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(jìn)

挖方區(qū)經(jīng)爆破取料,粒徑往往很大,不能有效利用。進(jìn)行解炮后,也僅有部分土石混合料能滿足碾壓施工技術(shù)要求,其帶來的解炮費用相應(yīng)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(qū)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(qū)舟白鎮(zhèn)東北部,距城區(qū)直線距離約4.5 km。根據(jù)機場的性質(zhì)及客貨運量的預(yù)測結(jié)果,確定本期工程飛行區(qū)建設(shè)按4C機場標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。跑道長2 400 m,寬45 m,兩側(cè)道肩各寬1.5 m,跑道北端900 m處,設(shè)一條垂直于跑道中心線的聯(lián)絡(luò)滑行道,長180 m,寬18 m,兩側(cè)道肩各寬3.5 m。

場區(qū)內(nèi)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(qū)地形較破碎,在巖層產(chǎn)柱和巖性的控制下,主要呈現(xiàn)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(qū)土石比為 1∶9。

2 施工方案選擇

2.1 強夯施工參數(shù)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(dá)到設(shè)計要求3 000 kN?m。然后進(jìn)行單點夯試驗,在試驗時,在夯錘直徑上設(shè)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(shè)隆起觀測點,并按平均值繪制夯擊次數(shù)與沉降及隆起曲線,見圖1,圖2。

根據(jù)單點夯試驗,由圖1確定地面置換強夯施工參數(shù):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(shù):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(jié)束后,推平后滿夯(1 000 kN?m,3擊)一遍。

根據(jù)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(shù)13擊計算2遍強夯后地面平均沉降約67 cm。經(jīng)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(shù)CU＞5,曲率系數(shù)CC=1～3,級配良好的土石混合料。經(jīng)顆粒分析試驗,填料不均勻系數(shù) CU=25,曲率系數(shù) CC=1.8,滿足試驗設(shè)計要求。

強夯施工完成后,夯后填料的不均勻系數(shù)CU=42.3,曲率系數(shù)CC=2.2,不均勻系數(shù)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(qū)——土石混合料強夯試驗

在道槽區(qū)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(qū),進(jìn)行不同夯擊能量的強夯試驗。填料按每米一個亞層進(jìn)行堆填,控制石料的最大料徑小于80 cm,級配良好。

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

虛鋪厚度5.0 m的填筑體施工參數(shù)如下:1)夯擊能量:3 000 kN/m;2)夯擊次數(shù):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(jìn)行了載荷試驗,試驗成果如圖3所示。

由圖3根據(jù)相對沉降法,道槽區(qū)虛鋪厚度5.0 m填筑體經(jīng)強夯處理后承載力大于450 kPa。根據(jù)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(jié)束后,按每延米向下進(jìn)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(dá)到93%。

檢測夯后顆粒級配,不均勻系數(shù) CU=36.4,曲率系數(shù)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(dá)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(shù)為10擊,且能滿足累計單位面積夯擊能量的要求。同樣,達(dá)到2 143 kN/m。

由此確定,虛鋪厚度4.0 m的填筑體能量達(dá)到3 000 kN/m的施工參數(shù)如下:1)夯擊次數(shù):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(jìn)行了載荷試驗,結(jié)果顯示,道槽區(qū)虛鋪厚度4.0 m填筑體經(jīng)強夯處理后承載力大于430 kPa。根據(jù)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(jié)束后,按每延米向下進(jìn)行密實度檢測,檢測發(fā)現(xiàn),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(dá)到92.7%。可以認(rèn)為:在1.0 m以下填筑體達(dá)到均勻、密實要求。

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

4 道槽區(qū)土石混合料強夯法結(jié)論

綜上所述,在道槽區(qū)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(dá)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(qū)土(石)方與道面基礎(chǔ)施工技術(shù)規(guī)范的要求。

通過該機場兩年的填筑體觀測其各項數(shù)據(jù)均滿足要求。

5 道槽區(qū)——土石混合料強夯法的經(jīng)濟分析

由于該機場的特殊情況,以及黔江當(dāng)?shù)氐氖沂癁橹鞯牡刭|(zhì)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(jīng)每次爆破統(tǒng)計約70%的石塊需要解炮,而大型孤石需要進(jìn)行3次～5次解炮才能達(dá)到粒徑50 cm～80 cm。若繼續(xù)解小(小于30 cm)以滿足碾壓技術(shù)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(zhì)量;二是可減少解爆破次數(shù);三是可加快施工速度,滿足進(jìn)度要求,爭取早日運營提高營業(yè)效益。

6 結(jié)語

本文通過黔江舟白機場高填方土石混填施工石灰?guī)r作為主要填料的特殊條件下,進(jìn)行了現(xiàn)場不同虛鋪厚度的強夯試驗,并據(jù)此獲得了施工相關(guān)參數(shù),有效解決了石灰?guī)r超大粒徑炮解困難,達(dá)到了提高施工工效,節(jié)約工程投資,保證了工程質(zhì)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(guī)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(shù)研究[A].重慶交通大學(xué)55周年校慶論文專輯[C].2006.