機(jī)場(chǎng)道槽區(qū)膨脹土地基處理研究

王秀麗

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西太原 030009)

1 概述

膨脹土的主要構(gòu)成是強(qiáng)親水性的蒙脫石以及伊利石的粘土礦物，因而有著十分明顯的吸水膨脹脫水收縮性能，脹縮性質(zhì)十分顯著。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明膨脹土具有十分強(qiáng)的多裂隙性和崩解性，屬于高塑性的粘土，這也是其對(duì)工程有著很強(qiáng)危害性的根本原因。文章結(jié)合了某機(jī)場(chǎng)的實(shí)際施工案例，來(lái)對(duì)膨脹土特點(diǎn)以及改良方法進(jìn)行探究。

2 膨脹土變形規(guī)律

從膨脹土的物理性質(zhì)以及對(duì)其進(jìn)行的變形實(shí)驗(yàn)對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行分析。

2.1 膨脹土物理性質(zhì)

粘土種類(lèi)的種類(lèi)含量是對(duì)膨脹土的脹縮性質(zhì)影響最為明顯的因素，通過(guò)X射線(xiàn)的衍射對(duì)其進(jìn)行定量分析之后可知其主要礦物成分是水云母、高嶺石和綠泥石等。一般是通過(guò)所需應(yīng)該指數(shù)以及小于2μm粒子的含量來(lái)對(duì)膨脹土進(jìn)行分類(lèi)和性質(zhì)判斷，使用威廉姆斯圖以及膨脹率來(lái)對(duì)膨脹土膨脹性質(zhì)進(jìn)行分析，調(diào)查的機(jī)場(chǎng)屬于中等膨脹性，膨脹土等級(jí)為弱膨脹性。

2.2 變形實(shí)驗(yàn)

膨脹土進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候需要在輕便固結(jié)儀上進(jìn)行，使用不同含水量和不同干密度下的膨脹土，在不同壓力條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，土樣的初始含水量為17%，21%和25%，擊實(shí)密度為1.53 g/cm3和 1.63 g/cm3，受到的壓力為10 kPa，30 kPa，50 kPa。壓力在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前給上，同時(shí)為了避免鋼環(huán)和土壤之間摩擦可能會(huì)導(dǎo)致的土壤不均勻變形，而在鋼環(huán)和土壤之間涂抹黃油，變形結(jié)束之后獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)其分析。實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果表明干密度會(huì)對(duì)膨脹變形有著十分明顯的影響，而干密度越大的話(huà)就會(huì)有著越小的變形量。初始含水量會(huì)對(duì)膨脹初始速率有著明顯影響，加入水之后明顯開(kāi)始膨脹變形，而壓力可以抑制水浸入土壤，所以可以抑制膨脹變形。

3 跑道道槽區(qū)的附加應(yīng)力

作用在跑道的道槽區(qū)附近的應(yīng)力主要包括填土的自重，道面結(jié)構(gòu)的自重以及飛機(jī)帶來(lái)的荷載。

3.1 填土自重和結(jié)構(gòu)面自重

填土的自重以及道面結(jié)構(gòu)的自重屬于超大面積載荷，也是恒載的一種，填土和道面結(jié)構(gòu)給地基產(chǎn)生的附加應(yīng)力不會(huì)隨著深度的增加而衰減。填土的自重和填方高度之間有著密切的關(guān)系，所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的土方填高度一般都有幾十米，甚至高達(dá)百米。道面結(jié)構(gòu)的自重載荷和道面的具體結(jié)構(gòu)類(lèi)型有直接關(guān)系，同時(shí)厚度也會(huì)有所影響。

3.2 飛機(jī)載荷

飛機(jī)荷載屬于活載，會(huì)因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況產(chǎn)生變化，根據(jù)飛機(jī)型號(hào)的不同一般附加應(yīng)力會(huì)在5 kPa～60 kPa之間。附加應(yīng)力效果會(huì)隨著深度的增加而逐漸降低，一般在5 m左右的深度時(shí)就已經(jīng)衰減到了10 kPa以?xún)?nèi)。

3.3 載荷組合

填方當(dāng)中尤其是填方高度超過(guò)5 m的時(shí)候，載荷會(huì)因?yàn)轱w機(jī)載荷隨深度減少而迅速減少，這時(shí)候地基受到的應(yīng)力主要是填土自重載荷以及道面的結(jié)構(gòu)層載荷。挖方的地方則主要是飛機(jī)載荷和道面的結(jié)構(gòu)層自重載荷，飛機(jī)載荷影響的效果在地面的淺層，填方高度在5 m以?xún)?nèi)的時(shí)候地基的載荷主要是由飛機(jī)和填土以及結(jié)構(gòu)面三方面載荷組成的。

4 樁網(wǎng)復(fù)合地基的工作特點(diǎn)

