昆明新机场岩溶漏斗地基处理试验研究

任佳丽，姜志全，龚 泉

（长江水利委员会长江科学院 岩土重点实验室 武汉 430010)

0 概述

昆明新机场场区地处由灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩、灰质白云岩、粉晶灰岩泥质白云岩等组成的碳酸盐类岩石广泛分布区，且位于分水岭地带，总体地势较高，多为地下水补给—迳流区域。碳酸盐类岩石单层厚度较大，节理、裂隙发育，在长期强烈的风化剥蚀和水作用下，易形成一定的岩溶形态[1]，这些岩溶形态主要为地表大面积存在的溶蚀洼地、漏斗及地下溶（孔）洞等。飞行区岩溶漏斗分布情况及发育密度见表1。

表1 岩溶漏斗发育密度统计表

岩溶问题是昆明新机场地基处理的主要问题之一,若处理不当势必引起后期的沉降过大、沉降分布不均匀和地基稳定性不能满足要求。本文选择有代表性的试验区进行不同设计方案的地基处理,并对处理前后的试验区进行原位波速测试、标准贯入度试验、载荷试验等研究，分析各种处理方案的加固效果，提出适合整个场区岩溶漏斗的处理方案，为类型工程提供可靠的经验。

1 试验段选择和处理方案

选择飞行区西南部(坐标 X595441.8,Y2780383.6)Kh414漏斗进行岩溶漏斗处理试验研究。该漏斗底部较为平坦，充填物为红色粘土，面积3826.45 m2，周长243 m，长轴长度89.3 m，短轴长度45.1 m，最低点高程2 062.7 m。根据填充物的分布厚度进行不同夯击能的垫层强夯试验研究。

岩溶漏斗填充物的物理力学特性指标见表2所示。各项物理性质指标的差异系数分布在0.004～0.178之间，说明该漏斗试验小区各项物理性质指标的差异性较小。根据流限指标可判断该漏斗填充物主要为红粘土或次生红粘土。

岩溶漏斗处理试验首先清除表层耕植土，铺设2.0 m碎石垫层，垫层料采用取土区开挖的孤石经解爆后的级配石料。由于岩溶漏斗的相对高差较大，在施工中先开挖3级台阶后强夯，试验参数见表3所示。

表2 岩溶漏斗填充物物理力学特性指标

表3 强夯置换法处理岩溶漏斗试验参数表

2 岩溶漏斗检测

现场施工于2007年5月14开始，至2007年7月14日完成。试验检测分为处理前和处理后。处理前试验检测于2006年12月16日开始，至2006年12月29日完成；处理后试验检测于2007年7月19日开始，至2007年8月10日完成。

2.1 处理前后的波速测试

在岩溶漏斗QD1区、QD2区、QD3区强夯处理前后分别进行1孔波速测试。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）规定，采用土层的等效剪切波速划分场地类别[2]。土层的等效剪切波速按式Vse=d0/t ，t=∑(di/Vsi)计算。根据等效剪切波速，土层的等效剪切波速和场地土类型如表4。

由表4看出：根据等效剪切波速判断标准，QD1区、QD2区、QD3区处理后的地基土的软硬程度有明显提高，尤其是QD3区，地基土由处理前的中软场地土变为处理后的中硬场地土。

表4 处理前后波速测试成果表

2.2 处理前后标准贯入试验

在岩溶漏斗QD1区、QD2区、QD3区强夯处理前后分别进行标准贯入试验,试验成果如表5所示，QD1区处理前后的标贯击数-深度关系图如图1所示。

表5 处理前后标贯击数统计表

试验表明：随着深度的增加，土层的标贯击数均有相应的增加；处理后的标准贯入击数较处理前有较大幅度的增加；夯击能量越大，其处理效果越明显。

图1 QD1区标贯击数-深度关系图Fig.1 Diagram of N-Z of spt on QD1 area before and after the treatment.

2.3 处理后的载荷试验

岩溶漏斗处理试验小区进行处理后载荷试验3点。载荷试验成果如表6和图2所示。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）规定[3]，岩溶漏斗试验小区强夯法处理后的极限荷载为640 kPa；地基承载力特征值为320 kPa；变形模量在11.87～15.47 MPa之间，平均为14.1 MPa；比例界限相应沉降量在6.4～8.8 mm之间，平均为7.5 mm；极限荷载相应沉降量在28.32～38.26 mm之间，平均为32.1 mm。

图2 QD1强夯处理后载荷试验P-S曲线图Fig.2 Curve of P-S of loading test on QD1 area after the treatment.

表6 处理后载荷试验成果表

试验结果表明：经过不同夯击能的垫层强夯处理后，岩溶漏斗小区的地基承载力特征值均能达到了320 kPa。说明采用垫层强夯法处理岩溶漏斗小区的效果明显，三种不同夯击能的垫层强夯处理后的地基承载力均能满足设计要求。但QD3区处理效果略差于QD1区和QD2区，其主要原因是QD3区夯击能低于其它两个区域。

2.4 小结

从岩溶漏斗处理前后波速测试、标准贯入度试验成果分析得知：QD1区强夯处理后，地基土剪切波速较处理前有所提高，在12.0 m深的范围内标贯击数有较大增加；QD2区强夯处理后，地基土剪切波速较处理前有所提高，在9.0 m深的范围内标贯击数有较大增加；QD3区强夯处理后，地基土由处理前的中软场地土变为处理后的中硬场地土，但影响深度不如QD1区和QD2区。

综合考虑工程造价、工期等因素，覆盖层厚度在10.0 m以内的岩溶漏斗建议采用3 500 kN·m夯击能、4.0 m夯距、两遍点夯加一遍满夯的强夯方式进行处理。

3 结论

(1) 岩溶问题是昆明新机场地基处理的主要问题之一，岩溶漏斗发育密度高达11.9个/km2，若处理不当势必引起机场运行期的沉降问题和地基稳定性问题。

(2) 根据现场剪切波速试验、标准贯入度试验、载荷试验的原位测试结果可知：采用3 500 kN·m、4 500 kN·m 夯击能的强夯置换法处理岩溶漏斗区红粘土填充物效果较明显，采用2 500 kN·m夯击能的效果略差。综合考虑造价、工期等因素，建议本场区覆盖层厚度在10.0 m以内的岩溶漏斗采用3 500 kN·m夯击能、4.0 m夯距、两遍点夯加一遍满夯的强夯方式进行处理。

(3) 本次岩溶漏斗试验仅仅进行了波速、载荷、标准贯入度测试，其处理后地基的变形特性有待通过长期变形观测来进行检验。

[1]王亨林，赵跃平. 昆明新机场岩溶发育特征和规律[J]. 云南建筑,2010，8(4)：101-108.

[2]中华人民共和国建设部. GB50011－2001建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3]中华人民共和国建设部.GB50007－2002建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.