【摘 要】強(qiáng)夯法及沖擊碾壓法是消除液化地基常用的兩種地基處理技術(shù)，由于加固特點(diǎn)和施工工藝等方面的差異，兩者在實(shí)際工程的應(yīng)用中各有利弊。文章結(jié)合淮安漣水民用機(jī)場的實(shí)際工程地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)要求，針對淺層液化地基，進(jìn)行了兩種工法現(xiàn)場試驗(yàn)的對比研究。根據(jù)監(jiān)測、檢測結(jié)果，從兩種工法在消除淺層粉土液化和加固粉土地基的施工特點(diǎn)、加固效果、沖擊力及經(jīng)濟(jì)效益等幾個(gè)方面進(jìn)行了定性定量的對比分析。最后，為淮安民用機(jī)場淺層液化地基加固處置提出了最優(yōu)施工方案。

【關(guān)鍵詞】強(qiáng)夯；沖擊碾壓；淺層液化；現(xiàn)場試驗(yàn)；監(jiān)測檢測；對比分析

近幾年來，隨著國家大規(guī)模建設(shè)的推進(jìn)，許多重大工程不得不建在不良地基土上。其中以機(jī)場建設(shè)占地面積大，安全性要求高最為突出。而機(jī)場建設(shè)中難免會(huì)遇到不良地基土如易液化的粉土、砂土，需要通過有效的地基處置技術(shù)手段來提高地基土的工程性能，事先消除液化問題，為機(jī)場道面結(jié)構(gòu)提供一個(gè)密實(shí)穩(wěn)定的地基。雖然處置液化地基的技術(shù)方法有多種，但根據(jù)已有的相關(guān)工程理論和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，考慮到工程費(fèi)用、施工工期等因素，強(qiáng)夯密實(shí)法和沖擊碾壓密實(shí)法在機(jī)場工程液化地基處理中應(yīng)用較為廣泛，能夠達(dá)到消除液化的目的。地基的強(qiáng)夯加固法是一種比較傳統(tǒng)的加固方法，常用于處置填土地基、粗顆粒土地基和粉土、砂土液化地基及濕陷性黃土地基等。采用強(qiáng)夯加固淺層砂土地基，消除場地的液化問題，已有許多成功的案例，如廣州白云機(jī)場南航停機(jī)坪等。沖擊碾壓地基加固法則是近幾年發(fā)展起來的淺層與表層地基處理技術(shù)，兼具強(qiáng)夯處理和普通振動(dòng)壓實(shí)處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在近幾年的機(jī)場建設(shè)中，沖擊碾壓技術(shù)因其費(fèi)用低且效率高受到人們的青睞，曾被用于浦東國際機(jī)場二期工程中、太原武宿機(jī)場改建工程和新疆且末機(jī)場跑道工程的淺層地基處理。本文結(jié)合淮安漣水民用機(jī)場的實(shí)際工程地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)要求，針對淺層液化地基，進(jìn)行了兩種工法現(xiàn)場試驗(yàn)的對比研究，根據(jù)監(jiān)測、檢測結(jié)果，從兩種工法的施工特點(diǎn)、加固效果、沖擊力及經(jīng)濟(jì)效益等幾個(gè)方面進(jìn)行了定性定量的對比分析，為淮安民用機(jī)場淺層液化地基加固處置提出了最優(yōu)施工方案。此次研究結(jié)合現(xiàn)場，更加細(xì)致地探討了兩種工法在消除淺層液化地基時(shí)的差異及優(yōu)劣，可以為類似工程提供參考依據(jù)。

一、工程概況

淮安漣水民用機(jī)場建設(shè)項(xiàng)目位于江蘇省淮安市漣水縣陳師鎮(zhèn)及蔣庵鎮(zhèn)。一期工程包括機(jī)場跑道、站坪、候機(jī)樓、停車場等，該機(jī)場飛行區(qū)按4C等級(jí)建設(shè)，其中跑道長度為2400m。

場區(qū)地處黃河決口扇形平原，地勢西北高東南低，地形平坦開闊，地面標(biāo)高為8 ～ 10m。根據(jù)淮安漣水民用機(jī)場飛行區(qū)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，機(jī)場飛行區(qū)場區(qū)6.0m深度內(nèi)為①層粉土，按場地設(shè)防烈度7度考慮為可液化土層，綜合判定場地液化等級(jí)為輕微～中等，地基土承載力特征值為lOOkPa。場區(qū)6m以下為②、④層黏土，硬塑狀態(tài)，地基土承載力特征值大于220kPa，其間夾有③層粉土。因此，機(jī)場飛行區(qū)場區(qū)面臨的主要工程地質(zhì)問題是淺層粉土液化問題，其次場地地基的密實(shí)度和變形特性等工程地質(zhì)不能滿足機(jī)場建設(shè)的要求。

