機場道槽區(qū)膨脹土地基處理研究

王秀麗

(山西機械化建設(shè)集團有限公司，山西太原 030009)

1 概述

膨脹土的主要構(gòu)成是強親水性的蒙脫石以及伊利石的粘土礦物，因而有著十分明顯的吸水膨脹脫水收縮性能，脹縮性質(zhì)十分顯著。有關(guān)實驗表明膨脹土具有十分強的多裂隙性和崩解性，屬于高塑性的粘土，這也是其對工程有著很強危害性的根本原因。文章結(jié)合了某機場的實際施工案例，來對膨脹土特點以及改良方法進行探究。

2 膨脹土變形規(guī)律

從膨脹土的物理性質(zhì)以及對其進行的變形實驗對其性質(zhì)進行分析。

2.1 膨脹土物理性質(zhì)

粘土種類的種類含量是對膨脹土的脹縮性質(zhì)影響最為明顯的因素，通過X射線的衍射對其進行定量分析之后可知其主要礦物成分是水云母、高嶺石和綠泥石等。一般是通過所需應(yīng)該指數(shù)以及小于2μm粒子的含量來對膨脹土進行分類和性質(zhì)判斷，使用威廉姆斯圖以及膨脹率來對膨脹土膨脹性質(zhì)進行分析，調(diào)查的機場屬于中等膨脹性，膨脹土等級為弱膨脹性。

2.2 變形實驗

膨脹土進行性質(zhì)實驗的時候需要在輕便固結(jié)儀上進行，使用不同含水量和不同干密度下的膨脹土，在不同壓力條件下進行實驗，土樣的初始含水量為17%，21%和25%，擊實密度為1.53 g/cm3和 1.63 g/cm3，受到的壓力為10 kPa，30 kPa，50 kPa。壓力在實驗開始之前給上，同時為了避免鋼環(huán)和土壤之間摩擦可能會導(dǎo)致的土壤不均勻變形，而在鋼環(huán)和土壤之間涂抹黃油，變形結(jié)束之后獲得實驗數(shù)據(jù)，對其分析。實驗得到的結(jié)果表明干密度會對膨脹變形有著十分明顯的影響，而干密度越大的話就會有著越小的變形量。初始含水量會對膨脹初始速率有著明顯影響，加入水之后明顯開始膨脹變形，而壓力可以抑制水浸入土壤，所以可以抑制膨脹變形。

3 跑道道槽區(qū)的附加應(yīng)力

作用在跑道的道槽區(qū)附近的應(yīng)力主要包括填土的自重，道面結(jié)構(gòu)的自重以及飛機帶來的荷載。

3.1 填土自重和結(jié)構(gòu)面自重

填土的自重以及道面結(jié)構(gòu)的自重屬于超大面積載荷，也是恒載的一種，填土和道面結(jié)構(gòu)給地基產(chǎn)生的附加應(yīng)力不會隨著深度的增加而衰減。填土的自重和填方高度之間有著密切的關(guān)系，所以現(xiàn)在國內(nèi)的土方填高度一般都有幾十米，甚至高達百米。道面結(jié)構(gòu)的自重載荷和道面的具體結(jié)構(gòu)類型有直接關(guān)系，同時厚度也會有所影響。

3.2 飛機載荷

飛機荷載屬于活載，會因為機場實時情況產(chǎn)生變化，根據(jù)飛機型號的不同一般附加應(yīng)力會在5 kPa～60 kPa之間。附加應(yīng)力效果會隨著深度的增加而逐漸降低，一般在5 m左右的深度時就已經(jīng)衰減到了10 kPa以內(nèi)。

3.3 載荷組合

填方當(dāng)中尤其是填方高度超過5 m的時候，載荷會因為飛機載荷隨深度減少而迅速減少，這時候地基受到的應(yīng)力主要是填土自重載荷以及道面的結(jié)構(gòu)層載荷。挖方的地方則主要是飛機載荷和道面的結(jié)構(gòu)層自重載荷，飛機載荷影響的效果在地面的淺層，填方高度在5 m以內(nèi)的時候地基的載荷主要是由飛機和填土以及結(jié)構(gòu)面三方面載荷組成的。

