機(jī)場(chǎng)站坪施工中的軟土地基處理技術(shù)研究

宋瑞

（山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西太原 030000）

0 引言

對(duì)于軟土地基來(lái)講，其地基土一般較為松軟，有著較強(qiáng)的可凹陷性，往往承重之后很容易出現(xiàn)沉降問(wèn)題，這對(duì)于工程建設(shè)產(chǎn)生極為不利的影響。機(jī)場(chǎng)站坪作為機(jī)場(chǎng)當(dāng)中的一個(gè)重要組成內(nèi)容，其工程建設(shè)質(zhì)量可以對(duì)機(jī)場(chǎng)正常穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生直接影響，為避免軟土地基對(duì)機(jī)場(chǎng)站坪施工產(chǎn)生影響，有必要對(duì)其軟土地基處理技術(shù)做出深入研究。

1 軟土地基概述

對(duì)于軟土地基而言，主要指的是由黏土以及粉土等一系列細(xì)微顆粒含量較多的松軟土、具備較大孔隙的有機(jī)質(zhì)土還有泥炭等土層構(gòu)成，同時(shí)地下水位較高，其上的相應(yīng)填方還有構(gòu)造物穩(wěn)定性較差容易出現(xiàn)沉降問(wèn)題的地基，其特點(diǎn)如表1 所示。由于地基屬于地面結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要支撐，所以一旦地基結(jié)構(gòu)受損，輕則影響地面結(jié)構(gòu)體的實(shí)際施工建設(shè)質(zhì)量，重則能夠?qū)е陆ㄖ锍霈F(xiàn)坍塌崩壞問(wèn)題，從而造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失，所以軟土地基的危害性非常大，在工程建設(shè)過(guò)程中，必須要對(duì)其進(jìn)行合理有效的處理?，F(xiàn)階段，較為常用的處理技術(shù)手段主要包括：堆載預(yù)壓技術(shù)、擠密樁技術(shù)、真空預(yù)壓技術(shù)、換填墊層技術(shù)以及強(qiáng)夯法等，均能夠取得良好的處理效果，但需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)選用[1]。

表1 軟土基地主要特點(diǎn)

2 案例概述

案例工程為國(guó)內(nèi)某市所開展的大型國(guó)際機(jī)場(chǎng)站坪以及停機(jī)坪工程施工項(xiàng)目，該機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道主要包括主跑道、平行滑行道以及快速脫離道還有站坪和停機(jī)坪等多個(gè)部分，其中主跑道大約4000m；對(duì)于站坪以及停機(jī)坪，實(shí)際面積達(dá)到了320000m2。該機(jī)場(chǎng)對(duì)站坪地基的要求為保證均勻、密實(shí)以及穩(wěn)定。實(shí)際地基差異沉降需要按50m 彎沉盆進(jìn)行控制，對(duì)于盆底以及盆頂之差需要控制在5m 以內(nèi)；對(duì)于剩余沉降量需要依照實(shí)測(cè)雙曲線進(jìn)行推算，一般以30 年為計(jì)算年限，實(shí)際不得超過(guò)5cm。通過(guò)地質(zhì)勘探顯示，該工程主要土層及特性如表2所示，為提高軟土地基處理成效，該工程對(duì)強(qiáng)夯法、擠密樁法以及堆載預(yù)壓法進(jìn)行了綜合運(yùn)用，并取得了良好應(yīng)用成效。因此文章便以該工程為例針對(duì)機(jī)場(chǎng)站坪施工中的軟土地基處理技術(shù)做出深入探討。

表2 案例工程土層及其特性展示

3 機(jī)場(chǎng)站坪軟土地基處理技術(shù)

3.1 強(qiáng)夯法的應(yīng)用

對(duì)于粉細(xì)砂土來(lái)講，其通過(guò)高能量強(qiáng)力夯擊后，相應(yīng)的地基土可以產(chǎn)生沖擊波以及較大的動(dòng)應(yīng)力。這樣可以對(duì)內(nèi)部土粒產(chǎn)生一種預(yù)震效應(yīng)，從而促使土粒結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新排列，有助于促使土粒密實(shí)性得到有效提升、提高強(qiáng)度以及降低壓縮性，使得土的抗震動(dòng)液化條件得到有效改善，進(jìn)而降低地震液化勢(shì)[2]。具體做法如下。

3.1.1 強(qiáng)夯設(shè)計(jì)

主要結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，合理擬定施工參數(shù)，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)，有效獲取最優(yōu)參數(shù)。對(duì)于粉細(xì)砂來(lái)講，其密實(shí)狀態(tài)能夠?qū)こ绦再|(zhì)造成較大的影響。而密實(shí)程度的一個(gè)關(guān)鍵物理參數(shù)便是孔隙比。一般借助相對(duì)密度Dγ 作為主要控制指標(biāo)。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，Dγ 如果處于0.80 及以上時(shí)，粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)較為緊密，實(shí)際壓縮性較小，具備良好的抗震液化性能，一般出現(xiàn)Ⅶ度地震也不會(huì)出現(xiàn)液化問(wèn)題。

