機(jī)場軟土地基的組合加固法施工探究

嚴(yán)仁

中鐵北京工程局機(jī)場分公司 北京 102308

引言

我國的民航事業(yè)正處于一個(gè)飛速發(fā)展的階段，傳統(tǒng)的民航正在逐漸向著一個(gè)更強(qiáng)更大的航空公司轉(zhuǎn)變。中國將擴(kuò)建和建造大量機(jī)場。由于機(jī)場建設(shè)需要大面積的土地，機(jī)場飛行區(qū)占地面積大，許多地質(zhì)區(qū)域都是軟土。由于軟土其自身的特性，如含水量高、可壓縮性相對(duì)較高、滲透性很低，在長期的荷載作用下，軟土區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生很大的沉降。隨著民航事業(yè)的發(fā)展，空中交通需求也在日益增長，因此機(jī)場建設(shè)也迫切的需要進(jìn)擴(kuò)建和強(qiáng)化。

1 軟土路基工程技術(shù)研究

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展，民航設(shè)施建設(shè)需求大，機(jī)場路基下經(jīng)常存在深厚軟土層，軟基特點(diǎn)是強(qiáng)度低，軟基修建道路存在整體穩(wěn)定性不良等系列問題，軟基上建造建筑物要求對(duì)軟基進(jìn)行處理,對(duì)軟基處理會(huì)影響工程造價(jià)。選擇合理的軟基處理方案對(duì)保證工程質(zhì)量具有重要意義。廣義的軟土包括松散沙質(zhì)土等。工程建設(shè)中遇到的淤泥，不易透水的黏性土稱為軟土地基。軟土施工包括江河沿海等地沉積的軟弱黏性飽和低層。軟基加固是軟土工程的重要工作。在施工中通過勘察設(shè)計(jì)合理的加固方法，采用加固方法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

土的三相為土粒，三相指標(biāo)包括土粒比重等。對(duì)過濕的土進(jìn)行夯實(shí)出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象，土的最佳含水量是在一定壓實(shí)下使土最易壓實(shí)。土中水主要是強(qiáng)結(jié)合水，最佳含水量與壓實(shí)能量有關(guān)，要求土粒有較多水分潤滑。建筑工程中土是承受建筑物荷載的地基，根據(jù)顆粒級(jí)配可分為碎石土等。軟土是近代沉積物，其物理性質(zhì)大部分飽和，孔隙比大于1.5為淤泥，工程中淤泥等統(tǒng)稱軟土。軟土地層包括碎石土等形成互層。軟土在緩慢水流條件下形成，有的軟土層埋在密實(shí)硬土層，軟土地基是自然界生成的地基。不同年代的軟土物理性質(zhì)指標(biāo)相近，軟基特點(diǎn)主要包括含抗剪強(qiáng)度低[1]。

軟基在我國分布廣泛，軟土作為建筑物地基可能造成構(gòu)造物破壞，軟土路基不能承受較大的建筑物荷載，軟土壓縮性較高，道路是帶狀特殊人工建筑物，公路建設(shè)要經(jīng)過大量的軟土地區(qū)，軟基處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致路路基橫坡變小等問題。對(duì)軟基進(jìn)行合理處理十分重要。軟土指基礎(chǔ)為灰色外觀，通常為軟質(zhì)與塑性狀態(tài)。軟土具有高含水量與高孔隙率，我國軟土地基分布廣泛。北方地區(qū)小溪流等地與我國南方地區(qū)等處為工程軟土地基。

軟土路基天然基礎(chǔ)較薄弱，受地震力作用易發(fā)生震動(dòng)塌陷等狀況。需通過相關(guān)技術(shù)進(jìn)行處理，確保地基具備充分的安全性，保證建筑設(shè)施不因軟基沉降形成影響其使用功效。我國50年代開始研究真空排水預(yù)壓法處理技術(shù)研究。1977年，我國開始引入震沖碎石樁法處理軟土路基。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基處理法，已發(fā)展成為當(dāng)前應(yīng)用較成熟普及的軟基處理方法。

2 軟土地基施工處理技術(shù)

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，機(jī)場道路工程建設(shè)加快。如對(duì)軟基處理不當(dāng)會(huì)影響道路正常使用。必須選擇合理的軟基處理技術(shù)方案。軟土由于具有壓縮性大等工程特性，需經(jīng)加固處理，路基沉降是導(dǎo)致路基變形的主要原因，軟基處理方法有很多，處理后地基必須達(dá)到減小路基荷載引起沉降的目的。常用的處理方法有表層處理法，換填法等。

表層排水法是開挖水溝排除地表水，常用透水性良好的砂?；靥?。墊層法是鋪設(shè)砂墊層作為軟土層固結(jié)所需排水層。穩(wěn)固劑表層處理是用水泥等穩(wěn)定材料摻入軟基中改善地基壓縮型。軟基表層處理施工工藝與穩(wěn)定土路面工藝相似，施工前需將軟土排水晾干。強(qiáng)夯法是將提高重錘自由落下夯擊地基，后來施工方法改進(jìn)逐步應(yīng)用到細(xì)粒土地基，強(qiáng)夯法具有適用土類廣等優(yōu)點(diǎn)。我國在80年代采用強(qiáng)夯法處理地基進(jìn)行推廣應(yīng)用。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土等地基，可改善其抗震動(dòng)液化能力，對(duì)飽和度較高的黏土處理效果不顯著。

