設計

譚曉剛

（中國民航機場建設集團公司西北分公司，西安710075）

0 前言

鹽漬土作為不同程度、不同種類鹽堿土的總稱，廣泛分布于我國的西北、華北、東北的西部、內(nèi)蒙河套地區(qū)以及東南沿海地區(qū)，占全國可利用土地面積的4.88%。按地理分布，可將鹽漬土地層分為內(nèi)陸含鹽地層和海濱含鹽地層。其中內(nèi)陸含鹽地層主要分布在新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙、寧夏等干旱地區(qū)，尤以新疆的塔里木盆地、青海的柴達木盆地、青海湖邊緣和阿拉善荒漠地區(qū)較為集中[1]。

隨著我國民航事業(yè)的快速發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入實施，鹽漬土地區(qū)將可能新建或擴建更多的民用機場。因此，有必要結合機場工程的特點，分析鹽漬土對機場工程的具體危害，總結目前機場工程中常用的地基處理措施，為鹽漬土地區(qū)的機場勘察、設計和施工提供參考。

1 鹽漬土的形成及其對機場工程的危害

1.1 鹽漬土的形成因素

1.1.1 氣候因素

庫車地區(qū)夏季高溫（40.8℃）、冬季嚴寒（－20.8℃）、干旱少雨（年平均降水量79.4mm，年平均蒸發(fā)量2 863.4mm）、蒸發(fā)量遠大于降雨量等氣候因素使得土壤中上升水流占據(jù)優(yōu)勢，土中可溶性鹽也隨之集聚于表層，而該種氣候條件下的淋溶與脫鹽過程又十分微弱，故造成該地區(qū)形成了大面積的鹽漬土。

1.1.2 地理因素

庫車位于天山南麓、塔里木盆地北緣，受“三山夾兩盆”封閉式地形的影響較大，鹽分只能在盆地內(nèi)部重新分配，水流將山區(qū)含鹽地層風化后的鹽分帶至盆地，使地面水與地下水的含鹽量逐漸增高。

1.1.3 植物因素

庫車機場場址生長有大量的蘆葦、駱駝刺等深根植物，植物生長過程中的蒸騰作用會消耗大量的地下水，并加大了地下水的礦化度，間接加強了土質的鹽漬化程度。

除上述因素外，近年來逐漸增多的人類活動也是當?shù)佧}漬化逐漸加劇的一個重要因素，如農(nóng)田灌溉、渠道滲漏、洗鹽排水措施不配套等人類活動均有可能使土壤鹽漬化程度加劇[2]。

1.2 鹽漬土機場的病害

鹽漬土的大部分物理和力學性質指標受鹽漬土中組成成分相態(tài)的變化影響較大，并因此對機場工程造成嚴重的危害。鹽漬土地區(qū)機場工程的病害主要表現(xiàn)在道面鹽脹、沉陷、翻漿及腐蝕破壞等方面[3]。

1.2.1 道面鹽脹

由于鹽漬土在溫度或含水量發(fā)生變化時，土體體積發(fā)生膨脹或縮小，從而造成道面局部不平、鼓包等現(xiàn)象。在飛機荷載的反復作用下，則很容易使道面開裂、松散，若不及時處理，將危及飛機的起降安全。

1.2.2 道面沉陷

由于土中可溶鹽受水溶解，土體結構強度容易瞬間喪失，導致跑道土基承載力的降低，在飛機荷載作用下使得土基產(chǎn)生較大沉降，并容易形成道面板脫空。

1.2.3 道面翻漿

黏性鹽漬土地區(qū)道面經(jīng)冬天鹽脹及凍脹后，在春天氣溫升高由上而下逐步消融時，由于鹽堿脫水、體積變小、土壤滲透性差等因素，容易使道面下形成土基包漿，在飛機起降荷載的作用下，泥漿被擠出道面，形成翻漿。

