某機場高填方跑道超大粒徑填料填筑處理方法

林 濤 萬先進

挖方區經爆破取料,粒徑往往很大,不能有效利用。進行解炮后,也僅有部分土石混合料能滿足碾壓施工技術要求,其帶來的解炮費用相應增加。考慮到填筑體施工時,主要填料是利用挖方段的土石混合料,使用強夯法能有效解決超粒徑填料用于填筑區域,大大縮短施工工期,減少投資等問題。

1 工程概況

重慶黔江舟白機場位于重慶市黔江區舟白鎮東北部,距城區直線距離約4.5 km。根據機場的性質及客貨運量的預測結果,確定本期工程飛行區建設按4C機場標準建設。跑道長2 400 m,寬45 m,兩側道肩各寬1.5 m,跑道北端900 m處,設一條垂直于跑道中心線的聯絡滑行道,長180 m,寬18 m,兩側道肩各寬3.5 m。

場區內跑道中心線上最大填方高度為40.39 m,最大挖方高度為43.57 m,全場土(石)方量為:總填方 608.65萬 m3,總挖方607.32萬m3。場區地形較破碎,在巖層產柱和巖性的控制下,主要呈現為一片龔丘的奇觀,各個山丘獨個而立,多呈圓形或橢圓形。丘頂較圓渾,平緩而開闊,其孤立巖石裸露于外面,其巖石主要為石灰石,其挖方區土石比為 1∶9。

2 施工方案選擇

2.1 強夯施工參數確定

強夯施工時,采用夯錘直徑1.2 m,錘重18.1 t,錘底靜壓52.3 kPa,落距16.9 m,每擊夯擊能為3 059 kN?m,可達到設計要求3 000 kN?m。然后進行單點夯試驗,在試驗時,在夯錘直徑上設2個沉降觀測點,分別在距夯點中心2.5 m,3.5 m,4.5 m,5.5 m兩個方向設隆起觀測點,并按平均值繪制夯擊次數與沉降及隆起曲線,見圖1,圖2。

根據單點夯試驗,由圖1確定地面置換強夯施工參數:1)夯擊能量:3 000 kN?m;2)夯點間距:4.5 m×4.5 m,正方形布置,強夯2遍。第2遍布點在第1遍夯點間距正中央;3)夯擊次數:不少于13擊,最后兩擊夯沉量之差不大于5 cm,夯沉量之和不大于20 cm;4)兩遍強夯結束后,推平后滿夯(1 000 kN?m,3擊)一遍。

根據圖中曲線分析:19擊后夯坑直徑為4.0 m,總夯沉體積為18.40 m3,在第13擊時夯沉體積為15.80 m3,由圖 1中可知,隆起體積約為2.58 m3,按施工參數13擊計算2遍強夯后地面平均沉降約67 cm。經計算平均夯擊能為2 840 kN/m,滿足要求。

2.2 通過強夯改善填料顆粒更緊密

強夯前最大粒徑不大于80 cm,不均勻系數CU＞5,曲率系數CC=1～3,級配良好的土石混合料。經顆粒分析試驗,填料不均勻系數 CU=25,曲率系數 CC=1.8,滿足試驗設計要求。

強夯施工完成后,夯后填料的不均勻系數CU=42.3,曲率系數CC=2.2,不均勻系數比夯前有所提高,說明強夯處理后填料更緊密,起到了改良顆粒級配的作用。

3 道槽區——土石混合料強夯試驗

在道槽區填筑體施工中分別安排了虛鋪厚度為4.0 m和5.0 m兩個試驗小區,進行不同夯擊能量的強夯試驗。填料按每米一個亞層進行堆填,控制石料的最大料徑小于80 cm,級配良好。

首先,進行虛鋪厚度5.0 m的填筑體,采用3 000 kN?m夯擊能量的單點夯試驗,夯錘重18.1 t,錘底直徑2.1 m。強夯結束后,坑口直徑4.0 m,而夯坑周圍隆起量很小,可忽略不計。

根據試驗結果可知,第7擊和第13擊出現駐點,而這兩點正好是單擊夯沉量變化的拐點。認為,這代表兩次不同的夯擊密實狀態。而7擊的累計單位面積(按 14.0 m2計算)夯擊能量達不到規范要求,13擊累計單位面積夯擊能量可達到2 786 kN/m,滿足規范大于2 000 kN/m的要求。可見,確定夯擊次數13擊是合理的。