3.1.2 強(qiáng)夯施工參數(shù)

（1）實(shí)際夯沉量。經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算得出，10m 深土層實(shí)際強(qiáng)夯下沉量可達(dá)到60cm，也就是說(shuō)在完成強(qiáng)夯作業(yè)后地面平均下沉量處于60cm 及以上時(shí)，能夠有效達(dá)到抗Ⅶ度地震液化方面的要求[3]。

（2）所需夯擊能量。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，有效夯擊實(shí)際影響深度達(dá)到5~6m 時(shí)，相應(yīng)的單位面積所需要用到的夯擊能量大約為1700~2200（kN·m）/m2；如果是8~10m，一般需要2700~3200（kN·m）/m2，本工程為了能夠切實(shí)消除10m 深粉細(xì)砂液化，最終將單位面積夯擊能量有效明確為3200（kN·m）/m2。

系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)繪制曲線，將更為直觀的運(yùn)行狀態(tài)呈現(xiàn)給運(yùn)行人員，還可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電子表格。系統(tǒng)與Web結(jié)合，實(shí)行入網(wǎng)監(jiān)控。PLC模擬量輸入端連接各種模擬量信號(hào)如電壓、電流、光照等，這些由傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)高精度A/D轉(zhuǎn)換后由PLC控制器處理經(jīng)輸出端送出，控制外圍設(shè)備。顯示器用圖形和文字相結(jié)合的方式顯示各個(gè)裝置的狀態(tài)[6]。

（3）實(shí)際夯錘落距。如果想要有效消除粉細(xì)砂液化問(wèn)題，夯錘方面必須要有一個(gè)足夠的落地距離，唯有著地過(guò)程中產(chǎn)生一定的加速度，才可以產(chǎn)生足夠的沖擊波以及動(dòng)應(yīng)力。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)以及試驗(yàn)來(lái)看，落距達(dá)到4~5m 時(shí)，實(shí)際影響深度能夠達(dá)到4m；如果為7~9m，實(shí)際影響深度能夠達(dá)到7m；如果為14～17m，實(shí)際影響深度能夠達(dá)到10m。

（4）合理選擇夯錘。對(duì)于錘重需要結(jié)合以下公式進(jìn)行估算。

式中：h——落距，m；D——加固深度，m；k——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)0.5~1.0，一般消除粉細(xì)砂液化主要為0.6~0.7；W——錘重，kN。對(duì)于錘底面積，通常依照每平方米錘重大約30kN~50kN，合理選用圓臺(tái)型底面直徑d 大約為2.1m 左右的鋼質(zhì)夯錘。

（5）科學(xué)設(shè)置夯擊次數(shù)以及夯點(diǎn)。案例工程設(shè)計(jì)的夯點(diǎn)主要分為兩種，分別為高能量點(diǎn)夯以及低能量滿夯。對(duì)于高能量點(diǎn)夯用于處理粉細(xì)砂液化問(wèn)題，夯點(diǎn)依照正方形布置，實(shí)際行以及排距主要為3.25m×3.25m；對(duì)于低能量滿夯來(lái)講，發(fā)揮著最后壓實(shí)找平這一作用，實(shí)際行以及排距離主要為2.2m×2.2m[4]。

3.1.3 做好強(qiáng)夯施工控制工作

在實(shí)際開展強(qiáng)夯施工作業(yè)時(shí)，夯擊面需要有效高出地下水位，一般為1.5m 以上，同時(shí)回填1.5~2.0m 厚度的石渣墊層；完成夯擊作業(yè)后，需要檢測(cè)地面平均實(shí)際下沉量，保證處于60cm 以上；對(duì)于最后兩擊的實(shí)際下沉量之差需要控制在5cm 以內(nèi)；夯擊過(guò)程中，需要按行按列連續(xù)定點(diǎn)有效一次夯完實(shí)際每點(diǎn)擊數(shù)。施工過(guò)程中如果遇到薄層軟土，需要分兩序兩遍進(jìn)行夯擊，一般間隔時(shí)間需要能夠促使超孔隙水壓力有效地得到充分消散。

3.2 擠密砂樁以及砂井的運(yùn)用

案例工程中，對(duì)擠密砂樁以及砂井，在設(shè)計(jì)上主要采用的均為同一種振動(dòng)沉管樁機(jī)，實(shí)際樁管直徑全部為377mm，對(duì)于樁以及井間距布置也保持一致。但作用機(jī)制存在一定的差異以及設(shè)計(jì)參數(shù)也會(huì)有所不同。對(duì)于擠密砂樁來(lái)講，其能夠?qū)Ψ奂?xì)砂發(fā)揮出振密以及擠密的作用，而對(duì)于砂井來(lái)講其可以對(duì)軟土發(fā)揮出排水作用，同時(shí)還能夠在軟土中有效地發(fā)揮出置換作用，從而形成良好的復(fù)合地基[5]。

