鞏偉，焦淑賢，汪日燈

(1.中交機場勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交第四航務工程勘察設計院有限公司)

1 引言

羅伯茨國際機場路基主要為鹽漬土，其工程特性受溫度及濕度影響較大，主要表現(xiàn)為難于碾壓、強度較低、水穩(wěn)性差。當溫度或濕度變化時，鹽漬土易發(fā)生鹽脹，使土體表層結(jié)構(gòu)破壞和疏松，造成路面溶陷、鹽脹、腐蝕等病害。對于機場這種具有特殊使用要求的工程，較小的鹽脹或溶陷會導致機場道面形成錯臺、斷板等危害，嚴重時影響飛機飛行安全，因此，對羅伯茨機場鹽漬土地基進行改良具有重要工程意義。

鹽漬土是一種具有環(huán)境敏感性的特殊土，其工程性質(zhì)受到廣大學者及工程人員的關(guān)注，主要集中在3個方面：① 對鹽漬土工程性質(zhì)的影響因素進行分析。錢曉明等通過正交試驗研究了壓實度、含水率、含鹽量及凍融循環(huán)次數(shù)對硫酸鹽漬土強度特性的影響，發(fā)現(xiàn)鹽漬土的黏聚力受上述因素影響較大，而內(nèi)摩擦角變化不明顯；吳亞平等研究了顆粒級配對粗粒鹽漬土溶陷特性的影響，表明級配類型中粗顆粒的占比增大時，粗顆粒的骨架作用會抑制溶陷的發(fā)生，溶陷量會隨之減??；② 利用室內(nèi)試驗及理論分析等手段揭示鹽漬土鹽脹變形機理。張俊等發(fā)現(xiàn)和田地區(qū)道面出現(xiàn)鼓脹、錯臺及斷板的主要原因為道面結(jié)構(gòu)層中的某一層發(fā)生了鹽脹；張沛然等發(fā)現(xiàn)鹽漬土在自然氣候條件下的水-熱場變化特征與鹽脹變形規(guī)律，表明鹽漬土可分為起步發(fā)展期、穩(wěn)步發(fā)展期、快速發(fā)展期及塌陷變形發(fā)展期4個階段；呂擎峰等采用核磁共振技術(shù)對固化鹽漬土的微觀結(jié)構(gòu)特征進行檢測，表明顆粒間的膠結(jié)情況對固化效果的影響遠大于孔隙特征；③ 基于鹽漬土鹽脹變形機理，提出改良鹽漬土工程特性的措施。周琦等對濱海鹽漬土進行改良試驗研究發(fā)現(xiàn)濱海鹽漬土經(jīng)石灰、水泥和SH綜合固化處理后，其強度和水穩(wěn)性能達到規(guī)范要求；張莎莎等分析了火山灰對鹽漬土路基填料的作用機理，發(fā)現(xiàn)石灰或石灰+火山灰改良劑可顯著減少礫砂類硫酸鹽漬土的鹽脹量，并降低鹽脹敏感溫度區(qū)間。上述研究雖在完善鹽漬土溶陷、鹽脹機理、促進鹽漬土路堤路基技術(shù)等方面均取得了較為豐碩的成果，但關(guān)于道面平整度要求嚴格的機場鹽漬土路基方面的研究鮮見報導，且較少關(guān)于鹽漬土地基改良的工程案例研究。

鑒于此，該文開展不同石灰、粉煤灰摻量下鹽漬土的擊實、CBR及無側(cè)限抗壓強度試驗研究，對比分析濱海鹽漬土機場路基的改良方案，基于效益-費用比優(yōu)選最佳石灰、粉煤灰摻量，并對改良鹽漬土路基含鹽量、壓實度等改良效果進行檢測，以期為類似鹽漬土路基改良提供理論及實踐參考。