虛鋪厚度5.0 m的填筑體施工參數如下:1)夯擊能量:3 000 kN/m;2)夯擊次數:不少于13擊,最后兩擊夯沉差不大于5 cm;3)夯點布置:正方形布置,間距4.0 m×4.0 m,夯擊一遍后推平夯坑;4)推平后表面約1.0 m松散層計入后一層填筑體。

強夯虛鋪厚度5.0 m施工完成后,在夯點間進行了載荷試驗,試驗成果如圖3所示。

由圖3根據相對沉降法,道槽區虛鋪厚度5.0 m填筑體經強夯處理后承載力大于450 kPa。根據彈性半無限體表面受荷原理,計算得變形模量為35.0 MPa。

載荷試驗結束后,按每延米向下進行密實度檢測得出,密實度隨深度增加而增大,中間部分最大(大于96%),底部有所降低(但仍大于93%),表面以下1.0 m達到93%。

檢測夯后顆粒級配,不均勻系數 CU=36.4,曲率系數CC=2.5,可見強夯處理后,填料的顆粒級配得到改善。

虛鋪厚度4.0 m的填筑體能量達到3 000 kN/m的單點夯成果如圖4,圖5所示。

由圖4和圖5可以確定最佳擊數為10擊,且能滿足累計單位面積夯擊能量的要求。同樣,達到2 143 kN/m。

由此確定,虛鋪厚度4.0 m的填筑體能量達到3 000 kN/m的施工參數如下:1)夯擊次數:不少于10擊,最后兩擊夯沉差不大于5 cm;2)夯點布置:正方形布置,間距4.0 m×4.0 m,夯擊一遍后推平夯坑;3)推平后表面約1.0 m松散層計入后一層填筑體。

強夯施工完成后,在夯間進行了載荷試驗,結果顯示,道槽區虛鋪厚度4.0 m填筑體經強夯處理后承載力大于430 kPa。根據彈性半無限體表面受荷原理,計算得變形模量為25.8 M Pa。

載荷試驗結束后,按每延米向下進行密實度檢測,檢測發現,密實度隨深度增加而增大,中間部分最大,底部有所降低(但仍大于96%),表面以下1.0 m達到92.7%。可以認為:在1.0 m以下填筑體達到均勻、密實要求。

由圖6可見,強夯后不均勻系數CU=40.8,曲率系數CC=2.1,填料的顆粒級配得到極大改善。

4 道槽區土石混合料強夯法結論

綜上所述,在道槽區虛鋪厚度5.0 m填筑體夯擊能量3 000 kN/m施工與虛鋪厚度4.0 m填筑體夯擊能量達到3 000 kN/m的強夯施工方法,均能夠滿足MH 5014-2002民用機場飛行區土(石)方與道面基礎施工技術規范的要求。

通過該機場兩年的填筑體觀測其各項數據均滿足要求。

5 道槽區——土石混合料強夯法的經濟分析

由于該機場的特殊情況,以及黔江當地的石灰石為主的地質情況,存在許多孤石,周圍充滿紅色的黏土。在施工過程中分別采用松動爆破、強松動爆破以及拋石爆破,均不能將粒徑解小。經每次爆破統計約70%的石塊需要解炮,而大型孤石需要進行3次～5次解炮才能達到粒徑50 cm～80 cm。若繼續解小(小于30 cm)以滿足碾壓技術要求,則其工作量將是非常繁重。通過強夯方法,一是可保證填筑體壓實質量;二是可減少解爆破次數;三是可加快施工速度,滿足進度要求,爭取早日運營提高營業效益。

6 結語

本文通過黔江舟白機場高填方土石混填施工石灰巖作為主要填料的特殊條件下,進行了現場不同虛鋪厚度的強夯試驗,并據此獲得了施工相關參數,有效解決了石灰巖超大粒徑炮解困難,達到了提高施工工效,節約工程投資,保證了工程質量的目的。

[1] 劉思君.強夯法加固粗粒土地基[A].地基加固文集[C].長江流域規劃辦公室施工研究所,1987.

[2] 何兆益,朱紅洲.萬州五橋機場高填方強夯處理技術研究[A].重慶交通大學55周年校慶論文專輯[C].2006.