1.2.4 道面腐蝕

由于鹽漬土中的鹽分易與機場道面工程中所使用的混凝土、鋼筋等材料發(fā)生化學反應，使得混凝土粉化開裂、鋼筋銹蝕等，最終導致機場道面結構層損壞、喪失使用性能。

由于機場工程中具有飛機起降荷載大、不停航施工難度大等特點，機場跑道一旦產(chǎn)生上述病害便容易迅速惡化，難以根治。此外，與公路工程或其他工程相比，局部的上述病害一般不會影響公路或建筑物的整體使用，而機場工程中十幾萬平方米的跑道中任何小范圍的局部病害都將嚴重影響飛行安全和道面的使用。因此，應對鹽漬土地區(qū)機場工程中的設計足夠重視[4]。

2 鹽漬土地區(qū)機場地基處理方案

庫車機場飛行區(qū)等級為4C，跑道長度2 600m，場址地處山前沖洪積細土平原區(qū)，地勢平緩，北高南低。場區(qū)內(nèi)易溶鹽試驗成果見表1。

表1 易溶鹽試驗成果表

2.1 抬高道槽標高

由于庫車縣處于Ⅵ2區(qū)（公路自然區(qū)劃標準），且場區(qū)地下水位埋深較淺（埋深1.0m）。結合《民用航空運輸機場水泥混凝土道面設計規(guī)范》的相關規(guī)定及水位變化幅度，為保證土基強度和穩(wěn)定性，確定飛行區(qū)道槽槽底標高應至少高于勘察地下水位3.1m[5]。

2.2 基底處理

場地地層主要由粉細砂、粉土、中砂等構成，承載力特征值在115～150kPa之間。由于場地表層1m范圍內(nèi)土層均為強鹽漬土、且有大量的蘆葦根莖分布，故需首先鏟除1m厚表層土，并繼續(xù)向下清除直徑大于0.5cm的蘆葦根系。

由于清除1m厚表層土后，其下3.5m深度范圍內(nèi)粉細砂、粉土層密實度和承載力均不滿足機場場道工程對土基的要求，故采用150t·m能級進行強夯處理。為便于大面積強夯施工，強夯夯位排布為正方形，夯位中心距為3m，排距為3m。

強夯施工時應采用圓形夯錘，并設有不少于4個直徑在0.25～0.30m之間，且上下貫通的排氣孔。第一遍跳夯（150t·m），每夯位不少于12擊，最后兩擊平均夯沉量不超過4cm，否則加擊；第二遍跳夯（第一遍夯后剩余的夯位，150t·m），每夯位不少于9擊，最后兩擊平均夯沉量不超過4cm，否則加擊；第三遍搭接拍夯（100t·m），夯痕壓疊1／3，每痕連夯3擊。拍夯施工完成后，應整平地表并用18t以上雙驅振動壓路機進行表面碾壓。

2.3 隔斷層設計

場地表層1.0m范圍內(nèi)含鹽量較高，以硫酸、亞硫酸鹽漬土為主，為阻斷地基底層水分和鹽分向上遷移，防止鹽脹、沉陷、翻漿等病害的發(fā)生，需在道槽底部設置隔斷層。常用的隔斷層有礫（碎）石隔斷層、風積砂或河砂隔斷層、土工布隔斷層、瀝青砂隔斷層等?？紤]到工程的水文地質、地方材料的來源等條件，以及機場工程的特點（如橫斷面寬度大，一般在200～300m之間，道面土基兩側無臨空面；飛機起降荷載大、病害發(fā)生后不停修復航施工難度大等），經(jīng)比較分析后，采用土工布包裹砂礫石隔斷層。在槽底設計標高下1m處設置兩布一膜的復合土工布，其上鋪設1m厚級配砂礫（要求含鹽量小于0.3%，粒徑2～53mm），并用復合土工布將其側壁包裹，在整個地基處理范圍內(nèi)形成連續(xù)的防水隔鹽層，可有效隔離基底及側壁水分、鹽分等進入道槽底部，與砂礫石隔斷層共同作用，起到雙重隔離的效果，安全度較大。

