机场建设土基反应模量试验分析

2020-01-03杨碧辉姜秉秉

山西建筑 2020年1期

王通杨碧辉姜秉秉王淼

(1.甘肃中建市政工程勘察设计研究院有限公司,甘肃兰州 730000; 2.甘肃省民航机场集团有限公司，甘肃兰州 730000)

机场运行期要对外公布路面承载强度，只要PCN(Pavement Classification Number)≥ACN(Aircraft Classification Number)，且胎压符合要求时就可以运行，其中PCN是指不受运行次数限制的道面强度等级数字，而道面强度等级的高低紧紧依赖于土基强度的大小，因此，土基强度是刚性水泥混凝土道面厚度设计的重要参数[1]。表征土基强度的指标有地基回弹模量、地基反应模量及加州承载比(CBR)，CBR是作为选用土基材料的主要技术指标，在公路工程中一般采用土基回弹模量作为道路设计指标，而在铁路规范、机场规范中则采用地基反应模量，并以地基反应模量对机场刚性道面的土基强度等级进行划分。

1 地基反应模量

地基土的反应模量采用原捷克斯洛伐克工程师温克勒(E.Winkler)于1876年提出的弹性地基模型和弹性半空间模型，适用于模拟持力层厚度较小，强度较低的地基，通过现场平板载荷试验测得。温克勒地基假设认为地基表面某一点所受的压力强度p与该点的地基沉降量w成正比(竖向位移w与该点板给地基的压力p成正比)，而与其他各点的压力无关[1]，即p=kw(其中，p为某一点所受压力,MPa；w为弯沉值,m；k为基床反力系数，也称垫层系数或地基反应系数和路基反应模量)。

2 现场测试方法

选用直径为750 mm，厚度不宜小于25 mm的圆形承载钢板，铲除表层耕植土、填土层，依规范[2]进行试验装置安装，如图1所示。并用15.4 kN荷载预压1次～2次，观测百分表的沉降量，并使其相对误差控制在1%以内，卸载后方可逐级加压(34 kPa→69 kPa→103 kPa→137 kPa→172 kPa→206 kPa或15.46 kN→30.93 kN→46.39 kN→61.85 kN→77.31 kN→92.76 kN)进行现场试验。

地基反应模量试验是一种特定条件下基于弹性地基模型的载荷试验，每级加载后以沉降速率小于0.25 mm/min，且不少于3 min为终止条件[3]。与地基土承载力荷载试验不同，所加的荷载较小，最大92.76 kN，因此在典型的平板载荷试验压力—沉降曲线三阶段[4](直线变形阶段、剪切变形阶段、破坏阶段)中只有直线变形阶段，P—S呈直线关系。

在加载试验完成后，需取承载板下10 cm～20 cm处的地基土样进行含水量试验，取测点旁土样采用灌砂法或环刀法进行地基土样密度试验。当测点地基土的含水量为非饱和状态时，采取原状土样进行浸水与不浸水条件下对比的室内压缩试验，压缩试验的垂直压力为70 kPa，浸水试样要求在施压前达到饱和状态。

3 工程实例

表1 地基土反应模量试验数据表

通过以上试验可得，该机场各层地基土的反应模量特征值：粉土层的反应模量k0值变化范围在14.82 MN/m3～25.31 MN/m3之间，平均值为19.16 MN/m3；粉砂、砾砂层的反应模量ku值变化范围在52.63 MN/m3～55.56 MN/m3之间，平均值为53.60 MN/m3；角砾层的反应模量ku值变化范围在100.00 MN/m3～111.11 MN/m3之间，平均值为103.70 MN/m3。