盐渍土地区机场地基处理设计

2014-06-09谭晓刚

长春工程学院学报（自然科学版） 2014年2期

谭晓刚

（中国民航机场建设集团公司西北分公司，西安710075）

0 前言

盐渍土作为不同程度、不同种类盐碱土的总称，广泛分布于我国的西北、华北、东北的西部、内蒙河套地区以及东南沿海地区，占全国可利用土地面积的4.88%。按地理分布，可将盐渍土地层分为内陆含盐地层和海滨含盐地层。其中内陆含盐地层主要分布在新疆、青海、甘肃、内蒙、宁夏等干旱地区，尤以新疆的塔里木盆地、青海的柴达木盆地、青海湖边缘和阿拉善荒漠地区较为集中[1]。

随着我国民航事业的快速发展和西部大开发战略的深入实施，盐渍土地区将可能新建或扩建更多的民用机场。因此，有必要结合机场工程的特点，分析盐渍土对机场工程的具体危害，总结目前机场工程中常用的地基处理措施，为盐渍土地区的机场勘察、设计和施工提供参考。

1 盐渍土的形成及其对机场工程的危害

1.1 盐渍土的形成因素

1.1.1 气候因素

库车地区夏季高温（40.8℃）、冬季严寒（－20.8℃）、干旱少雨（年平均降水量79.4mm，年平均蒸发量2 863.4mm）、蒸发量远大于降雨量等气候因素使得土壤中上升水流占据优势，土中可溶性盐也随之集聚于表层，而该种气候条件下的淋溶与脱盐过程又十分微弱，故造成该地区形成了大面积的盐渍土。

1.1.2 地理因素

库车位于天山南麓、塔里木盆地北缘，受“三山夹两盆”封闭式地形的影响较大，盐分只能在盆地内部重新分配，水流将山区含盐地层风化后的盐分带至盆地，使地面水与地下水的含盐量逐渐增高。

1.1.3 植物因素

库车机场场址生长有大量的芦苇、骆驼刺等深根植物，植物生长过程中的蒸腾作用会消耗大量的地下水，并加大了地下水的矿化度，间接加强了土质的盐渍化程度。

除上述因素外，近年来逐渐增多的人类活动也是当地盐渍化逐渐加剧的一个重要因素，如农田灌溉、渠道渗漏、洗盐排水措施不配套等人类活动均有可能使土壤盐渍化程度加剧[2]。

1.2 盐渍土机场的病害

盐渍土的大部分物理和力学性质指标受盐渍土中组成成分相态的变化影响较大，并因此对机场工程造成严重的危害。盐渍土地区机场工程的病害主要表现在道面盐胀、沉陷、翻浆及腐蚀破坏等方面[3]。

1.2.1 道面盐胀

由于盐渍土在温度或含水量发生变化时，土体体积发生膨胀或缩小，从而造成道面局部不平、鼓包等现象。在飞机荷载的反复作用下，则很容易使道面开裂、松散，若不及时处理，将危及飞机的起降安全。

1.2.2 道面沉陷

由于土中可溶盐受水溶解，土体结构强度容易瞬间丧失，导致跑道土基承载力的降低，在飞机荷载作用下使得土基产生较大沉降，并容易形成道面板脱空。

1.2.3 道面翻浆

黏性盐渍土地区道面经冬天盐胀及冻胀后，在春天气温升高由上而下逐步消融时，由于盐碱脱水、体积变小、土壤渗透性差等因素，容易使道面下形成土基包浆，在飞机起降荷载的作用下，泥浆被挤出道面，形成翻浆。

1.2.4 道面腐蚀

由于盐渍土中的盐分易与机场道面工程中所使用的混凝土、钢筋等材料发生化学反应，使得混凝土粉化开裂、钢筋锈蚀等，最终导致机场道面结构层损坏、丧失使用性能。

由于机场工程中具有飞机起降荷载大、不停航施工难度大等特点，机场跑道一旦产生上述病害便容易迅速恶化，难以根治。此外，与公路工程或其他工程相比，局部的上述病害一般不会影响公路或建筑物的整体使用，而机场工程中十几万平方米的跑道中任何小范围的局部病害都将严重影响飞行安全和道面的使用。因此，应对盐渍土地区机场工程中的设计足够重视[4]。

2 盐渍土地区机场地基处理方案

库车机场飞行区等级为4C，跑道长度2 600m，场址地处山前冲洪积细土平原区，地势平缓，北高南低。场区内易溶盐试验成果见表1。

表1 易溶盐试验成果表

2.1 抬高道槽标高

由于库车县处于Ⅵ2区（公路自然区划标准），且场区地下水位埋深较浅（埋深1.0m）。结合《民用航空运输机场水泥混凝土道面设计规范》的相关规定及水位变化幅度，为保证土基强度和稳定性，确定飞行区道槽槽底标高应至少高于勘察地下水位3.1m[5]。