樁網(wǎng)復(fù)合地基對(duì)三方面復(fù)合載荷有著比較好的承載效果。

4.1 樁網(wǎng)復(fù)合地基的受力原理

樁網(wǎng)復(fù)合型的地基有著十分復(fù)雜的受力情況，同時(shí)也有著遠(yuǎn)高于地基土壤的抗壓強(qiáng)度剛度，所以樁當(dāng)中的土壤上部沉降會(huì)大于樁帽的上部沉降，這之間存在一個(gè)相對(duì)位移。沉降和變形的過(guò)程中樁和樁之間的土壤會(huì)通過(guò)剪應(yīng)力的方法把部分自重帶來(lái)的載荷傳遞到樁帽上，這就導(dǎo)致了樁之間土壤受到應(yīng)力的減小，同時(shí)樁受到的載荷會(huì)增加，產(chǎn)生土拱效應(yīng)。路堤如果高度相對(duì)于樁帽間距較小，則剪應(yīng)力的剪切面會(huì)貫穿在整個(gè)路堤當(dāng)中，進(jìn)而就不會(huì)形成土拱，樁土當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)的相對(duì)位移就會(huì)直接傳遞到路堤的表面上，這會(huì)導(dǎo)致路面上直接出現(xiàn)差異沉降。而如果路堤的高柱相對(duì)樁帽之間有著較大的間距，路堤當(dāng)中就會(huì)形成土拱，因而相對(duì)位移就被限制在了沉降面以下，進(jìn)而路體表面不會(huì)出現(xiàn)差異沉降。

4.2 樁網(wǎng)沉降地基的力層維持

樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降模式主要包括樁頂上方的刺入變形和樁一端下刺入變形，一般會(huì)因?yàn)榧咏顚拥拇嬖诙@得上刺變形量很小，所以持力層就直接決定了大部分的復(fù)合地基沉降效果。樁一端受到的承載力越小，就會(huì)有著越深的中性點(diǎn)深度。中性點(diǎn)以上屬于受阻力區(qū)，有效樁即會(huì)起到承載作用的樁為中性點(diǎn)到樁一端之間的部分，所以持力層的承載力越小就會(huì)有著越長(zhǎng)的樁長(zhǎng)，這是為了確保承載力能夠承受飛機(jī)載荷。如果因?yàn)橐恍┰蚨荒苓^(guò)長(zhǎng)，則一般是通過(guò)減小樁之間的間距來(lái)減小土拱的荷載。為了確保施工結(jié)束之后有著合格的沉降值，需要確保樁端的持力層具有良好的承載力，能夠在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)入到硬持力層的范圍當(dāng)中，進(jìn)而就能夠有效的減少刺入行變量，這也確保了地基處理能夠滿(mǎn)足施工要求和經(jīng)濟(jì)性要求。

4.3 樁頂?shù)奶钔粮叨?/h3>

在跑道附近，對(duì)路面的差異沉降有著更高的要求，所以必須要確保道路的結(jié)構(gòu)層面能夠處于等沉面以上，進(jìn)而確保樁網(wǎng)復(fù)合地基能夠有著比較好的處理效果，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)在等沉面上的時(shí)候，刀面結(jié)構(gòu)層的沉降效果對(duì)復(fù)合地基的沉降效果沒(méi)有很大的關(guān)系，基本是在進(jìn)行均勻的下沉，差異沉降層比較小所以只要確保工程結(jié)束之后有著滿(mǎn)足跑道的槽區(qū)控制標(biāo)準(zhǔn)即可。樁間距在2 m左右，按照土拱效應(yīng)計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，得到的土拱高度大概是2 m～5 m之間。實(shí)際計(jì)算過(guò)程中使用不同的計(jì)算方法，會(huì)有著差異較大的結(jié)果，所以一般是選擇更加保守的計(jì)算結(jié)果，并且需要確保填方的高度大于5 m，這時(shí)就可以確保樁頂?shù)娘w機(jī)載荷衰減量是足夠的，進(jìn)而避免了飛機(jī)載荷對(duì)樁體以及加筋層帶來(lái)的影響作用。因此填方高度高于5 m時(shí)的跑道槽區(qū)最好使用樁網(wǎng)復(fù)合地基的方法來(lái)進(jìn)行處理。路面結(jié)構(gòu)在等沉面以下的時(shí)候，道面結(jié)構(gòu)沉降形式會(huì)表現(xiàn)出樁頂有著比較小的沉降，而樁間的土壤會(huì)有著很大的沉降，因而很難將差異沉降范圍控制在1.5%以?xún)?nèi)。一般為了達(dá)到這一要求，會(huì)使用增大樁徑或者是減少樁間距的方法等，這樣一來(lái)土基就有著過(guò)大的整體剛度，飛機(jī)行駛的舒適性會(huì)大幅度降低，同時(shí)地基處理過(guò)程有著過(guò)高的報(bào)價(jià)，也影響了施工工期。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合文章內(nèi)容分析，跑道槽區(qū)的膨脹土地基處理過(guò)程中，為了確保地基能夠充分滿(mǎn)足完工之后對(duì)槽區(qū)的沉降要求以及施工效率要求，處理的軟土不能太厚，樁長(zhǎng)也不能太長(zhǎng)，最好是使用堅(jiān)硬的樁端持力層。同時(shí)填方的高度不能夠小于5 m，否則難以形成完整的土拱，進(jìn)而導(dǎo)致路面出現(xiàn)明顯沉降。最后應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎使用挖方區(qū)，如果實(shí)在不可避免，則應(yīng)當(dāng)重視地基沉降問(wèn)題以及加筋層的穩(wěn)定性問(wèn)題。