強夯在某機場高填膨脹土地基處理中的應(yīng)用研究

馬帥 王引平

【摘要】以某機場飛行區(qū)膨脹土高填方為研究背景，根據(jù)設(shè)計文件對膨脹土的處理原則、要求及施工規(guī)范相關(guān)規(guī)定，設(shè)計了膨脹土強夯處理方案，提出了強夯施工的技術(shù)參數(shù)，有效地解決了膨脹土的填筑問題。

【關(guān)鍵詞】強夯；機場；高填土基；膨脹土

1、工程概況

某機場飛行區(qū)地處膨脹土場地，總用地面積約3600×540m2。整個飛行場區(qū)地勢中南部高，南北兩端為高填土，最深處達18米。全場總填方量約551萬m3，總挖方量約617萬m3，其中，非膨脹土約157萬m3，中弱膨脹土460萬m3（大多為中等膨脹土），膨脹土的天然含水量大多都在25%以上。設(shè)計要求填方區(qū)：如圖1所示，道面設(shè)計表面以下3m范圍內(nèi)（A區(qū)）填料使用非膨脹土或石灰改性弱膨脹土；A區(qū)以外的區(qū)域為B區(qū)，該區(qū)均可使用中、弱膨脹土填筑，中膨脹土只能填在設(shè)計面5m以下；自道面表面算起，填高不足1米（含零填）的土基，應(yīng)挖去地表60cm的膨脹土，分層換填非膨脹土或改性土。中等及強膨脹土穩(wěn)定性差，不得作為設(shè)計指定A區(qū)的填料；弱膨脹土須經(jīng)過改性處理后方可作為設(shè)計指定A區(qū)的填料；改性土的脹縮總率應(yīng)接近于零，其強度（CBR）%值應(yīng)不低于規(guī)范[1]要求。弱膨脹土可用作設(shè)計指定B區(qū)的填料，中等膨脹土可用在設(shè)計面5米以下的B區(qū)。

2、強夯處理方案設(shè)計

根據(jù)設(shè)計文件對膨脹土的處理原則、要求及施工規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場實際，通過對石灰改性膨脹土、換土等方案的技術(shù)經(jīng)濟對比分析，確定采用強夯處理高填膨脹土土基。強夯處理道面高填膨脹土地基選在北停機坪及與其相連接的滑行道、端聯(lián)絡(luò)道，共計5.1萬m2，最大填土厚度9.7m，最小填土厚度6.8m，平均8.5m，總填方量約40萬m3。根據(jù)強夯處理地基的基本原理、土基設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)場實際，強夯處理方案如下：

2.1 填土方案

先按施工技術(shù)規(guī)范要求，清理原地面，并平整壓實到規(guī)定的壓實度；然后分層、交替填砂巖和膨脹土?？紤]到強夯區(qū)填土深度不一，以及強夯加固深度的有限性，為了確保道面高填土基的穩(wěn)定性，填土在深度上大致分為兩個區(qū)域，如圖2所示，A區(qū)自強夯設(shè)計表面以下6.5m范圍內(nèi)為松填區(qū)，B區(qū)自強夯設(shè)計表面6.5m以下至原地面為碾壓區(qū)。

A區(qū)（松填區(qū)）：風(fēng)化砂巖每層鋪填厚度及最大粒徑不大于0.8m，膨脹土每層鋪填厚度不大于0.5m（松鋪砂巖的孔隙率經(jīng)現(xiàn)場測試大約為45%，據(jù)此控制膨脹土每層虛鋪厚度不超過砂巖層厚的70%），對膨脹土的土性不作嚴格要求。