（1）對(duì)于砂樁（井）間距來(lái)講：行距為1.8m，實(shí)際排距為1.56m，主要采用正三角形方式進(jìn)行布置。

（2）最大深度：砂樁控制在14m；砂井主要為22m。

（3）實(shí)際灌砂量（m3/m）：砂樁擠密控制在0.196，中密控制在0.23；對(duì)于砂井?dāng)D密控制在0.096，中密控制在0.11。

（4）實(shí)際拔管速度（m/min）：砂樁控制在1.0 及以內(nèi)；砂樁控制在0.8 以內(nèi)。

（5）具體留振時(shí)間：對(duì)于砂樁上拔0.5m 有效留振5s；對(duì)于砂井不留振。

對(duì)于完成處理作業(yè)的樁間土來(lái)講，其強(qiáng)度需要借助標(biāo)準(zhǔn)貫入以及靜力觸探開展檢測(cè)工作。實(shí)際檢測(cè)位置主要為相鄰砂樁形成的相應(yīng)正三角形的中心。具體檢測(cè)時(shí)間一般為砂樁成樁后大約7d 左右，軟土強(qiáng)度實(shí)際恢復(fù)期應(yīng)該控制在20d 以上，然后再開展檢測(cè)工作。

3.3 堆載預(yù)壓法的應(yīng)用

案例工程站坪區(qū)通過(guò)地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)存在5 塊下臥厚度達(dá)到了8m 以上的淤泥層，需要借助堆載預(yù)壓才可確保剩余沉降達(dá)到5cm。對(duì)于預(yù)壓荷載需要切實(shí)滿足總沉降以及工期要求，通常需要大于道面結(jié)構(gòu)層以及飛機(jī)荷載總和。案例預(yù)壓荷載具體情況如表3 所示。

表3 案例工程堆載區(qū)實(shí)際預(yù)壓荷載

首先，堆載預(yù)壓法的應(yīng)用想要取得理想效果，最為關(guān)鍵的內(nèi)容是排水系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)置，要確保軟土中的孔隙水可以在預(yù)壓荷載作用下，順利且快速地排出，從而加快固結(jié)。案例工程的排水系統(tǒng)主要由垂直以及水平排水組成。對(duì)于垂直排水主要借助砂井完成，下部有效穿過(guò)軟土層頂部然后與水平排水進(jìn)行連接。對(duì)于水平排水主要為設(shè)置在一系列砂井頂部的相應(yīng)粗砂墊層，具體厚度大約為30~40cm，同時(shí)墊層底面還會(huì)每間隔50m 有效地設(shè)置排水盲溝，對(duì)于溝端設(shè)置了相應(yīng)的集水井。這樣軟土當(dāng)中排出的一系列孔隙水，能夠通過(guò)垂直通道砂井快速地進(jìn)入粗砂墊層，然后再經(jīng)過(guò)盲溝順利地流入集水井，再借助抽水泵定時(shí)抽水，以此保持排水系統(tǒng)足夠暢通[6]。

其次，對(duì)于排水盲溝，主要設(shè)置為梯形斷面。借助土工布有效包裹碎石或者是用砂礫進(jìn)行充填，頂面需要與粗砂墊層進(jìn)行連接，對(duì)于縱向依照一定坡度合理地與集水井進(jìn)行連接。對(duì)于集水井，需要每隔50m 有效地設(shè)置1 個(gè)，實(shí)際直徑約為800mm，管材主要為無(wú)砂多孔混凝土預(yù)制管。具體操作中需要在管壁開直徑大約為10mm 左右的小孔。井底需要明顯低于盲溝底部大約30~40cm，借助塑料格網(wǎng)以及土工布進(jìn)行包裹，同時(shí)底部需要借助粗砂以及碎石進(jìn)行充填。

最后，在堆載區(qū)需要預(yù)埋沉降板，以此對(duì)堆載以及預(yù)壓過(guò)程開展觀測(cè)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于軟土地基來(lái)講，其能夠?qū)C(jī)場(chǎng)站坪工程施工建設(shè)效率以及質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，同時(shí)也嚴(yán)重地威脅著機(jī)場(chǎng)投入使用后的安全性以及可靠性，所以必須要做出科學(xué)處理。文章以國(guó)內(nèi)某大型機(jī)場(chǎng)站坪工程為例，針對(duì)其軟土地基處理技術(shù)做出了深入研究，經(jīng)分析驗(yàn)證具有良好可行性，有效地解決了技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)而引發(fā)的處理效果不佳等問(wèn)題，大大地提高了軟土地基的處理效率和質(zhì)量，值得推廣和借鑒。