浅谈强夯处理在机场公路岩溶地基中的应用

张洁玙

摘要：通过工程实例，结合岩溶地质条件下不同类型地貌单元的特点，分析了强夯地基处理方式的处理效果与正确应用，为类似工程施工提供参考。

关键词：岩溶地质；溶洞与漏斗；石芽处理；强夯处理

中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)35-0036-02

工程建设过程中，我们经常会遇到岩溶地质。由于其发育分布规律比较复杂，且多伴有岩溶水，所以对工程的危害很大。

但由于岩溶的形态多样，在施工过程中，处治处理方式也各不相同。对于建(构)筑物地基，一般采用钻孔灌注桩进行处理；但在公路、机场等大型土石方填筑工程中，采用强夯处理方式，技术、经济效果更加显著。

文章通过工程实例，阐述了强夯在岩溶地质条件下的应用，以供同类工程施工参考。

1岩溶地质的分布、形态

1.1岩溶地质的分布

岩溶地质在中国范围内分布较广，主要集中在华南和西南，其次是长江中、下游的华中区。

1.2岩溶地质的主要形态及不同形态下存在的施工问题

岩溶地质的主要形态分为以下几类：

(1)溶沟、溶槽、石芽和石林。由于地表凹凸不平，易于出现填料碾压时，因石芽顶抬，凹处不易压实，形成填筑体强度不均。

(2)漏斗、落水洞、竖井。多具有直径小、深度大的特点，容易形成填筑体下部处理不密实。

(3)溶洞、暗沟、岩溶谷地、天生桥：顶板安全问题突出，容易发生顶板坍塌。

(4)溶蚀洼地：洼地底部多呈锅底形，多有较厚充填物，开挖工程量大，但冲填体软弱，地耐力差。

2岩溶地质对公路、机场等大型土石方工程的危害

岩溶地质由于岩溶作用，主要表现为岩体呈孔洞结构。其主要危害表现为：

(1)溶洞顶板坍塌引起填筑体局部下沉和破坏(如溶洞、暗沟、岩溶谷地、天生桥)。

(2)反复泉与间歇泉浸泡路(道)基基底，引起路(道)基沉陷、坍塌或冒浆。

(3)由于孔洞的存在，突然性的地下涌水冲毁路(道)基等。

3强夯处理岩溶地质实例

3.1工程地质条件及工程概况

云南某机场，处于云南省境内自西北向东南递降地势的第二大阶梯上。大部分地区海拔在1500m～2800m之间，原地面大部分地形呈波状起伏，表现为丘陵、略有起伏溶蚀平原和冲洪积平原。

施工区域内主要出露为古生代的碳酸盐岩和碎屑岩。受气候、岩性、构造等因素控制，地貌类型复杂多样。主要的类型为岩溶地貌，宏观上表现为不稳定洞体、不规则型态的洼地和岩溶漏斗。

3.2石芽区的强夯处理

在岩溶地质条件下，石芽地形的存在相当普遍，由于石芽分布密集，地面崎岖不平，且石芽底部多数充填红黏土及次生红黏土，压实非常困难，成为土石方填筑压实的一大难题。

3.2.1处理方案及选定

处理方案一：一般的处理方式为先进行石芽爆破，使地基表面较为平整后，再分层回填压实。但对于该机场项目，由于处理范围大，明显不经济。

处理方案二：结合现场石芽分布密度、石芽高度，采用不爆破石芽，直接填石强夯处理。存在的问题是，石芽处可能存在压实不密。

3.2.2采用直接强夯处理的条件及分析

(1)根据填筑体设计标高，石芽顶部普遍尚有10m以上厚度的回填层，对石芽地基不进行爆破，也不会对上部地基的均匀性造成影响。

(2)由于场区内石芽普遍高度不大于3m，通过4m左右的分层回填，可保证回填土覆盖石芽顶度厚度不小于1m，能够保证采用强夯进行处理。

(3)如果石芽处不爆破直接碾压，可能会出现由于石芽顶抬而造成的压实不密。但如果采用强夯夯实的方法，根据强夯处理地基影响深度及侧向挤压力扩散原理，可保证全场压实度要求。

