机场工程湿陷性黄土的地基处理方法探讨

刘 诗 平

(中国民航机场建设集团公司西北分公司，陕西 西安 710075)

机场工程湿陷性黄土的地基处理方法探讨

刘 诗 平

(中国民航机场建设集团公司西北分公司，陕西 西安 710075)

结合西安咸阳国际机场一期建设及多次改扩建工程实例，阐述了强夯法、换填垫层法、挤密桩法、冲击碾压法等常用方法在飞行区地基处理的应用和使用效果，对于咸阳机场后期的改扩建及其他类似工程的设计与施工具有一定的参考意义。

机场工程，湿陷性黄土，强夯，挤密桩，冲击碾压

0 引言

因在一定压力条件下遇水湿陷而导致结构破坏的性状，湿陷性黄土被各种地基处理规范列入了特殊土的行列，其主要分布于西部地区的甘肃中、东部、青海东部、宁夏南部、陕西北部和中部、山西和河南西部以及其他一些地区。

在湿陷性黄土地区，地基的变形包括压缩和湿陷两种。当基底压力不超过地基土的容许承载力时，由飞机荷载和填土荷载所引起的地基压缩变形较小，大都在其上部道面结构的容许变形范围内，且压缩变形以整体沉降为主，不会对道面结构和飞机的正常运行造成影响。而湿陷变形则是由于地基受水浸湿后所引起的附加变形，通常是在局部地区突然发生的，变形量因受水浸湿程度的不同而极不均匀，对上部道面结构的危害和破坏性较大。因此，为消除或减轻因湿陷性变形而引起的不均匀沉降对机场道面的危害，在工程设计时常需采取一定的处理措施消除湿陷性，以保证道面结构的安全可靠和正常使用。

1 工程概述

西安咸阳国际机场始建于1984年，1991年建成通航，历经多次改扩建工程后机场拥有2条平行跑道，站坪机位数134个，飞行区道面区(跑道、滑行道、站坪道面)面积总计达250余万平方米。机场地处黄土塬地貌单元，地形较为平坦，地下水位埋深大多在地面下10 m～15 m，可不考虑地下水对基础的影响。场地土层自上而下主要有：

第①层耕表土(Qpd)：含大量植物根系，结构松散，层厚0.4 m～0.6 m。

第①-1层杂填土(Qml)：主要由砖瓦块、炉渣及少量粘性土组成，该层仅在极少量钻孔被揭露，层厚从1 m～6 m不等。

场地内主要地层的物理力学性质指标见表1。

根据地质情况分析，作为道面基础主要持力层的第②层黄土稍密，高压缩性，承载力较低，场地属Ⅱ级～Ⅲ级自重湿陷，局部为Ⅳ级，湿陷土层厚度大多在10 m～15 m，最大为17 m。按照MH/T 5027—2013民用机场岩土工程设计规范和GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范的相关要求，需对地基进行处理，以消除道槽结构层底以下一定深度范围内的湿陷性，减少压缩性，并提高地基承载力[1，2]。

表1 场地内主要地层的物理力学性质指标表

2 地基处理

可满足上述地基处理要求的常用地基处理方法主要有强夯法、换填垫层法、挤密桩法、冲击碾压法等方法。结合工程地质的局部差异、待处理场地周边建(构)筑物分布情况、改扩建工程时不停航施工的要求等具体情况，上述方法在机场飞行区道槽区地基处理中均有过规模不等的应用或进行过单独的地基处理试验。各处理方法的使用或试验情况介绍如下。

2.1 强夯法

强夯法是用起重机械将10 t及以上的重锤起吊到一定高度后自由落下，给地基以强大的冲击能量的夯击，使土出现冲击波和冲击应力，迫使土体孔隙压缩，孔隙水和气体排出，土体颗粒重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低压缩性、消除湿陷性的一种地基加固方法[3]。适用于处理碎石土、砂土、湿陷性黄土、杂填土、素土和低饱和度的粉土与粘性土等地基。用于湿陷性黄土地基处理时强夯法优点主要体现为施工简单、效率高、工期短、费用低，缺点是振动和噪声较大，强夯机械架立和行走速度慢，当施工区域位于飞行区不停航施工区域时则难以在夜间停航时间段内进行有效的施工作业。目前，强夯法是机场工程湿陷性黄土地基处理使用面积最大的方法，取得了较为成功的经验。

咸阳机场现有飞行区道面80%以上的区域均采用了强夯法进行湿陷性黄土处理，第一遍和第二遍跳夯均采用1 500 kN·m能级，夯位间距为3 m，第三遍满夯采用1 000 kN·m能级搭接夯。地基处理前后压实度、湿陷系数对比如图1所示。

1 500 kN·m强夯处理后可消除终夯面以下5.5 m深度内的湿陷性，3.0 m深度内的密实度可达到80%以上。北跑道自1991年投入使用后至2014年加铺改造，已连续使用23年，道面未发生因地基湿陷而引起的破坏，跑道中线处工后沉降量如图2所示，平均沉降量约20 mm，最大沉降量42 mm。

2.2 换填垫层法

垫层法的原理是通过换填道面结构层下一定深度的软弱土，以达到提高地基承载力，减少沉降，消除湿陷性等作用。换填垫层法优点主要体现为施工简便、操作简单、振动和噪声影响小、质量可控，当存在与现道面相邻较近的区域不停航施工时作业效率较高；缺点是换填深度过大时开挖深度较大，工程量增加较多。

