袁 鴻 （中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 引言

在我國東部沿海地區(qū)存在著大量的軟土地基，軟土層厚度普遍在20m～30m之間[1]。在該地方修建機(jī)場(chǎng)，最大的困難就是要克服機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)下的軟土地基問題，減少工后沉降量，確保飛機(jī)起降安全。軟基處理技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在為止，已經(jīng)有很多的比較成熟的施工工藝，像水泥攪拌樁、強(qiáng)夯法、換填墊層+土工格柵結(jié)合沖擊壓實(shí)法、堆載預(yù)壓排水固結(jié)法、真空預(yù)壓排水固接法等。針對(duì)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)這種大面積的軟土地基處理，水泥攪拌樁法成本太高，強(qiáng)夯法及換填法處理深度不夠，堆載預(yù)壓排水固結(jié)法工期太長，真空預(yù)壓排水法固結(jié)法由于真空度在傳遞過程中損失極大，加固質(zhì)量無法保證。因此，本文以德清莫干山機(jī)場(chǎng)跑道建設(shè)為例，結(jié)合真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)，形成真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工方法，該方法既縮短了工期又提升了加固效果[2]。

2 工程概況

德清莫干山機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)等級(jí)為1B，采取目視飛行。建設(shè)內(nèi)容包括跑道、站坪以及兩條與跑道相連的垂直聯(lián)絡(luò)道等，工程占地面積約21萬m2。

該機(jī)場(chǎng)位于湖州市德清縣雷甸鎮(zhèn)。場(chǎng)地為堆積地貌沖積湖積平原，場(chǎng)地內(nèi)分布有大量水塘。其主要地基土物理力學(xué)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)工程勘察報(bào)告顯示，該場(chǎng)地的主要特點(diǎn)：

①淤泥層深厚，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚度達(dá)30m，土層壓縮性高，在回填土和飛機(jī)荷載作用下工后沉降大；

②現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀分布有大量水塘，塘底水系連通，必須先行將水塘進(jìn)行處理后方可進(jìn)行下一步地基處理；

③飛行區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀地勢(shì)較低，平均只有1.8m，結(jié)合地基沉降考慮，與場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高相差2.7m，后期場(chǎng)地回填需要大量宕渣，同時(shí)該部分宕渣作為附加荷載，加劇了工后沉降。

3 軟基處理方案

考慮機(jī)場(chǎng)后期填土較多，堆載預(yù)壓填料不卸載，用于場(chǎng)地土方回填，堆載高度對(duì)工程造價(jià)影響不大，決定采取真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工技術(shù)處理該軟土地基。處理方式如圖1所示。

圖1 地基處理標(biāo)準(zhǔn)剖面圖

根據(jù)地質(zhì)資料，③-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層承載力特征值為55kPa，而3.5m高填土荷載約為63kPa，超過天然地基容許承載力，故需分級(jí)堆載。加載步驟及加載曲線分別見表2及圖2。

3.1 主要工藝流程

圖2 加載曲線圖

圖3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工工藝流程圖

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓的主要施工順序如圖3所示。

3.2 真空預(yù)壓

3.2.1 平整場(chǎng)地

全部跑道區(qū)域按標(biāo)高1.8m進(jìn)行平整處理。對(duì)范圍內(nèi)的溝塘進(jìn)行抽水、清淤、回填，對(duì)較高的田埂進(jìn)行推平，并清除范圍內(nèi)的地表耕植土、雜草及樹根等雜物。推平后的場(chǎng)地由中間往兩側(cè)放坡，并在四周挖好排水溝，也可利用壓膜溝進(jìn)行排水。

3.2.2 攤鋪砂墊層

先鋪30cm砂墊層作為工作面，由于近年政府加大環(huán)保力度，禁止開采天然砂礫石，故排水墊層材料采用中粗砂墊層，墊層要求有良好的滲透性，滲透系數(shù)不低于10-2cm/s，含泥量不超過3%，粒徑為0～5cm。為避免土工膜被刺破，需將表層樹枝、貝殼及尖棱石子等清除干凈。

主要地基土物理力學(xué)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù) 表1

真空堆載聯(lián)合預(yù)壓時(shí)間及荷載表 表2

監(jiān)測(cè)儀器數(shù)量、方法和頻率 表3

3.2.3 排水板插設(shè)

排水板為C型板，寬度×厚度為10cm×0.45cm，等邊三角形布設(shè)，間隔1.2m。排水板打入土中18m深，頂端留有40cm并橫向埋入膜下30cm的中砂墊層內(nèi)。插板機(jī)拔出時(shí)，所帶出的泥土需用中粗砂回填密實(shí)以減少真空度損失。排水板打設(shè)如圖4所示。

3.2.4 布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

分別在跑道區(qū)域布置沉降板、真空表、水位管和孔壓觀測(cè)孔，孔壓孔內(nèi)按3m間隔埋入孔壓計(jì)（從地表下3m開始布置），并在中間布置水位觀測(cè)管，各監(jiān)測(cè)儀器數(shù)量、方法和頻率見表3。

3.2.5 鋪設(shè)濾水管

真空濾水管管徑ф60mm，濾水孔直徑ф6mm，孔間距5cm，呈三角形或梅花形布置，管外包裹一層80目尼龍網(wǎng)，外層包裹土工布一層。濾水管水平均勻鋪設(shè)，排距7m，最外層濾水管距真空預(yù)壓區(qū)邊線2m，濾水管之間用鋼絲軟管連接，連接要牢固，連接處需密封。跑道一側(cè)預(yù)留接口，以便與膜外管路相接。