換填法是挖出地基地面下軟土層，以地質(zhì)堅(jiān)硬的砂石等材料分層充填，以人工方法分層壓實(shí)振動(dòng)，軟土較薄時(shí)可以人工法進(jìn)行表層振動(dòng)等密實(shí)處理[2]。換填法適用于淺層地基處理，包括淤泥土等處理。用于濕陷性黃河地基可消除濕陷性，常見的軟土路基處理方法包括靜載法等。靜載法是將軟性地基壓縮，靜載法利用高壓力，增強(qiáng)地基的承載能力。

添加劑法是在軟土地基中加入物質(zhì)，軟土地基需添加硬性物質(zhì)，在軟土地基中填充材料，通常用泥土碎石等材料進(jìn)行填充，墊層換填法具體施工中，先抽取軟基中的泥土，需在上層加設(shè)土工布。能有效增加路基的承載力。固結(jié)排水法包括真空預(yù)壓法降水預(yù)壓法。應(yīng)用真空預(yù)壓法處理地基時(shí)，應(yīng)確保真空預(yù)壓邊緣大于建筑物基礎(chǔ)。堆載預(yù)壓法處理地基時(shí)，需通過建筑物自重加壓。降水預(yù)壓法用于地下水含量較少的軟土地基。施工前應(yīng)收集地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，砂石樁法通過震動(dòng)的方式在軟土路基成孔，通過排水減壓及砂石的緊密實(shí)現(xiàn)固結(jié)。必要時(shí)需加入水泥，此施工方法加固效果良好。施工中要注意外邊線滿足設(shè)計(jì)布樁要求，震沖施工采用雙水高壓新型震沖工藝。采用水利等物質(zhì)促進(jìn)軟土路基固結(jié)。有效利用固結(jié)結(jié)構(gòu)能力，CFG樁法主要通過水泥石骨架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)[3]。

3 真空降水工藝與低能量強(qiáng)夯技術(shù)的組合加固法施工工藝在機(jī)場軟土地基施工中的應(yīng)用

3.1 真空降水強(qiáng)夯法（下文簡稱為組合加固法）施工工藝流程

組合加固法適用于軟土地基處理，主要是由于軟黏土自身的特性，因?yàn)檐浲恋暮枯^高，所以組合加固法中要先進(jìn)行真空排水，然后利用低能強(qiáng)夯技術(shù)。在施工前，要根據(jù)現(xiàn)場的土層條件和要達(dá)到的處理目標(biāo)來確定施工參數(shù)。

3.2 井點(diǎn)降水的施工工藝

3.2.1 井點(diǎn)降水前的施工準(zhǔn)備。在確定鋪設(shè)總管的位置時(shí)，因?yàn)槌樗檬菦Q定水流方向和出水口位置的設(shè)備，所以要先根據(jù)所用的集水總管的長度和真空泵的電力來確定抽水泵的位置，一般來說最好在抽水泵確定的水流方向外側(cè)挖出集水槽放置集水總管進(jìn)行排水。對(duì)于抽水總管的選擇一般使用的是直徑為60mm的PVP材料管，以管插管的形式組成一根總管，而井點(diǎn)降水使用的井管則一般選用直徑為38mm的PVC材料管?？偣芎途苤g的連接方式是利用軟塑料管將兩者連接[4]。

3.2.2 埋設(shè)井點(diǎn)的步驟和方法。首先是對(duì)井點(diǎn)的位置進(jìn)行測量。井點(diǎn)的測量使用鋼尺，在測量并定位井點(diǎn)的位置時(shí)，可以用紅色的塑料袋裝上土來作為記號(hào)。

第二是井點(diǎn)的埋設(shè)工作。一般選用直徑為38mm的PVC管作為井管，井管下端有1m長的濾管，濾管上的星棋狀排列的鏤空?qǐng)D案是濾管的濾孔，為了防止堵塞濾孔，可以在濾管管壁外包裹一層尼龍絲布并用螺旋形狀的鐵絲將其固定住。

第三，井管與主管連接。主管用塑料密封件連接到主管過渡件末端和透明軟塑料管末端的匯管過渡件，并用塑料密封件密封軟塑料管末端。使用薄膜約束防止接頭丟失影響泵送效果。

第四，抽水。在將井點(diǎn)管和集水總管成功連接以后，要進(jìn)行井點(diǎn)管與集水管連接完成后，要進(jìn)行試抽水工作，目的是各連接處的軟塑料管的接頭是否漏水漏氣。為確保實(shí)現(xiàn)真空狀態(tài)，要在水泵的進(jìn)水管上和出水管上分別安裝一個(gè)真空計(jì)和壓力表。抽水時(shí)，真空計(jì)的示數(shù)應(yīng)當(dāng)控制在-0.03MPa-0.06MPa的范圍內(nèi)，這樣就可以確保抽水泵在正常運(yùn)行過程中，整個(gè)泵送管道可以進(jìn)入正常的泵送操作，不會(huì)漏氣。