换填垫层法在咸阳机场飞行区道面地基处理中的应用主要位于扩建道面与现道面相邻处，如北飞行区新建滑行道工程、国际厅站坪扩建工程、南飞行区站坪扩建工程以及新建东联络通道工程等，是仅次于强夯法而应用面积较多的地基处理方法。为避免强夯施工振动过大对现道面造成破坏而采用换填垫层法进行处理，将湿陷性黄土挖除后分层回填碾压密实，碾压密实后的黄土无湿陷性，且渗透系数较低，可起到隔绝上部地表水渗入下部未处理湿陷黄土中的作用。此外，对杂填土分布范围及深度较大区域也采用了换填垫层法进行处理。换填深度主要结合湿陷性等级、杂填土的分布深度以及飞机荷载附加应力影响深度进行确定，目前，大部分区域换填深度在3 m左右，局部区域则结合湿陷等级的变化进行了适当的增加。

2.3 挤密桩法

土挤密桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时，桩孔内的土被挤向周围，而使桩间土得以挤密，以达到消除湿陷性的目的，且对桩孔内回填土进行分层夯实时可再次对桩间土起到挤密作用。用素土分层夯实的桩体称为土挤密桩，用灰土分层夯实的桩体称为灰土挤密桩，二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受上部道面结构传递下来的荷载[4]。

挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素土和杂填土等地基，以消除湿陷性为主要目的的飞行区道面地基处理主要采用土挤密桩法进行。优点是振动影响小，对现道面结构影响小，无需进行大面积开挖，当场地相对狭小、周边建(构)筑物分布较多，换填处理挖方土无堆放空间的区域可采用该方法进行处理；缺点是工程费用较高，且利用柴油锤沉管时对环境污染影响较大。北飞行区东航机库维修机坪曾采用该方法进行处理，素土挤密桩桩径为0.42 m，采用等腰三角形布桩，桩间距为0.9 m、排距为0.8 m、桩长为6 m(处理深度兼顾杂填土埋深确定)。桩间土经挤密处理后密实度均在95%以上，湿陷系数均在0.015以下，见表2。

表2 桩间土挤密前后物理指标比较

2.4 冲击碾压法

冲击碾压主要是利用非圆形压实轮在高速滚动过程中产生的巨大作用能量来实现对土体的压实，当压实轮高速滚动时，压实轮廓曲线从最小半径处起步，随后接触点半径逐步增大，对地表产生揉压，当滚动接近最大半径处时，出现一瞬间支持力等于重力的碾压过程，当压实轮继续滚动至下一轮瓣轮廓曲线最小半径处时冲击地表土体，从而产生巨大冲击作用，其冲击相当于压实轮自重对地表产生静压力的20倍～30倍，巨大冲击力引起周边土体介质产生振动响应。在这种“揉压—碾压—冲击”的综合作用下土体颗粒重新组合，强迫排除土体颗粒间的空气和水，从而使土体变得密实，湿陷性得以消除[5]。

冲击碾压法优点是碾压效率较普通压路机高，适用于处理湿陷性土层厚度较薄区域，该方法在咸阳机场飞行区道面地基处理中仅进行了试验段的施工，尚无具体的工程实例。试验段中利用25 kJ冲击压路机对原地面进行了冲击碾压50遍，每冲击5遍分别检测原地表下0.3 m，0.5 m，0.7 m，0.9 m，1.2 m处的含水量、湿陷系数、压实度等情况，地基土含水量均在14%～16%之间，湿陷系数和压实度随碾压遍数的变化情况如图3，图4所示。

根据冲击碾压后湿陷系数和压实度指标可知，冲击碾压用于黄土地基处理时影响深度较小，碾压50遍后仅可消除0 m～0.8 m深度的湿陷性、0.8 m深度内的压实度可达到85%以上。

3 结语

1)在对机场飞行区道面湿陷性黄土地基进行处理时，可供选择的地基处理方法有多种，各处理方法均有其各自的特点，实际使用时应结合具体情况进行比选后确定，一般情况下，应优先选用经济适用的强夯法进行大面积地基处理。

2)强夯法、换填垫层法、挤密桩法均在西安咸阳国际机场飞行区道面地基处理中取得了较好的工程效果，未发生因地基湿陷而引起的道面破坏。

3)冲击碾压法有效处理深度相对较小，采用该方法进行飞行区道面湿陷性黄土地基处理时应进一步试验验证后使用。

[1] GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2] MH/T 5027—2013，民用机场岩土工程设计规范[S].

[3] 周广利.冲击碾压和强夯法在湿陷性黄土路基中的应用[J].山西建筑，2010，36(16)：270-271.

[4] 张志强.湿陷性黄土的地基处理方法探讨[J].武汉大学学报(工学版)，2012，45(sup):56-57.

[5] 李廷刚.冲击碾压加固吹填粉细砂地基机理及应用[J].北京科技大学学报，2010,32(4):89-90.

Discussiononfoundationtreatmentmethodofcollapsibleloessinairportengineering

LiuShiping

(ChineseAirportConstructionGroupCorporationofCaccNorthwestBranch,Xi’an710075,China)

Based on the example of Xi’an Xianyang International Airport, the dynamic compaction， replacement layer of compacted fill， compaction pile and impact crushing method are used to treat the flying area foundation, the experience have certain sign significance for research and construction of similar projects.

airport engineering, collapsible loess, dynamic compaction, compaction pile, impact crushing

1009-6825(2017)23-0059-03

2017-06-06

刘诗平(1986- )，男，工程师，国家一级注册结构工程师

TU444

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