2.2 基底处理

场地地层主要由粉细砂、粉土、中砂等构成，承载力特征值在115～150kPa之间。由于场地表层1m范围内土层均为强盐渍土、且有大量的芦苇根茎分布，故需首先铲除1m厚表层土，并继续向下清除直径大于0.5cm的芦苇根系。

由于清除1m厚表层土后，其下3.5m深度范围内粉细砂、粉土层密实度和承载力均不满足机场场道工程对土基的要求，故采用150t·m能级进行强夯处理。为便于大面积强夯施工，强夯夯位排布为正方形，夯位中心距为3m，排距为3m。

强夯施工时应采用圆形夯锤，并设有不少于4个直径在0.25～0.30m之间，且上下贯通的排气孔。第一遍跳夯（150t·m），每夯位不少于12击，最后两击平均夯沉量不超过4cm，否则加击；第二遍跳夯（第一遍夯后剩余的夯位，150t·m），每夯位不少于9击，最后两击平均夯沉量不超过4cm，否则加击；第三遍搭接拍夯（100t·m），夯痕压叠1／3，每痕连夯3击。拍夯施工完成后，应整平地表并用18t以上双驱振动压路机进行表面碾压。

2.3 隔断层设计

场地表层1.0m范围内含盐量较高，以硫酸、亚硫酸盐渍土为主，为阻断地基底层水分和盐分向上迁移，防止盐胀、沉陷、翻浆等病害的发生，需在道槽底部设置隔断层。常用的隔断层有砾（碎）石隔断层、风积砂或河砂隔断层、土工布隔断层、沥青砂隔断层等。考虑到工程的水文地质、地方材料的来源等条件，以及机场工程的特点（如横断面宽度大，一般在200～300m之间，道面土基两侧无临空面；飞机起降荷载大、病害发生后不停修复航施工难度大等），经比较分析后，采用土工布包裹砂砾石隔断层。在槽底设计标高下1m处设置两布一膜的复合土工布，其上铺设1m厚级配砂砾（要求含盐量小于0.3%，粒径2～53mm），并用复合土工布将其侧壁包裹，在整个地基处理范围内形成连续的防水隔盐层，可有效隔离基底及侧壁水分、盐分等进入道槽底部，与砂砾石隔断层共同作用，起到双重隔离的效果，安全度较大。

跑道纵坡设计为由东向西全长降坡，在跑道东西两端端部处的土工布均设置开口，以避免施工期间的雨水、养护用水等进入隔断层内后形成积水。

图1 土工布包裹砂砾石隔断层结构图

隔断层土工布应采用两布一膜复合土工布，土工布技术指标见表2。

土工布铺设前，应对土基表面进行清理平整，表面坡度及平整度均应符合土基设计要求，并严禁有坚硬棱角的砾（碎）石等凸出。土工布铺设完成后，严禁人、机械在其上行走；并尽快在土工布上设置厚度不小于5cm的细砂保护层，细砂保护层采用人工摊铺，以防砂砾石铺设及碾压时将土工布刺破。

表2 两布一膜复合土工布技术指标表

土工布宜全断面进行铺设，表面应平展紧贴原地面，接头时应低的一幅接头在下，高的一幅接头在上，搭接宽度不小于0.2m，采用热焊法连接。

2.4 土基填筑

场址附近有一沙丘，拥有丰富的砂土资源，故采用细砂填筑隔断层以下的土基，要求压实度不小于95%，细砂中含盐量不得高于0.3%。

用作土基填筑的细砂及用作隔断层的级配砂砾石应严格控制含盐量、粒径、含水量等质量指标。填筑应采用机械化施工，振动压路机进行压实，分层填筑每层松铺厚度不大于0.35m，压实标准按重型击实最大干密度进行控制。

土工布上第一层级配砂砾石应采用进占法填料、平铺，碾压时应先静压，再微振，最后强振，以保证填料的压实度、稳定性以及对土工膜的保护。

土工布及隔盐层施工完成后，应采取适当措施防止两侧土面区雨水流入土工布内的砂砾包裹体中。其上的水稳基层分段施工养护时，应保证养护用水不从其端部流入土工布内的包裹体中。

表3 级配砂砾粒径要求

2.5 质量检测

施工过程中应加强对道槽土基填料的含盐量、含水量、均匀性以及强夯土基压实度的检测，抽检频率为：细砂填料每1 000m3填料不少于1组，砂砾石隔断层填料每500m3填料不少于1组，每组分别取3个土样进行含盐量和含水量的分析。填筑压实度检测每层每1 000m2不少于1点。强夯土基每3 000m2开挖不少于1处探井检测终夯面以下3.5m深度内的密实度。经检验，强夯处理后夯沉量平均为0.5m，3.5m深度以内土基密实度较夯前提高20%～30%。