B區(qū)（碾壓區(qū)）：每層填土厚度不大于0.3m，膨脹土為弱膨脹土，風(fēng)化砂巖最大粒徑不大于0.25m，壓實度不小于0.93。

2.2 強夯方案

強夯采用樁式置換法，即先點夯，然后在夯坑內(nèi)填入風(fēng)化砂巖，再滿夯。夯點間距3m×3m，點夯2遍，滿夯一遍。

強夯后，道面土基應(yīng)達到圖4所示預(yù)期效果，自上而下大體分為三個區(qū)域：Ⅰ區(qū)為置換區(qū)（厚1.5m～2m），由密實的風(fēng)化砂巖柱體與風(fēng)化砂巖稀釋膨脹土的密實混合土體共同組成復(fù)合地基；Ⅱ區(qū)為強夯壓密區(qū)（厚4m～4.5m），該區(qū)在強夯沖壓作用下，風(fēng)化砂巖被擠入膨脹土內(nèi)，使膨脹土稀釋，從而形成以風(fēng)化砂巖為骨架、膨脹土填充風(fēng)化砂巖骨架孔隙的密實混合土體地基；Ⅲ區(qū)為強夯影響區(qū)，膨脹土部分被風(fēng)化砂巖稀釋，該區(qū)地基密實度主要由分層碾壓形成，強夯有一定的加密作用。強夯后，土基表面采用砂礫土找平（厚0.3m～0.5m）。

2.3 點夯收錘標準

最后二擊平均沉降量不大于50mm；夯坑周邊土體不發(fā)生過大隆起；不因夯坑過深而起錘困難[3]。

3、強夯施工技術(shù)參數(shù)的確定

3.1 強夯機具

選用W2000A型50t履帶式強夯機，起重臂長25m，最大起重量20t，最大起重高度19m。夯錘16t～18t，直徑2.6m，4個通氣孔（直徑300mm）。

3.2 有效加固深度

有效加固深度由式（1）估算[4]，通過現(xiàn)場試夯確定。

式中： --加固影響深度，m；

--錘重，t；

--落距，m；

--不同土質(zhì)對能量的吸收系數(shù)，一般為0.5～0.8，但軟土取0.5，黃土取0.34～0.6。

本工程錘重選16t，落距為16.5m；土基為填土，根據(jù)經(jīng)驗取系數(shù)k值為0.60，則由式（1）求得 為9.8m。強夯區(qū)填土平均厚度8.5m，有效加固深度（h）滿足強夯處理深度要求。

3.3 現(xiàn)場試夯及強夯施工技術(shù)參數(shù)

在停機坪西南角選擇一塊20m×20m的場地試夯。試夯分別采用等腰三角形和矩形兩個布點方案，每夯點點夯過程中，測量每擊夯沉量及夯坑周邊隆起量、夯坑深度?，F(xiàn)場實測點坑夯坑深度為1.8m～2.5m?？雍惶钊腼L(fēng)化砂巖、推平，然后滿夯，滿夯平均夯沉量約0.45m。試夯結(jié)束后，挖探坑觀察強夯土基斷面膨脹土的"稀釋"情況、檢測壓實度。通過試夯，確定強夯施工技術(shù)參數(shù)為：

1）夯擊能2600kN·m～3000kN·m（160kN×16.5m～18.5m）；

2）點夯兩遍，等腰三角形布點，間距4.24m，如圖5所示，每遍間隔時間為7天；

3）點夯擊數(shù)為9～12擊（最后二擊平均沉降量不大于50mm）；

4）滿夯一遍，夯擊能量1200kN·m（160kN×8m），錘與錘之間搭接1/4，每點夯擊二次。

4、結(jié)語

本文以某機場工程填方區(qū)膨脹土地基處理為研究背景，分析了設(shè)計特點，確定了施工方案，通過對比分析，設(shè)計了強夯處理方案，提出了強夯施工的技術(shù)參數(shù)，較好的解決了該工程的實際問題，對今后在膨脹土地區(qū)修建機場有一定的參考意義。

參考文獻

[1]汪雙杰等.高速公路不良地基處理理論與方法[M].人民交通出版社.2004.10：138-146

[2]孫發(fā)根.公路路基膨脹土填料工程特性及其處理[C].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報.2003.7