3.2.6 鋪設(shè)真空膜

真空膜從上至下依次為：1層400g/m2長絲無紡布、3層PVC密封膜、1層150g/m2編織土工布＋1層400g/m2長絲無紡布。密封膜采用聚氯乙烯塑料薄膜加工而成，抗拉強(qiáng)度：縱向≥18.5MPa，橫向≥16.5MPa。每邊大于真空預(yù)壓區(qū)6m，埋入四周開挖的壓膜溝內(nèi)，膜上覆土1m左右。真空膜鋪設(shè)如圖5所示。

3.2.7 安裝并調(diào)試真空泵

每1000m2配置一套真空泵。真空泵安裝好后，先進(jìn)行試抽，檢查機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)、真空系統(tǒng)的密封情況等。真空泵設(shè)備如圖6所示。

3.2.8 抽真空

真空抽吸運(yùn)行過程中，持續(xù)不斷觀察膜下真空度，要求膜下真空度≥80kPa，如果真空度不夠，應(yīng)檢查膜與管路系統(tǒng)的密封情況、密封膜破裂漏氣情況，以及真空裝置的運(yùn)行情況，并采取補(bǔ)救措施。抽真空總時(shí)間為92天。

3.3 分層堆載預(yù)壓

抽真空滿30天后堆載0.5m厚中粗砂墊層以保護(hù)密封膜，然后分層堆載2.7m的碎石土。每層檢測(cè)壓實(shí)度，壓實(shí)度符合要求后方可堆載下一層，直至全部堆載完成。三級(jí)荷載共存62天。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果

①實(shí)測(cè)最大地表沉降計(jì)-1018mm，110天后沉降趨于穩(wěn)定。

②通過孔壓計(jì)觀測(cè)，120天后平均應(yīng)力固結(jié)度為88%，大于設(shè)計(jì)的應(yīng)力固結(jié)度80%。

③加載50天后地下水位下降趨于穩(wěn)定，累計(jì)下降5m。

圖6 真空泵安裝調(diào)試施工圖

④開始抽真空后，真空度在24h內(nèi)增加到60kPa，預(yù)壓期間，平均真空壓力在85kPa，大于設(shè)計(jì)要求的80kPa。

5 施工檢測(cè)

地基處理結(jié)束后，在具有代表性的真空預(yù)壓分區(qū)分別進(jìn)行了平板靜載荷試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切強(qiáng)度檢測(cè)，鉆孔取土檢測(cè)，靜力觸探檢測(cè)以及壓實(shí)度檢測(cè)。

5.1 靜力觸探

靜力觸探的側(cè)阻和端阻統(tǒng)計(jì)值見表4。

由表4可知，地基處理后跑道區(qū)域淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層的端阻標(biāo)準(zhǔn)值提高了20%，側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值提高了20%。

5.2 原位十字板剪切

地基處理后跑道區(qū)域③-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層十字板原狀土剪切強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表見表5。

由表4可知，地基處理后跑道區(qū)域淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層的十字板原狀剪切強(qiáng)度為31.95kPa。滿足設(shè)計(jì)要求。

地基處理前后跑道區(qū)域雙橋靜探統(tǒng)計(jì)值對(duì)比表 表4

地基處理后跑道區(qū)域原位十字板強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)值 表5

地基靜載荷試驗(yàn)匯總表 表6

P-S曲線和S-lgt曲線圖 表7

飛行區(qū)跑道區(qū)域③-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層各項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值 表8

5.3 地基靜載荷試驗(yàn)

根據(jù)對(duì)跑道區(qū)域#PB1地基測(cè)點(diǎn)進(jìn)行慢速維持法靜載試驗(yàn)，得到了荷載與沉降數(shù)據(jù)，并將上述數(shù)據(jù)繪成P-S曲線和S-lgt曲線。#PB1測(cè)點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6，曲線圖見表7。

從圖表和曲線可以看出：

跑道#PB1測(cè)點(diǎn)按規(guī)范加載到第二級(jí)荷載40kPa時(shí)，承壓板累計(jì)沉降量為0.88mm；當(dāng)加載到第十級(jí)200kPa時(shí)，承壓板累計(jì)沉降量為24.78mm。整個(gè)加載過程中，P-S曲線和S-lgt曲線均正常，沉降速率穩(wěn)定，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），跑道#PB1測(cè)點(diǎn)的地基極限承載力可達(dá)200kPa，符合設(shè)計(jì)要求[3]。

5.4 鉆孔取土和室內(nèi)土工試驗(yàn)

地基處理后飛行區(qū)各區(qū)域③-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層的含水率、濕密度、比重和孔隙比等物性指標(biāo)以及固結(jié)快剪粘聚力和摩擦角等強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值，見表8。

由表8可知，地基處理后跑道區(qū)域淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層含水率降低了9%，密度增加了3.0%，顆粒比重基本不變，孔隙比降低了16%，粘聚力增加了17.1%，內(nèi)摩擦角增加了14.1%。

5.5 壓實(shí)度檢測(cè)

在塘渣回填的過程中，對(duì)跑道區(qū)域進(jìn)行了22批次共124點(diǎn)壓實(shí)度檢測(cè)，各點(diǎn)壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

①真空聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)中堆載預(yù)壓彌補(bǔ)了傳統(tǒng)真空預(yù)壓真空度損失大的缺點(diǎn)，而真空預(yù)壓解決了機(jī)場(chǎng)大面積堆載預(yù)壓土方的卸載問題。同時(shí)，真空預(yù)壓水平鋪設(shè)的真空管可起到一定的加筋作用，減少不均勻沉降。

②本技術(shù)符合綠色施工要求，施工效率高，方便無污染，然而軟土的固結(jié)是一個(gè)漫長的過程，真空卸載后土體還在慢慢地變化，可能還存在欠固結(jié)的情況，仍需通過進(jìn)一步實(shí)踐深入研究，發(fā)掘其廣闊的應(yīng)用空間。