王 通 楊碧輝 姜秉秉 王 淼

(1.甘肅中建市政工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅省民航機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000)

機(jī)場(chǎng)運(yùn)行期要對(duì)外公布路面承載強(qiáng)度，只要PCN(Pavement Classification Number)≥ACN(Aircraft Classification Number)，且胎壓符合要求時(shí)就可以運(yùn)行，其中PCN是指不受運(yùn)行次數(shù)限制的道面強(qiáng)度等級(jí)數(shù)字，而道面強(qiáng)度等級(jí)的高低緊緊依賴于土基強(qiáng)度的大小，因此，土基強(qiáng)度是剛性水泥混凝土道面厚度設(shè)計(jì)的重要參數(shù)[1]。表征土基強(qiáng)度的指標(biāo)有地基回彈模量、地基反應(yīng)模量及加州承載比(CBR)，CBR是作為選用土基材料的主要技術(shù)指標(biāo)，在公路工程中一般采用土基回彈模量作為道路設(shè)計(jì)指標(biāo)，而在鐵路規(guī)范、機(jī)場(chǎng)規(guī)范中則采用地基反應(yīng)模量，并以地基反應(yīng)模量對(duì)機(jī)場(chǎng)剛性道面的土基強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行劃分。

1 地基反應(yīng)模量

地基土的反應(yīng)模量采用原捷克斯洛伐克工程師溫克勒(E.Winkler)于1876年提出的彈性地基模型和彈性半空間模型，適用于模擬持力層厚度較小，強(qiáng)度較低的地基，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)測(cè)得。溫克勒地基假設(shè)認(rèn)為地基表面某一點(diǎn)所受的壓力強(qiáng)度p與該點(diǎn)的地基沉降量w成正比(豎向位移w與該點(diǎn)板給地基的壓力p成正比)，而與其他各點(diǎn)的壓力無(wú)關(guān)[1]，即p=kw(其中，p為某一點(diǎn)所受壓力,MPa；w為彎沉值,m；k為基床反力系數(shù)，也稱墊層系數(shù)或地基反應(yīng)系數(shù)和路基反應(yīng)模量)。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法

選用直徑為750 mm，厚度不宜小于25 mm的圓形承載鋼板，鏟除表層耕植土、填土層，依規(guī)范[2]進(jìn)行試驗(yàn)裝置安裝，如圖1所示。并用15.4 kN荷載預(yù)壓1次～2次，觀測(cè)百分表的沉降量，并使其相對(duì)誤差控制在1%以內(nèi)，卸載后方可逐級(jí)加壓(34 kPa→69 kPa→103 kPa→137 kPa→172 kPa→206 kPa或15.46 kN→30.93 kN→46.39 kN→61.85 kN→77.31 kN→92.76 kN)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

地基反應(yīng)模量試驗(yàn)是一種特定條件下基于彈性地基模型的載荷試驗(yàn)，每級(jí)加載后以沉降速率小于0.25 mm/min，且不少于3 min為終止條件[3]。與地基土承載力荷載試驗(yàn)不同，所加的荷載較小，最大92.76 kN，因此在典型的平板載荷試驗(yàn)壓力—沉降曲線三階段[4](直線變形階段、剪切變形階段、破壞階段)中只有直線變形階段，P—S呈直線關(guān)系。

在加載試驗(yàn)完成后，需取承載板下10 cm～20 cm處的地基土樣進(jìn)行含水量試驗(yàn)，取測(cè)點(diǎn)旁土樣采用灌砂法或環(huán)刀法進(jìn)行地基土樣密度試驗(yàn)。當(dāng)測(cè)點(diǎn)地基土的含水量為非飽和狀態(tài)時(shí)，采取原狀土樣進(jìn)行浸水與不浸水條件下對(duì)比的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，壓縮試驗(yàn)的垂直壓力為70 kPa，浸水試樣要求在施壓前達(dá)到飽和狀態(tài)。

3 工程實(shí)例

表1 地基土反應(yīng)模量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過(guò)以上試驗(yàn)可得，該機(jī)場(chǎng)各層地基土的反應(yīng)模量特征值：粉土層的反應(yīng)模量k0值變化范圍在14.82 MN/m3～25.31 MN/m3之間，平均值為19.16 MN/m3；粉砂、礫砂層的反應(yīng)模量ku值變化范圍在52.63 MN/m3～55.56 MN/m3之間，平均值為53.60 MN/m3；角礫層的反應(yīng)模量ku值變化范圍在100.00 MN/m3～111.11 MN/m3之間，平均值為103.70 MN/m3。

表2 地基土壓縮試驗(yàn)與反應(yīng)模量修正結(jié)果表

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)地地基土的反應(yīng)模量是道面厚度設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，基于溫克勒模型的地基土反應(yīng)模量試驗(yàn)發(fā)生在地基土的彈性變形階段，故對(duì)P—S曲線進(jìn)行截距為0的線性擬合，且滿足R2>0.8。地基土反應(yīng)模量特征值隨著含水量的增加而降低，需要對(duì)淺層地基土反應(yīng)模量進(jìn)行不利季節(jié)修正，修正系數(shù)d/du約為0.5。