二、試驗(yàn)區(qū)地基處理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)工程理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出采取強(qiáng)夯或沖擊碾壓進(jìn)行液化地基處理。為驗(yàn)證強(qiáng)夯和沖擊碾壓在淮安民用機(jī)場飛行區(qū)地基處理工程中的適用性，并為隨后大面積地基處理方法的選擇提供設(shè)計(jì)依據(jù)和技術(shù)參數(shù)，故預(yù)先開展強(qiáng)夯和沖擊碾壓地基處理試驗(yàn)工作。

（一）強(qiáng)夯地基處理試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)選擇站坪中部，勘察表明該區(qū)域的①層粉土為中等液化土層，總面積為3300m2（66m×50m），根據(jù)單擊夯能的不同，設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)分區(qū)，其中A區(qū)1100m2（22m×50m），B區(qū)1100m2（22m×50m），C 區(qū) 1100m2（22m ×50m）。

試驗(yàn)區(qū)的強(qiáng)夯工藝參數(shù)見表1，強(qiáng)夯地基處理試驗(yàn)的技術(shù)要求如下：

（1）夯錘錘底靜壓力：33kPa。

（2）點(diǎn)夯分兩遍完成，隔點(diǎn)不隔行，單點(diǎn)擊數(shù)一次完成，推平后進(jìn)行滿夯。

（3）夯機(jī)預(yù)留通道為兩列夯點(diǎn)，通道兩側(cè)兩遍夯擊均結(jié)束后，再對預(yù)留通道進(jìn)行夯擊。

（4）點(diǎn)夯停夯標(biāo)準(zhǔn)：滿足擊數(shù)要求的同時(shí)，最后一擊夯沉量不大于5cm。

（5）試驗(yàn)區(qū)結(jié)束2周后，對場地的①層粉土進(jìn)行液化判定，以檢驗(yàn)地基處理的效果?？碧娇滓瞬贾迷谠锌碧娇赘浇?。

（二）沖擊碾壓地基處理試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

沖擊碾壓地基處理試驗(yàn)區(qū)選擇在跑道的南端，詳勘表明該區(qū)域的①層粉土為中等液化土層。試驗(yàn)區(qū)應(yīng)有足夠的長度以滿足沖擊碾壓機(jī)械能夠達(dá)到的最佳工作速度，試驗(yàn)區(qū)總面積為6000m2。

（250m×24m）0沖擊碾壓地基處理試驗(yàn)的技術(shù)要求如下：

（1）采用三邊形沖擊式碾壓機(jī)3YCT32（32kJ）。

（2）沖擊碾壓遍數(shù)20～40遍（10～12km/h）。

（3）停止沖擊碾壓的條件是最后5遍碾壓的沉降量小于1cm。

（4）試驗(yàn)區(qū)結(jié)束2周后，對場地的①層粉土進(jìn)行液化判定，以檢驗(yàn)地基處理的效果?？碧娇滓瞬贾迷谠锌碧娇赘浇?/p>

（5）試驗(yàn)區(qū)結(jié)束2周后，對場地的①層粉土進(jìn)行壓實(shí)度檢測，檢測頻率為1組/1000m2，每組檢測深度為3m，每一組沿深度方向每50cm做一點(diǎn)。

（三）井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)及監(jiān)測檢測

強(qiáng)夯及沖擊碾壓試驗(yàn)區(qū)正式施工之前，分別在強(qiáng)夯C區(qū)進(jìn)行試夯及沖擊碾壓夯擊通道上進(jìn)行試碾。在強(qiáng)夯試夯過程中出現(xiàn)了拔錘困難、沉降量過大、縮坑、夯坑周圍土體隆起較大、強(qiáng)夯機(jī)易陷人等問題。沖擊碾壓試碾過程中，①層粉土也呈現(xiàn)明顯液化狀態(tài)，使機(jī)械行走困難，易陷人地基土中，施工無法正常進(jìn)行。另外，實(shí)際施工過程中由于正值雨季，導(dǎo)致地下水位持續(xù)升高，給施工造成較大困難，故在施工之前及施工過程中采用降水措施。