2 試驗設計

2.1 試驗方案

采用羅伯茨國際機場鹽漬土作為試驗的原材料，研究石灰、粉煤灰對鹽漬土工程特性的改良效果，試驗方案見表1。為降低試驗誤差，各組試驗做3組平行試驗，試驗結(jié)果取3組試驗的平均值。

表1 試驗方案

注：石灰及粉煤灰含量為石灰及粉煤灰占鹽漬土試樣的質(zhì)量百分比。

2.2 試驗方法

(1)重型擊實試驗

試樣采用干法制備，將風干土樣放在橡皮板上碾散后過5 mm篩，按照試驗方案拌和特定質(zhì)量的石灰與粉煤灰，按預估最優(yōu)含水率制備一組含水率相差約2%的試樣，裝入塑料袋中靜置24 h以上，然后采用重型擊實標準分3層進行擊實，測定最大干密度和最優(yōu)含水率，并為其他工程特性試驗做準備。

(2)CBR試驗

采用路面材料強度儀測試改良鹽漬土的CBR值，采用擊實試驗制成最優(yōu)含水率的試樣。試樣浸水24 h后測其膨脹量，再將泡水后的試樣在特定荷載下進行貫入試驗，轉(zhuǎn)動手輪使貫入桿以1.25 mm/min的速度壓樣，測記百分表讀數(shù)。

(3)無側(cè)限抗壓強度試驗

采用應變控制式無側(cè)限抗壓強度儀開展改良鹽漬土的無側(cè)限抗壓強度試驗，通過數(shù)顯式壓力試驗機分3層制作直徑40 mm，高100 mm的無側(cè)限抗壓強度試樣。試驗過程中，以軸向應變0.1 mm/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動手輪，記錄百分表讀數(shù)，當百分表達到峰值或讀數(shù)穩(wěn)定時，繼續(xù)試驗一直到5%應變值后停止試驗，控制試驗時間在20 min內(nèi)。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 最佳含水率與最大干密度

表2為石灰、粉煤灰改良鹽漬土的最佳含水率與最大干密度。

表2 改良鹽漬土擊實結(jié)果

由表2可知：不同石灰、粉煤灰摻量下，改良鹽漬土的最佳含水率變化范圍為17.1%～19.6%，最大干密度變化范圍為1.53～1.75 g/cm3；石灰摻量一定時，改良鹽漬土的最佳含水率隨粉煤灰摻量的增加而升高，最大干密度隨粉煤灰摻量的增加而減??；粉煤灰摻量一定時，石灰摻量越高，改良鹽漬土的最佳含水率越低，最大干密度越小。

3.2 CBR值

CBR值反映路基抗局部剪力的性能，是衡量路基填料強度的重要指標。經(jīng)石灰及粉煤灰改良后的鹽漬土CBR值見表3。

表3 改良鹽漬土CBR試驗結(jié)果

由表3可知：各組方案鹽漬土無齡期下CBR值均在31%以上，7 d齡期下CBR值均高于45%；石灰摻量一定時，無齡期及7 d齡期的土體CBR值均與粉煤灰摻量呈負相關(guān)關(guān)系，粉煤灰摻量越高，CBR值越小；不同方案下改良鹽漬土7 d齡期CBR值均比無齡期CBR值高出10%，其中石灰摻量與粉煤灰摻量均為6%的方案下，7 d齡期CBR值達到最大，無齡期CBR值為42.16%，7 d齡期下CBR值為62.26%；石灰摻量由3%增加至6%時，鹽漬土的7 d齡期CBR值增長幅度大于15%，而石灰摻量再增加時，鹽漬土的CBR值不升反降。

3.3 無側(cè)限抗壓強度

無側(cè)限抗壓強度指土在無側(cè)限條件下抵抗軸向壓力的極限強度，可作為評價改良鹽漬土強度特性的指標，能夠快速地反映其抵抗破壞的能力和特性。經(jīng)過7、28、90及180 d的養(yǎng)護后分別對其進行無側(cè)限抗壓強度試驗，結(jié)果見表4。

