強夯在某機場高填膨脹土地基處理中的應用研究

摘要：以某機場飛行區膨脹土高填方為研究背景，根據設計文件對膨脹土的處理原則、要求及施工規范相關規定，設計了膨脹土強夯處理方案，提出了強夯施工的技術參數，有效地解決了膨脹土的填筑問題。

關鍵詞：機場；膨脹土；高填土基；強夯

1 工程概況

某機場飛行區地處膨脹土場地，總用地面積約3600×540m2。整個飛行場區地勢中南部高，南北兩端為高填土，最深處達18米。全場總填方量約551萬m3，總挖方量約617萬m3，其中，非膨脹土約157萬m3，中弱膨脹土460萬m3(大多為中等膨脹土)，膨脹土的天然含水量大多都在25%以上。設計要求填方區：如圖1所示，道面設計表面以下3m范圍內(A區)填料使用非膨脹土或石灰改性弱膨脹土；A區以外的區域為B區，該區均可使用中、弱膨脹土填筑，中膨脹土只能填在設計面5m以下；自道面表面算起，填高不足1米（含零填）的土基，應挖去地表60cm的膨脹土，分層換填非膨脹土或改性土。中等及強膨脹土穩定性差，不得作為設計指定A區的填料；弱膨脹土須經過改性處理后方可作為設計指定A區的填料；改性土的脹縮總率應接近于零，其強度（CBR）%值應不低于規范[1]要求。弱膨脹土可用作設計指定B區的填料，中等膨脹土可用在設計面5米以下的B區。

2 強夯處理方案設計

根據設計文件對膨脹土的處理原則、要求及施工規范的相關規定[1]，結合現場實際，通過對石灰改性膨脹土[2]、換土等方案的技術經濟對比分析，確定采用強夯處理高填膨脹土土基。強夯處理道面高填膨脹土地基選在北停機坪及與其相連接的滑行道、端聯絡道，共計5.1萬m2，最大填土厚度9.7m，最小填土厚度6.8m，平均8.5m，總填方量約40萬m3。根據強夯處理地基的基本原理、土基設計要求，結合現場實際，強夯處理方案如下：

2.1 填土方案

先按施工技術規范要求，清理原地面，并平整壓實到規定的壓實度；然后分層、交替填砂巖和膨脹土。考慮到強夯區填土深度不一，以及強夯加固深度的有限性，為了確保道面高填土基的穩定性，填土在深度上大致分為兩個區域，如圖2所示，A區自強夯設計表面以下6.5m范圍內為松填區，B區自強夯設計表面6.5m以下至原地面為碾壓區。

A區（松填區）：風化砂巖每層鋪填厚度及最大粒徑不大于0.8m，膨脹土每層鋪填厚度不大于0.5m（松鋪砂巖的孔隙率經現場測試大約為45%，據此控制膨脹土每層虛鋪厚度不超過砂巖層厚的70%），對膨脹土的土性不作嚴格要求。

B區（碾壓區）：每層填土厚度不大于0.3m，膨脹土為弱膨脹土，風化砂巖最大粒徑不大于0.25m，壓實度不小于0.93。

2.2 強夯方案

強夯采用樁式置換法，即先點夯，然后在夯坑內填入風化砂巖，再滿夯。夯點間距3m×3m，點夯2遍，滿夯一遍。

強夯后，道面土基應達到圖4所示預期效果，自上而下大體分為三個區域：Ⅰ區為置換區(厚1.5m～2m)，由密實的風化砂巖柱體與風化砂巖稀釋膨脹土的密實混合土體共同組成復合地基；Ⅱ區為強夯壓密區（厚4m～4.5m），該區在強夯沖壓作用下，風化砂巖被擠入膨脹土內，使膨脹土稀釋，從而形成以風化砂巖為骨架、膨脹土填充風化砂巖骨架孔隙的密實混合土體地基；Ⅲ區為強夯影響區，膨脹土部分被風化砂巖稀釋，該區地基密實度主要由分層碾壓形成，強夯有一定的加密作用。強夯后，土基表面采用砂礫土找平（厚0.3m～0.5m）。

2.3 點夯收錘標準

最后二擊平均沉降量不大于50mm；夯坑周邊土體不發生過大隆起；不因夯坑過深而起錘困難[3]。

3 強夯施工技術參數的確定

3.1 強夯機具

選用W2000A型50t履帶式強夯機，起重臂長25m，最大起重量20t，最大起重高度19m。夯錘16t～18t，直徑2.6m，4個通氣孔（直徑300mm）。

3.2 有效加固深度

有效加固深度由式(1)估算[4]，通過現場試夯確定。

式中： ——加固影響深度，m；

——錘重，t；

——落距，m；

——不同土質對能量的吸收系數，一般為0.5～0.8，但軟土取0.5，黃土取0.34～0.6。

本工程錘重選16t，落距為16.5m；土基為填土，根據經驗取系數k值為0.60，則由式(1)求得 為9.8m。強夯區填土平均厚度8.5m，有效加固深度（h）滿足強夯處理深度要求。

3.3 現場試夯及強夯施工技術參數

在停機坪西南角選擇一塊20m×20m的場地試夯。試夯分別采用等腰三角形和矩形兩個布點方案，每夯點點夯過程中，測量每擊夯沉量及夯坑周邊隆起量、夯坑深度。現場實測點坑夯坑深度為1.8m~2.5m。坑夯填入風化砂巖、推平，然后滿夯，滿夯平均夯沉量約0.45m。試夯結束后，挖探坑觀察強夯土基斷面膨脹土的”稀釋”情況、檢測壓實度。通過試夯，確定強夯施工技術參數為：

1)夯擊能2600kN·m~3000kN·m(160kN×16.5m~18.5m)；

2)點夯兩遍，等腰三角形布點，間距4.24m，如圖5所示，每遍間隔時間為7天；

3)點夯擊數為9~12擊（最后二擊平均沉降量不大于50mm）；

4)滿夯一遍，夯擊能量1200kN·m（160kN×8m），錘與錘之間搭接1/4，每點夯擊二次。

4 結語

本文以某機場工程填方區膨脹土地基處理為研究背景，分析了設計特點，確定了施工方案，通過對比分析，設計了強夯處理方案，提出了強夯施工的技術參數，較好的解決了該工程的實際問題，對今后在膨脹土地區修建機場有一定的參考意義。

參考文獻

[1]汪雙杰等.高速公路不良地基處理理論與方法[M].人民交通出版社.2004.10:138-146

[2]孫發根.公路路基膨脹土填料工程特性及其處理[C].石家莊鐵道學院學報.2003.7