4 樁網(wǎng)復(fù)合地基的工作特點

樁網(wǎng)復(fù)合地基對三方面復(fù)合載荷有著比較好的承載效果。

4.1 樁網(wǎng)復(fù)合地基的受力原理

樁網(wǎng)復(fù)合型的地基有著十分復(fù)雜的受力情況，同時也有著遠高于地基土壤的抗壓強度剛度，所以樁當(dāng)中的土壤上部沉降會大于樁帽的上部沉降，這之間存在一個相對位移。沉降和變形的過程中樁和樁之間的土壤會通過剪應(yīng)力的方法把部分自重帶來的載荷傳遞到樁帽上，這就導(dǎo)致了樁之間土壤受到應(yīng)力的減小，同時樁受到的載荷會增加，產(chǎn)生土拱效應(yīng)。路堤如果高度相對于樁帽間距較小，則剪應(yīng)力的剪切面會貫穿在整個路堤當(dāng)中，進而就不會形成土拱，樁土當(dāng)中會出現(xiàn)的相對位移就會直接傳遞到路堤的表面上，這會導(dǎo)致路面上直接出現(xiàn)差異沉降。而如果路堤的高柱相對樁帽之間有著較大的間距，路堤當(dāng)中就會形成土拱，因而相對位移就被限制在了沉降面以下，進而路體表面不會出現(xiàn)差異沉降。

4.2 樁網(wǎng)沉降地基的力層維持

樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降模式主要包括樁頂上方的刺入變形和樁一端下刺入變形，一般會因為加筋層的存在而顯得上刺變形量很小，所以持力層就直接決定了大部分的復(fù)合地基沉降效果。樁一端受到的承載力越小，就會有著越深的中性點深度。中性點以上屬于受阻力區(qū)，有效樁即會起到承載作用的樁為中性點到樁一端之間的部分，所以持力層的承載力越小就會有著越長的樁長，這是為了確保承載力能夠承受飛機載荷。如果因為一些原因而不能過長，則一般是通過減小樁之間的間距來減小土拱的荷載。為了確保施工結(jié)束之后有著合格的沉降值，需要確保樁端的持力層具有良好的承載力，能夠在樁長范圍內(nèi)進入到硬持力層的范圍當(dāng)中，進而就能夠有效的減少刺入行變量，這也確保了地基處理能夠滿足施工要求和經(jīng)濟性要求。

4.3 樁頂?shù)奶钔粮叨?/h3>

在跑道附近，對路面的差異沉降有著更高的要求，所以必須要確保道路的結(jié)構(gòu)層面能夠處于等沉面以上，進而確保樁網(wǎng)復(fù)合地基能夠有著比較好的處理效果，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)在等沉面上的時候，刀面結(jié)構(gòu)層的沉降效果對復(fù)合地基的沉降效果沒有很大的關(guān)系，基本是在進行均勻的下沉，差異沉降層比較小所以只要確保工程結(jié)束之后有著滿足跑道的槽區(qū)控制標準即可。樁間距在2 m左右，按照土拱效應(yīng)計算法進行計算，得到的土拱高度大概是2 m～5 m之間。實際計算過程中使用不同的計算方法，會有著差異較大的結(jié)果，所以一般是選擇更加保守的計算結(jié)果，并且需要確保填方的高度大于5 m，這時就可以確保樁頂?shù)娘w機載荷衰減量是足夠的，進而避免了飛機載荷對樁體以及加筋層帶來的影響作用。因此填方高度高于5 m時的跑道槽區(qū)最好使用樁網(wǎng)復(fù)合地基的方法來進行處理。路面結(jié)構(gòu)在等沉面以下的時候，道面結(jié)構(gòu)沉降形式會表現(xiàn)出樁頂有著比較小的沉降，而樁間的土壤會有著很大的沉降，因而很難將差異沉降范圍控制在1.5%以內(nèi)。一般為了達到這一要求，會使用增大樁徑或者是減少樁間距的方法等，這樣一來土基就有著過大的整體剛度，飛機行駛的舒適性會大幅度降低，同時地基處理過程有著過高的報價，也影響了施工工期。

5 結(jié)語

綜合文章內(nèi)容分析，跑道槽區(qū)的膨脹土地基處理過程中，為了確保地基能夠充分滿足完工之后對槽區(qū)的沉降要求以及施工效率要求，處理的軟土不能太厚，樁長也不能太長，最好是使用堅硬的樁端持力層。同時填方的高度不能夠小于5 m，否則難以形成完整的土拱，進而導(dǎo)致路面出現(xiàn)明顯沉降。最后應(yīng)當(dāng)謹慎使用挖方區(qū)，如果實在不可避免，則應(yīng)當(dāng)重視地基沉降問題以及加筋層的穩(wěn)定性問題。