由表4可知：鹽漬土的無側(cè)限抗壓強度隨齡期不斷增長；石灰摻量越高，鹽漬土的無側(cè)限抗壓強度越大；石灰摻量一定時，早期強度隨粉煤灰摻量的增加而降低，最終的強度隨粉煤灰摻量的增加而升高，表明粉煤灰可抑制鹽漬土的早期強度，而提升鹽漬土的最終強度。其原因為粉煤灰雖具有活性，但本身并不具水硬性，與水拌和后亦無法產(chǎn)生一定的強度，但隨著養(yǎng)護齡期的增加，隨著粉煤灰的增加，鹽漬土強度明顯增大。

表4 改良鹽漬土無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

4 工程應用

4.1 工程概況

羅伯茨國際機場是利比里亞共和國最主要的國際機場，位于該國首都，是西非最大機場之一。但在內(nèi)戰(zhàn)期間，機場受到嚴重破壞。目前設施陳舊，規(guī)劃混亂，跑道、滑行道破損嚴重，嚴重影響飛機的起降安全，亟需對機場進行升級改造。利比里亞羅伯茨國際機場改擴建項目的實施將會大大改善機場安全通航條件。

羅伯茨國際機場現(xiàn)有04/22號瀝青跑道長3 353 m、寬45 m，兩側(cè)設有7.5 m寬的道肩，飛行區(qū)等級為4E。連接跑道和機坪的滑行道系統(tǒng)包括4條聯(lián)絡滑行道。此次機場修復工程主要包括原有跑道道面修復，新建聯(lián)絡道及跑道04端掉頭坪工程，道面均采用瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，項目所處場地土大部分為鹽漬土。

4.2 鹽漬土地基改良方案分析

關(guān)于鹽漬土地基處理的方法有很多種，例如換土法、化學處理法、強夯法、土工聚合物加筋法、碎石樁法等，歸納各方法的適用性和局限性見表5。

根據(jù)現(xiàn)場場地情況及對原有道面利用程度，該工程擬采用換土法和固化劑法兩種方案。為保證工程質(zhì)量，同時降低成本，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比選后確定，對于機場跑道滑行道出現(xiàn)嚴重損毀的部分進行路面全部挖除，挖除部分回填碎石基礎，然后對路面重新鋪裝。對于新建跑道滑行道部分基礎，由于面積較大，統(tǒng)一采用石灰粉煤灰對鹽漬土地基進行改良。

表5 鹽漬土地基改良方法比較

4.3 效益-費用比分析

改良鹽漬土的強度反映的是土體抵抗外荷載的能力，而無側(cè)限抗壓強度可準確地反映強度特性，故可采用無側(cè)限抗壓強度作為鹽漬土路基改良效益的評價指標。此外，改良鹽漬土是一個過程，不宜采用初期強度，而齡期比較長的強度又和現(xiàn)代交通建設采用的更快的開放交通相違背。綜合考慮，采用改良鹽漬土28 d的無側(cè)限抗壓強度作為評價指標，見表6。

表6 不同方案下改良鹽漬土28 d無側(cè)限抗壓強度

由表6可知：石灰摻量為3%、粉煤灰摻量為9%時，改良鹽漬土28 d的無側(cè)限抗壓強度最低(1 MPa)；石灰摻量為10%、粉煤灰摻量為30%時，改良鹽漬土28 d的無側(cè)限抗壓強度最高(2.37 MPa)。

為了簡化計算，僅考慮材料費用。根據(jù)調(diào)查，石灰價格約60元/t，粉煤灰25元/t。現(xiàn)計算10 000 t土方的費用。以石灰摻量3%，粉煤灰摻量3%為例，10 000 t土方需要石灰300 t，粉煤灰300 t，費用為2.55萬元。按照此方法依次計算費用見表7。由表7可知：不同方案的費用隨石灰及粉煤灰摻量的增加逐漸提高，石灰摻量3%，粉煤灰摻量3%時，費用最低為2.55萬元；石灰摻量10%，粉煤灰摻量30%時，費用最高為13.50萬元。