跑道縱坡設計為由東向西全長降坡，在跑道東西兩端端部處的土工布均設置開口，以避免施工期間的雨水、養(yǎng)護用水等進入隔斷層內(nèi)后形成積水。

圖1 土工布包裹砂礫石隔斷層結構圖

隔斷層土工布應采用兩布一膜復合土工布，土工布技術指標見表2。

土工布鋪設前，應對土基表面進行清理平整，表面坡度及平整度均應符合土基設計要求，并嚴禁有堅硬棱角的礫（碎）石等凸出。土工布鋪設完成后，嚴禁人、機械在其上行走；并盡快在土工布上設置厚度不小于5cm的細砂保護層，細砂保護層采用人工攤鋪，以防砂礫石鋪設及碾壓時將土工布刺破。

表2 兩布一膜復合土工布技術指標表

土工布宜全斷面進行鋪設，表面應平展緊貼原地面，接頭時應低的一幅接頭在下，高的一幅接頭在上，搭接寬度不小于0.2m，采用熱焊法連接。

2.4 土基填筑

場址附近有一沙丘，擁有豐富的砂土資源，故采用細砂填筑隔斷層以下的土基，要求壓實度不小于95%，細砂中含鹽量不得高于0.3%。

用作土基填筑的細砂及用作隔斷層的級配砂礫石應嚴格控制含鹽量、粒徑、含水量等質量指標。填筑應采用機械化施工，振動壓路機進行壓實，分層填筑每層松鋪厚度不大于0.35m，壓實標準按重型擊實最大干密度進行控制。

土工布上第一層級配砂礫石應采用進占法填料、平鋪，碾壓時應先靜壓，再微振，最后強振，以保證填料的壓實度、穩(wěn)定性以及對土工膜的保護。

土工布及隔鹽層施工完成后，應采取適當措施防止兩側土面區(qū)雨水流入土工布內(nèi)的砂礫包裹體中。其上的水穩(wěn)基層分段施工養(yǎng)護時，應保證養(yǎng)護用水不從其端部流入土工布內(nèi)的包裹體中。

表3 級配砂礫粒徑要求

2.5 質量檢測

施工過程中應加強對道槽土基填料的含鹽量、含水量、均勻性以及強夯土基壓實度的檢測，抽檢頻率為：細砂填料每1 000m3填料不少于1組，砂礫石隔斷層填料每500m3填料不少于1組，每組分別取3個土樣進行含鹽量和含水量的分析。填筑壓實度檢測每層每1 000m2不少于1點。強夯土基每3 000m2開挖不少于1處探井檢測終夯面以下3.5m深度內(nèi)的密實度。經(jīng)檢驗，強夯處理后夯沉量平均為0.5m，3.5m深度以內(nèi)土基密實度較夯前提高20%～30%。

3 結語

（1）采用150t·m能級對原地基進行強夯處理，夯沉量平均為0.5m，3.5m深度以內(nèi)土基密實度較夯前提高20%～30%，可以有效地解決原地基一定深度范圍內(nèi)土層松散、承載力不足等工程地質問題，較為經(jīng)濟合理。

（2）在道面基礎下設置土工布包裹砂礫石隔斷層進行隔鹽處理，可以有效地阻斷水分和鹽分向上遷移，防止地基產(chǎn)生鹽脹、翻漿、溶陷等工程問題的發(fā)生。

通過上述措施的實施，較好地解決了庫車機場場區(qū)較為復雜的地基問題。機場道面經(jīng)過2年多的運行使用，沒有出現(xiàn)因鹽漬土作用引起的相關病害，處理措施效果良好，可為類似機場的地基處理提供一定的參考。

[1]龔曉南.地基處理手冊[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：854－866.

[2]江華.新疆鹽漬土成因分析及鹽漬土路基病害處理[J]，路基工程，2008（4）：215－217.

[3]劉濤.鹽漬土路基的設計與施工[J]，公路，2005（10）：131－137.

[4]吳愛紅，蔡良才，顧強康.硫酸鹽漬土機場地基處理換填覆重法研究[J]，巖土力學，2010，31（12）：3880－3885.

[5]MH／5004—2010民用機場水泥混凝土道面設計規(guī)范[S].北京：中國民航出版社，2010.