第五，對(duì)有效降水的水位進(jìn)行觀測。為確保降水深度能夠滿足設(shè)計(jì)的需要，要在路基上每隔20m埋設(shè)兩個(gè)觀測井點(diǎn)，在觀測井點(diǎn)降水水位的同時(shí)要繪制出降水曲線。每天至少要進(jìn)行兩次降水水位的觀測工作，并進(jìn)行書面記錄。如果降水水位能夠穩(wěn)定的保持在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，就可以進(jìn)行強(qiáng)夯施工工作。

3.3 強(qiáng)夯施工工藝

強(qiáng)夯施工的主要施工過程是場地清理和平整；搗固作業(yè)設(shè)測量放線和搗固點(diǎn)；夯實(shí)后找平并回填加高；三次強(qiáng)夯操作后的振動(dòng)碾壓對(duì)地基處理效果進(jìn)行檢測。其具體的施工步驟和方法如下。

3.3.1 對(duì)場地進(jìn)行清理和平整。每次在拆除真空降水設(shè)備后，都應(yīng)該將場地進(jìn)行清理，并將場地內(nèi)不平整的地方整平，再能實(shí)施強(qiáng)夯作業(yè)。為了確保井點(diǎn)降水對(duì)水位的降低效果得到穩(wěn)定，最好在真空降水作業(yè)完成后12小時(shí)內(nèi)完成強(qiáng)夯工作[5]。

3.3.2 搗固作業(yè)設(shè)測量放線和搗固點(diǎn)。布置夯點(diǎn)時(shí)要按照設(shè)計(jì)要求，一般是4m×4m見方，記錄夯點(diǎn)位置。夯點(diǎn)布置好后，強(qiáng)夯前測量場地標(biāo)高。

3.3.3 夯擊作業(yè)。布置好夯點(diǎn)后，開始夯擊作業(yè)。在這個(gè)過程中，起重機(jī)的夯錘要吊到指定的高度，然后對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)自由下降。設(shè)計(jì)文件中的夯錘要按照重量計(jì)算，每完成一次夯點(diǎn)的夯擊作業(yè)都需要做全過程做好旁注記錄表。

3.3.4 夯實(shí)后找平并回填加高。每對(duì)一個(gè)區(qū)域進(jìn)行一次低能強(qiáng)夯后，都要用推土機(jī)把產(chǎn)生的夯坑推平，夯前夯后高差用現(xiàn)場高程測量計(jì)算。當(dāng)場地的標(biāo)高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要在該區(qū)域回填土加高至設(shè)計(jì)的標(biāo)高，測量夯實(shí)前后的高度差作為下一次強(qiáng)夯作業(yè)的施工標(biāo)高。隨后進(jìn)行后續(xù)的真空降水施工作業(yè)。

3.3.5 路基整平。在完成三次真空降水和強(qiáng)夯作業(yè)后，要振動(dòng)碾壓整個(gè)軟土地基的處理范圍。

3.3.6 振動(dòng)碾壓。采用270KN振動(dòng)壓路機(jī)穩(wěn)壓1次，碾壓振動(dòng)46次。振動(dòng)壓路機(jī)沒進(jìn)行一次碾壓工作的時(shí)間應(yīng)不低于4小時(shí)，應(yīng)采用正交行駛的方向進(jìn)行交錯(cuò)碾壓，交錯(cuò)的搭接寬度應(yīng)大于30cm。

3.3.7 對(duì)地基處理效果進(jìn)行檢測。對(duì)地基處理效果的檢測一般是通過載荷板試驗(yàn)以及鉆土取樣的方法進(jìn)行試驗(yàn)。載荷板試驗(yàn)主要是檢測地基測承載能力。沿路基每200m等間隔檢查四個(gè)路段。每段左側(cè)一點(diǎn)、中間一點(diǎn)、右側(cè)一點(diǎn)由監(jiān)理單位見證檢查。鉆土取樣時(shí)，應(yīng)當(dāng)分別取0.5m、1.0m、2.0m、3.0m、4.0m和5.0m深度的土樣，土工試驗(yàn)的結(jié)果必須符合行業(yè)內(nèi)的相關(guān)規(guī)定[6]。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)場道路建設(shè)需求不斷擴(kuò)大。機(jī)場道路路基下常存在深厚軟土層。軟基工程施工中需對(duì)地基進(jìn)行處理，軟土地基處理技術(shù)直接影響到路基的基礎(chǔ)承載力。本文介紹了軟土的特性，探討了常見軟基工程施工中的要點(diǎn)。組合加固法將低能強(qiáng)夯工藝和真空降水工藝的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，有效地改善了軟土地基的排水條件并將工期很大程度的縮短。這不僅是一個(gè)處理軟土地基的好方法，還擴(kuò)大了強(qiáng)夯技術(shù)的應(yīng)用空間，帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，有良好的應(yīng)用前景，值得推廣。