在試驗(yàn)區(qū)施工作業(yè)前，布置監(jiān)測組件和監(jiān)測設(shè)施，包括地表沉降觀測、地表位移觀測、深層位移量測、分層沉降觀測、地下水位與孔隙水壓力監(jiān)測、土中應(yīng)力量測、地表振動(dòng)監(jiān)測等，施工過程中及施工結(jié)束后進(jìn)行監(jiān)測。在施工前后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)及靜力觸探試驗(yàn)等，通過標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)及靜力觸探試驗(yàn)進(jìn)行土的液化判別及得到強(qiáng)度指標(biāo)，評價(jià)地基處理效果。

三、強(qiáng)夯及沖擊碾壓法現(xiàn)場試驗(yàn)對比分析

（一）施工特點(diǎn)對比

強(qiáng)夯法加固地基適用各類土層，特別適宜加固一般處理方法難以加固的大塊碎石類土以及建筑、生活垃圾或工業(yè)廢料等組成的雜填土，結(jié)合其它技術(shù)措施也可用于加固軟土地基。強(qiáng)夯加固效果顯著，地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后，可明顯提高地基承載力、增加場地均勻性，消除濕陷性、膨脹性，防止振動(dòng)液化，除含水量過高的軟黏土外，一般均可在夯后投人使用。強(qiáng)夯法的應(yīng)用范圍較沖擊碾壓法廣，加固深度比沖擊碾壓法深，但強(qiáng)夯法較沖擊碾壓法施工噪聲及振動(dòng)大，施工速度慢，施工工藝較難控制，且施工機(jī)具移動(dòng)較慢。沖擊碾壓法特別適宜于公路、機(jī)場跑道，在公路機(jī)場施工中具有廣泛的前景。對淺層（3m左右）地基處理的應(yīng)用效果較好。沖擊碾壓法具有施工工序簡單、壓實(shí)速度快、機(jī)械移動(dòng)速度快、工程效率顯著、工期短等的優(yōu)點(diǎn)。另外，沖擊碾壓法施工干擾小、工程造價(jià)低，但沖擊壓路機(jī)也存在對牽引設(shè)備的要求高，駕駛員工作時(shí)極不舒適，工作時(shí)間最多不超過2小時(shí)等弊端。如果地下水位過高，則沖擊壓實(shí)機(jī)行走過程中很容易使表層土體產(chǎn)生液化，導(dǎo)致施工過程難以進(jìn)行，故需要降水處理或增加墊層。另外，在浦東機(jī)場的工程實(shí)踐表明，沖擊碾壓法處理表面有硬殼層的軟土地基的工后沉降要遠(yuǎn)小于強(qiáng)夯法。

（二）加固效果對比

1.監(jiān)測結(jié)果對比

通過強(qiáng)夯及沖擊碾壓的監(jiān)測結(jié)果對比可得：由表2可知，強(qiáng)夯B區(qū)的地表沉降量約為沖擊碾壓的2倍，A區(qū)、C區(qū)的地表沉降也都遠(yuǎn)大于沖擊碾壓試驗(yàn)區(qū)，這說明強(qiáng)夯的壓實(shí)效果和處理深度都要大于沖擊碾壓。從測斜管孔口的位移來看，沖擊碾壓引起的側(cè)向位移約為強(qiáng)夯A區(qū)的5%、B區(qū)的9%、C區(qū)（已去除試夯產(chǎn)生的側(cè)向位移）的16%，即沖擊碾壓相對強(qiáng)夯來說能量較小，對周圍環(huán)境的影響不大。強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)由于隔水夾層及井點(diǎn)降水施工工藝的不當(dāng)，地下水位在2.5m左右，而沖擊碾壓地下水位在3m左右。故強(qiáng)夯及沖擊碾壓試驗(yàn)區(qū)的實(shí)際地質(zhì)條件不是完全相同的，加固效果分析中應(yīng)該考慮到地層及水位的差異。

