軟土地區復合地基在某機坪地基處理中的經驗與教訓

賀靜漪 吳麗娜 寧利鵬

摘要：不良地質條件下場道工程中地基處理一直是場道工程中的重點。其中以軟弱土最為常見，本文分析了機場機坪、跑道的荷載特點，地基處理目的和其他工程的區別，軟土地區地基處理中散體樁應用的教訓與經驗總結。并以深圳某航空公司基地機坪工程的地基處理為例，分析了軟土地基處理方案的確定和相應注意事項。

關鍵詞：場道工程;地基處理;軟土地基;大面積荷載

一、引言

場道地基處理是飛行區場道工程重要的一環。道槽土基是道面結構靜荷載和飛機運行動荷載直接承擔者，其強度、穩定性和沉降直接影響到的上部面層的性狀。機場建設工程實踐表明道面面層病害、破壞的發生都和土基的相關等病害相關。同時機坪、跑道的道面狀況直接和飛機的運營安全息息相關，土基的設計和施工越來越引起業主和設計者的重視。

軟土在我國分布十分廣泛，其中沿海地區、長江、珠江三角洲等濱海和湖河沼地帶尤為普遍，而軟土地區也往往是經濟發展程度相對較高的地區。近年來在長江、珠江三角洲、濱海地區修建機場的數量日益增多，我們面對軟土地基的情況也越來越多。由于軟土具有含水量高、壓縮性大、滲透性差、靈敏度高、強度低、土層厚度不均等特點，在飛行區地基設計時要把握軟土的特點，在滿足使用要求的前提下，作出最合理經濟的地基處理設計。

二、軟土地區機場場道地基處理的特點

由多次飛行區軟土地基處理工程的經驗總結，軟土低級場道地基處理有如下特點：

1.大面積荷載和飛機荷載

機坪、跑道的土基所承擔的荷載包括道面結構靜荷載與飛機靜荷載和動荷載。兩種荷載是兩種不同性質的荷載，在地基中產生的附加應力相差很大。

道面結構靜荷載屬于大面積靜荷載，附加應力沿深度方向衰減較慢，對于土基的影響較大;飛機運行荷載屬于局部荷載、動荷載，附加應力在深度方向的衰減較快，相對于結構靜荷載來說，其對地基土的影響要小一些。我國現行的場道地基設計方法參照了公路路基的設計方法。兩者都認為飛機、車輛等交通荷載對地基變形的影響可忽略不計。但根據同濟大學楊斐[1]等人基于上海浦東國際機場的一跑道近六年的觀測數據來看，飛機運行動荷載對跑道沉降的影響遠大于預期，第五年飛機運行動荷載引起沉降占工后總沉降的三分之一。

機坪、跑道引起的大面積荷載不同于普通建構筑物的荷載：首先荷載值較之普通建筑小很多，荷載面積較大。對于一般的機坪來說，寬度達到50m、100m都是很常見的，根據《建筑地基基礎設計規范》[2]中有關附加應力的計算方法，可采用矩形均布荷載進行計算。寬度為b長度為l，假設長寬比l/b=2，當深度z=b的時候附加應力僅僅衰減20%，那么理論上的計算深度肯定要大于50m、100m。通過很多工程檢驗，大面積荷載的影響深度比普通建筑的影響深度大很多但是遠遠沒有達到理論計算值。究其原因，理論計算并沒有考慮到同一土層沿深度壓縮模量遞增的情況以及土的結構性。同一土層性質相同但是隨深度、應力狀態不同，土的模量也有所改變，通常會隨深度增加而變大。某些軟土受力在某一壓力值以下時變形很小，應力超過此閥值土的形變就會突然增大，此種特性就是軟土的結構性。場道工程中土基受到的荷載較小，因此擴散到一定深度后，土的結構強度會大于引起沉降的附加應力。

2.沉降要求

按照規范要求，總沉降要求根據土質、填方高度及面積的不同而略有不同，通常沉降控制要求工后總沉降及不均勻沉降進行控制。

錯臺、起伏過大等等由不均勻沉降帶來的病害對飛機的運行會有嚴重影響，威脅飛行安全，因此土基的不均勻沉降控制比公路中的要求要高很多。

三、大面積荷載和飛機荷載作用下的機坪下軟土地基的常用處理方法

大面積荷載和飛機運行動荷載作用下軟土地基處理通常的處理方法很多：

固結排水法：固結排水法主要用于解決軟弱粘土，特別是軟土埋藏深厚、透水性差的情況。固結排水法可以消除地基的沉降和提高地基承載力和穩定性。

振密和擠密法：振密和擠密法常用的方法有砂石樁、振沖法、強夯等等。此種工法通過振動和擠密的方法使地基的土體密實度增大以提高地基土的承載力減小沉降。

置換及拌入法：置換法使用性質良好的填料置換地基中軟弱土體，拌入法是向土體中版圖水泥或其他化學漿材。置換及拌入法主要有換填、旋噴法、擠淤置換、強夯置換、水泥攪拌樁等等。

加筋法：指在地基中設置筋材，以達到減少沉降、提高承載力的效果。

四、案例分析

1.項目概況

（1）項目背景

某航空公司基地地處廣東省南部，基地項目總體占地面積約10萬平方米，本次地基處理對象為此航空公司基地一期建設停機坪，處理面積約1.9萬平方米。停機坪方案的設計荷載按照B747-400進行設計。