3.2.3强夯参数设计

采用3000KN、m能级强夯进行处理，夯点间距4.5m，正方形布点，分两遍完成，单点击数10～12击，最后两击平均夯沉是≤8cm。

3.2.4夯后检测效果分析

夯后的检测结果表明：夯点下的石芽被击碎，而石芽间的回填土被夯实后。满足了压实度0.95的要求。

3.3岩溶洞体的强夯处理设计

不稳定岩溶洞体的地基处理设计，对于不同区域(道槽区及其影响区、土面区)，不同埋藏深度、充填类型，采取不同的处理方式，本次仅以道槽区及其影响区为例进行说明。

3.3.1埋深小于2m的洞体处理设计

埋深小于2m时，洞体处理采用清爆换填法。即清除洞体表面覆盖层后，对其顶板进行爆破破碎，首先消除顶板坍塌可能。然后清除全部破碎物、充填物后，分层回填块碎石，进行强夯加固。

分层回填时，块碎石堆填虚铺厚度为4.0m，强夯采用3000kN.m能级，点夯4.5m正方形布置，分两遍完成，单点击数10～12击，最后两击平均夯沉量≤5cm。满夯采用1000kN.m能级。d／4搭接布置，单点击数3～5击，最后两击平均夯沉量≤5cm。

3.3.2埋深大于2m的洞体处理设计

洞体埋深较大时，对顶板爆破后、清除换填方式明显不够经济。分以下两种方式进行处理。

(1)未充填或半充填类型的洞体处理。埋藏较深，洞体呈未充填或半弃填类型的洞体。仅对表层处理，不能解决可能出现的、顶板在施工和运营过程中的塌陷问题，故施工中首先对洞体采用高压泵站充填低标号混凝土，保证洞体充填密实并对洞体内原有充填物有一定胶结、加固效果后，再进行表层强夯处理。

表层强夯能级的确定根据洞体埋藏深度不同，对于埋深在2m～8m的洞体，采用3000kN.m级单击夯击能量；对于埋深大于8m的洞体，采用4000kN.m级单击夯击能量。

(2)充填类型的洞体处理。埋藏较深且为充填类型的洞体，主要采用垫层强夯法进行处理。根据埋深不同，对于埋深在2m～8m的洞体，采用3000kN.m级单击夯击能量进行处理：对于埋深大于8m的洞体，采用4000kN.m级单击夯击能量。强夯处理的范围按D+2H考虑(其中，H为顶板埋藏深度，D为洞体直径)。

(3)设计参数。洞体埋深在2m

洞体埋深在H>8m，垫层厚度均设计为1.5m，强夯采用4000kN.m能级，点夯4.5m正方形布置，分两遍完成，单点击数10～12击，最后两击平均夯沉量≤10cm。满夯采用1000kN·m能级，d／4搭接布置，单点击数3～5击，最后两击平均夯沉量≤5cm。

3.3.3施工关键

垫层填筑前，必须首先对地基表层的草皮、树根、植物土等有机物进行彻底清除，对清爆后的破碎物、充填物进行彻底清除。

填料粒径要求不大于80cm，不均匀系数Cu≥5，曲率系数Cu=1-3，含泥量不超过7％。

3.4岩溶漏斗、岩溶洼地和地面塌陷处理设计

与岩溶洞体的处理不同，岩溶漏斗、岩溶洼地和地面塌陷的处理，主要是对原有充填物的加固处理，即根据充填物厚度的不同，进行不同能级的填石强夯处理。

块碎石铺填厚度，按中心厚度按1.5m控制。

当充填物厚度H≤5m时，采用2000kN.m级单击夯击能量进行强夯；当充填物厚度5m8m时，采用4000KN.m级单击夯击能量进行强夯。

各能级强夯均按点夯45m正方形布置，分两遍完成，单点击数10～12击，最后两击平均夯沉量2000kN.m、3000kNan按≤8cm控制；4000kN.m按≤10cm控制。满夯均采用1000KN.m能级，d／4搭接布置，单点击数3～5击，最后两击平均夯沉量≤5cm。

3.5处理效果

(1)通过重型动力触探、波速测试、地基承载力等试验，各项处理要求均满足设计要求。

(2)该处理方法已在该机场多个试验标段试验成功，通过施工检验监测。结合课题研究成果，确认处理效果良好。

(3)目前飞行区土石方施工标段已接近尾声，全部强夯处理在施工中正式展开应用。效果良好。

4结束语

根据本案例，结合该公司近年来在西南地区其他项目岩溶地质强夯处理经验，强夯地基处理方式作为一种施工操作简单易行、造价低廉的地基处理方式，完全可以满足公路、机场等大型土石方地基处理要求，能够实现经济可靠的处理效果。