強(qiáng)夯施工所引起的超孔壓明顯要大于沖擊碾壓所引起的超孔壓。強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)24h超孔壓消散基本上能夠達(dá)到90%，而沖擊碾壓試驗(yàn)區(qū)24h超孔壓消散只能達(dá)到70%左右。分析認(rèn)為，強(qiáng)夯使地基土產(chǎn)生裂縫，利于孔壓消散，而沖擊碾壓由于地基土較為完整，無明顯裂縫，故超孔壓消散較慢。另一方面也說明淮安民用機(jī)場地基土的超孔壓消散較快，施工間隔時(shí)間可以相對較短。強(qiáng)夯的施工間隔可以為24h，沖擊碾壓施工的間隔時(shí)間最好大于24h。從深層位移來看，強(qiáng)夯的影響深度在6m左右，沖擊碾壓的影響在3m左右，這與強(qiáng)夯及沖擊碾壓的沖擊力對比較為吻合。從施工產(chǎn)生的超孔隙水壓力來看，強(qiáng)夯A、B區(qū)的影響深度大于9m，C區(qū)的影響深度為6m左右；沖擊碾壓的影響深度大于6m。

2.檢測結(jié)果對比

經(jīng)過地基處理后，強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)在5m深度內(nèi)的標(biāo)貫擊數(shù)增加較為明顯，而沖擊碾壓試驗(yàn)區(qū)在5m深度內(nèi)的標(biāo)貫擊數(shù)增加最為明顯。如圖1所忝，沖擊碾壓法在1.5m深度內(nèi)的加固效果要優(yōu)于強(qiáng)夯法。1.5m ～5m深度的加固效果遠(yuǎn)低于強(qiáng)夯法。強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)B區(qū)、C區(qū)的6m深度內(nèi)的平均錐尖阻力增長幅度比沖擊碾壓都要大一倍多。靜探曲線也表明沖擊碾壓法在2m深度內(nèi)的加固效果要優(yōu)于強(qiáng)夯法。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及靜力觸探試驗(yàn)液化判別計(jì)算表明，強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)經(jīng)處理后a、b區(qū)完全消除液化，C區(qū)也基本消除液化。第五次沖碾后標(biāo)貫及靜力觸探檢測均有個(gè)別檢測孔未消除液化，第八次沖擊碾壓后已消除液化。

3.沖擊力對比

沖擊碾壓的豎向沖擊力與強(qiáng)夯的豎向沖擊力的對比如表4所示。沖擊碾壓的豎向沖擊力相當(dāng)于強(qiáng)夯A、B、C區(qū)產(chǎn)生的豎向沖擊力的0.45、0.52、0.71。這也在一定程度上表明了強(qiáng)夯與沖擊碾壓加固效果差異的根源。

4.經(jīng)濟(jì)效益對比

從經(jīng)濟(jì)效益上來講，“強(qiáng)夯+井點(diǎn)降水”方案的平均單價(jià)約為70元/m2，且施工周期長。而“沖擊碾壓+井點(diǎn)降水”方案的平均單價(jià)約為30元/m2，施工周期相對較短。若按24萬m2的地基處理面積計(jì)算，結(jié)果如表3所示。計(jì)算結(jié)果表明“沖擊碾壓+井點(diǎn)降水”方案比“強(qiáng)夯+井點(diǎn)降水”方案可以節(jié)省費(fèi)用960萬元左右，前者約為后者的43%。另外，前者還能節(jié)省工期，進(jìn)而降低造價(jià)。

四、結(jié)語

本文結(jié)合淮安民用機(jī)場強(qiáng)夯及沖擊碾壓處置淺層液化（①層粉土）地基的現(xiàn)場試驗(yàn)，通過埋設(shè)監(jiān)測儀器、施工前后檢測，從兩種工法在消除淺層粉土液化和加固粉土地基的施工特點(diǎn)、加固效果、沖擊力及經(jīng)濟(jì)效益等幾個(gè)方面進(jìn)行了定性定量的對比分析。研究結(jié)果表明，強(qiáng)夯加固深度比沖擊碾壓深，加固效果比沖擊碾壓效果好，但強(qiáng)夯法較沖擊碾壓法施工噪聲及振動(dòng)大，施工速度慢，施工工藝較難控制，施工機(jī)具移動(dòng)較慢。“沖擊碾壓+井點(diǎn)降水”方案比“強(qiáng)夯+井點(diǎn)降水”方案可以節(jié)省費(fèi)用960萬元左右，前者約為后者的43%。而沖擊碾壓法也基本能消除淺層液化問題，且對1.5 ～2m深度內(nèi)的土層效果比強(qiáng)夯好，對周圍環(huán)境的影響小。通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面的評價(jià)后認(rèn)為淮安民用機(jī)場可采用“沖擊碾壓+井點(diǎn)降水”方案。

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