（2）地質狀況

場地原始地貌為淺海—海岸堆積階地，第四系人工填土層，下伏基巖為震旦系混合巖。場地地勢開闊、平坦，現場地地表堆積厚度較大的填土（石）層及大量的建筑垃圾（大塊徑砼塊等）。

根據鉆探揭露，場地內分布的地層按自上而下的順序描述如下：

1）人工填土層（Qml）：素填土①1，主要以粘性土為主，偶見少量碎石、碎磚等雜質。雜填土①2：主要以巖塊、砼塊、磚塊等建筑垃圾為主，不均勻混少量粘性土，厚度1.20～4.80m。填石①3：成分主要以混合巖碎石、塊石等為主，厚度1.20～6.00m。

2）第四系海陸交互相沉積淤泥②：含少量貝殼碎片及有機質，飽和，流塑狀態，局部軟塑狀態，層厚1.10～6.40m。

3）第四系殘積粉質粘土③：可塑～硬塑狀態，層厚0.60～18.20m。

4）下伏基巖為震旦系混合巖：全風化混合巖④、強風化混合巖⑤、中風化混合巖⑥。

各土層的物理、力學性質指標見下表。

根據勘察報告，本工程地下水屬潛水類型，地下水位埋藏深度為0.30～5.50m。

2.方案確定

（1）.機坪部分

新建停機坪工程場地軟土層層厚在1～6m，局部分布填石①3。采用預壓法處理存在塑料排水板、砂井等豎井排水通道打不進去的問題。經過方案比選以及對當地施工方法的調查，選定振沖碎石樁為本次工程的方案：振沖碎石樁可以穿透填石層①3及軟弱土層，到達相對性質良好的粉質粘土③。其一是碎石樁可以形成復合地基，提高地基承載力;其二碎石樁起到排水固結通道作用，同時在樁頂設置一定厚度的高滲透性墊層，這樣有利于孔隙水的擴散和軟土層固結。

樁體的填料：樁體材料一般選用碎石、卵石、礦渣等。土質強度低可選擇粒徑稍大的材料，填料應有適當級配。本次工程選用樁體材料粒徑為40mm-150mm的碎石或卵石，含泥量不大于5%。

樁徑的確定：樁徑的確定一方面考慮兩次填料的性質一方面考慮常用施工機具的條件。樁徑過小樁的數量會增多施工繁復施工難度也增加;樁徑過大，不僅使處理的地基均勻性變差，容易使樁周圍的土因為擠壓而上涌，或者使樁周圍的土因為過分擠壓而產生超空隙水壓力，而形成橡皮土。考慮到以上因素，本次工程選用樁徑Ф1000mm的樁型。

本次選用三角形布置，樁間距的選用不僅要考慮荷載要求、原狀土的抗剪性能還要考慮到進入持力層的性質。通過驗算本次選用樁間距3.0m。本次工程穿過整個軟土層進入粉土層不小于2.0m。樁頂設置50cm厚沙礫墊層作為排水通道。選用砂礫墊層較之碎石墊層更有利于后期管線埋設、排水溝開挖等外線工程。

機坪與機場現有機坪連接部分，涉及到不停航施工及對現有機場保護問題。故從既有機坪邊開始向外擴展50m范圍采用影響較小的旋噴樁進行處理。旋噴樁進入粉質粘土③層大于2倍樁徑，樁間距3.0m，梅花形布置。為協調變形，樁頂墊層要求同碎石樁區域。

五、后期沉降觀測

機坪投入使用第3年后，機坪有輕微沉降，總沉降最大小于8cm。后因基地擴建，在臨近建筑基坑施工中，采用相應降水措施。降水后觀測，機坪沉降繼續加大。投入使用后第5年，機坪沉降在10cm附近。投入使用9年后，機坪沉降在15cm附近，最大沉降發生在軟土最厚部位。

機坪與機場現有機坪連接部分沉降在9年后沉降小于5cm。

目前機坪雖然正常使用，但是因目前沉降問題，在雨季，排水坡度較之原有設計坡度變小，排水不利。

六、結論

1. 在機場的地基處理中，要以沉降控制為主，其中要以控制不均勻沉降為主要設計目的。設計時要特別注意地質的不均勻性，對于地層起伏較大的場地要聯合面層的設計進行控制。

2. 軟土的處理方法很多，散體樁復合地基對沉降的控制較弱，工后沉降較大;剛性樁復合地基的沉降較小，是處理軟土地基的有效方法。對于工程費用來說，散體樁經濟性明顯優于剛性樁。

3.每種處理方法均有一定適用性，優點和缺點，在方案確定前，一定要現場踏勘，方案確定時要多種因素共同考慮，以確定最優方案。

參考文獻

[1]楊斐，楊宇亮，孫立軍.飛機起降荷載作用下的場道地基沉降[M].同濟大學學報（自然科學版）2008 vol.36 No.6

[2]中華人民共和國國家標準 GB 50007-2011建筑地基基礎設計規范[S] 北京：中國建筑工業出版社 2011

[3]中華人民共和國行業標準 JGJ79-2012建筑地基處理技術標準[S] 北京：中國建筑工業出版社 2012

[4]龔曉楠等.地基處理手冊[S] 北京：中國建筑工業出版社 2008