為綜合考慮效益及費用要求，定義效益-費用比(η)作為綜合評價指標。效益-費用比按式(1)計算：

η=σ/C

(1)

式中：η為效益-費用比；σ為28 d的無側(cè)限抗壓強度；C為材料費用。

表7 不同方案費用

效益-費用比計算結(jié)果見表8。由表8可知：方案A1、A2、B1的效益費用比為0.3以上，其余均小于0.3。綜合考慮改良鹽漬土無側(cè)限抗壓強度、CBR值及經(jīng)濟性，同時利用鹽漬土改良后填筑地基，可以很大程度地減少淤泥棄運及土方運輸過程中對道路環(huán)境的影響，以及取土及棄土對生態(tài)環(huán)境的影響，具有一定的社會環(huán)境效益。綜上所述該項目最終選擇方案B1(石灰摻量為6%、粉煤灰摻量為6%)作為改良鹽漬土的最佳方案。

表8 不同方案效益-費用比

4.4 效果評價

(1)含鹽量檢測

在項目施工過程中，加強對鹽漬土及固化劑均勻性的檢測，對于道床以下的鹽漬土，采取每1 000 m3隨機抽查1組；對于道床以上的每500 m3隨機抽查1組，每組采用3個土樣進行分析。對于檢測過程中發(fā)現(xiàn)改良未達標或者改良不均勻的鹽漬土，須進行重新處理，以保證道床部分鹽漬土分布均勻。

(2)壓實度檢查

鹽漬土改良地基的壓實情況是施工過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。影響壓實度的主要因素包括：填料的粒徑、含水率、每層的壓實厚度、壓實機具、壓實遍數(shù)等。在施工過程中，碾壓采用20 t龍工QX520振動碾，激振力為351/200 kN,振動碾的行駛速度控制在1.5～2.0 km/h，碾壓遍數(shù)為4、6、8遍。經(jīng)過現(xiàn)場檢測，壓實度均大于98%，滿足規(guī)范要求。

(3)改良效果檢驗

經(jīng)過對已經(jīng)完工部位的跑道、滑行道道肩及場區(qū)道路的連續(xù)觀測，在飛機或者車輛的頻繁作用下，道面基礎沒有出現(xiàn)鼓脹開裂，塌陷變形；道肩道面未出現(xiàn)松散剝蝕；飛行場區(qū)未出現(xiàn)翻漿等病害。

5 結(jié)論

為改良濱海鹽漬土機場路基填料工程特性，進行不同石灰、粉煤灰摻量下鹽漬土的擊實、CBR值及無側(cè)限抗壓強度試驗，并分析濱海鹽漬土機場路基的改良效果，得到以下結(jié)論：

(1)石灰摻量一定時，改良鹽漬土的最佳含水率隨粉煤灰摻量的增加而升高，最大干密度隨粉煤灰摻量的增加而減小。

(2)改良鹽漬土無齡期下CBR值均在31%以上，7 d齡期下CBR值均高于45%，石灰摻量大于6%時，鹽漬土的CBR值不升反降。

(3)鹽漬土的無側(cè)限抗壓強度隨齡期不斷增長，粉煤灰會抑制鹽漬土的早期強度，而提升鹽漬土的最終強度。

(4)綜合考慮社會環(huán)境、地質(zhì)情況、施工難易性及經(jīng)濟要求等因素，確定采用固化劑法對鹽漬土進行改良。通過CBR試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗及經(jīng)濟效益分析，確定石灰、粉煤灰最優(yōu)配比。經(jīng)工程應用驗證，采用石灰、粉煤灰改良鹽漬土路基切實可行，研究成果可為濱海鹽漬土路基改良提供理論指導。