机场跑道真空联合堆载预压技术研究

2020-11-23中铁十六局集团第三工程有限公司浙江湖州313000

安徽建筑 2020年11期

袁鸿（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江湖州 313000）

1 引言

在我国东部沿海地区存在着大量的软土地基，软土层厚度普遍在20m～30m之间[1]。在该地方修建机场，最大的困难就是要克服机场飞行区下的软土地基问题，减少工后沉降量，确保飞机起降安全。软基处理技术发展到现在为止，已经有很多的比较成熟的施工工艺，像水泥搅拌桩、强夯法、换填垫层+土工格栅结合冲击压实法、堆载预压排水固结法、真空预压排水固接法等。针对机场飞行区这种大面积的软土地基处理，水泥搅拌桩法成本太高，强夯法及换填法处理深度不够，堆载预压排水固结法工期太长，真空预压排水法固结法由于真空度在传递过程中损失极大，加固质量无法保证。因此，本文以德清莫干山机场跑道建设为例，结合真空预压和堆载预压的优点，形成真空联合堆载预压施工方法，该方法既缩短了工期又提升了加固效果[2]。

2 工程概况

德清莫干山机场飞行区等级为1B，采取目视飞行。建设内容包括跑道、站坪以及两条与跑道相连的垂直联络道等，工程占地面积约21万m2。

该机场位于湖州市德清县雷甸镇。场地为堆积地貌冲积湖积平原，场地内分布有大量水塘。其主要地基土物理力学指标及相关参数如表1所示。

根据工程勘察报告显示，该场地的主要特点：

①淤泥层深厚，淤泥质粉质粘土厚度达30m，土层压缩性高，在回填土和飞机荷载作用下工后沉降大；

②现场现状分布有大量水塘，塘底水系连通，必须先行将水塘进行处理后方可进行下一步地基处理；

③飞行区内现状地势较低，平均只有1.8m，结合地基沉降考虑，与场地设计标高相差2.7m，后期场地回填需要大量宕渣，同时该部分宕渣作为附加荷载，加剧了工后沉降。

3 软基处理方案

考虑机场后期填土较多，堆载预压填料不卸载，用于场地土方回填，堆载高度对工程造价影响不大，决定采取真空联合堆载预压施工技术处理该软土地基。处理方式如图1所示。

图1 地基处理标准剖面图

根据地质资料，③-1淤泥质粉质粘土层承载力特征值为55kPa，而3.5m高填土荷载约为63kPa，超过天然地基容许承载力，故需分级堆载。加载步骤及加载曲线分别见表2及图2。

3.1 主要工艺流程

图2 加载曲线图

图3 真空联合堆载预压施工工艺流程图

真空联合堆载预压的主要施工顺序如图3所示。

3.2 真空预压

3.2.1 平整场地

全部跑道区域按标高1.8m进行平整处理。对范围内的沟塘进行抽水、清淤、回填，对较高的田埂进行推平，并清除范围内的地表耕植土、杂草及树根等杂物。推平后的场地由中间往两侧放坡，并在四周挖好排水沟，也可利用压膜沟进行排水。

3.2.2 摊铺砂垫层

先铺30cm砂垫层作为工作面，由于近年政府加大环保力度，禁止开采天然砂砾石，故排水垫层材料采用中粗砂垫层，垫层要求有良好的渗透性，渗透系数不低于10-2cm/s，含泥量不超过3%，粒径为0～5cm。为避免土工膜被刺破，需将表层树枝、贝壳及尖棱石子等清除干净。

主要地基土物理力学指标及相关参数表1

真空堆载联合预压时间及荷载表表2

监测仪器数量、方法和频率表3

3.2.3 排水板插设

排水板为C型板，宽度×厚度为10cm×0.45cm，等边三角形布设，间隔1.2m。排水板打入土中18m深，顶端留有40cm并横向埋入膜下30cm的中砂垫层内。插板机拔出时，所带出的泥土需用中粗砂回填密实以减少真空度损失。排水板打设如图4所示。

3.2.4 布设监测点

分别在跑道区域布置沉降板、真空表、水位管和孔压观测孔，孔压孔内按3m间隔埋入孔压计（从地表下3m开始布置），并在中间布置水位观测管，各监测仪器数量、方法和频率见表3。

3.2.5 铺设滤水管

真空滤水管管径ф60mm，滤水孔直径ф6mm，孔间距5cm，呈三角形或梅花形布置，管外包裹一层80目尼龙网，外层包裹土工布一层。滤水管水平均匀铺设，排距7m，最外层滤水管距真空预压区边线2m，滤水管之间用钢丝软管连接，连接要牢固，连接处需密封。跑道一侧预留接口，以便与膜外管路相接。

3.2.6 铺设真空膜

真空膜从上至下依次为：1层400g/m2长丝无纺布、3层PVC密封膜、1层150g/m2编织土工布＋1层400g/m2长丝无纺布。密封膜采用聚氯乙烯塑料薄膜加工而成，抗拉强度：纵向≥18.5MPa，横向≥16.5MPa。每边大于真空预压区6m，埋入四周开挖的压膜沟内，膜上覆土1m左右。真空膜铺设如图5所示。

3.2.7 安装并调试真空泵

每1000m2配置一套真空泵。真空泵安装好后，先进行试抽，检查机械运行状态、真空系统的密封情况等。真空泵设备如图6所示。

3.2.8 抽真空

真空抽吸运行过程中，持续不断观察膜下真空度，要求膜下真空度≥80kPa，如果真空度不够，应检查膜与管路系统的密封情况、密封膜破裂漏气情况，以及真空装置的运行情况，并采取补救措施。抽真空总时间为92天。

3.3 分层堆载预压

抽真空满30天后堆载0.5m厚中粗砂垫层以保护密封膜，然后分层堆载2.7m的碎石土。每层检测压实度，压实度符合要求后方可堆载下一层，直至全部堆载完成。三级荷载共存62天。

4 监测结果

①实测最大地表沉降计-1018mm，110天后沉降趋于稳定。

②通过孔压计观测，120天后平均应力固结度为88%，大于设计的应力固结度80%。

③加载50天后地下水位下降趋于稳定，累计下降5m。

图6 真空泵安装调试施工图

④开始抽真空后，真空度在24h内增加到60kPa，预压期间，平均真空压力在85kPa，大于设计要求的80kPa。

5 施工检测

地基处理结束后，在具有代表性的真空预压分区分别进行了平板静载荷试验，现场十字板剪切强度检测，钻孔取土检测，静力触探检测以及压实度检测。

5.1 静力触探

静力触探的侧阻和端阻统计值见表4。

由表4可知，地基处理后跑道区域淤泥质粉质粘土层的端阻标准值提高了20%，侧阻标准值提高了20%。

5.2 原位十字板剪切

地基处理后跑道区域③-1淤泥质粉质粘土层十字板原状土剪切强度统计表见表5。

由表4可知，地基处理后跑道区域淤泥质粉质粘土层的十字板原状剪切强度为31.95kPa。满足设计要求。

地基处理前后跑道区域双桥静探统计值对比表表4

地基处理后跑道区域原位十字板强度统计值表5

地基静载荷试验汇总表表6

P-S曲线和S-lgt曲线图表7

飞行区跑道区域③-1淤泥质粉质粘土层各项指标统计值表8

5.3 地基静载荷试验

根据对跑道区域#PB1地基测点进行慢速维持法静载试验，得到了荷载与沉降数据，并将上述数据绘成P-S曲线和S-lgt曲线。#PB1测点的试验数据见表6，曲线图见表7。

从图表和曲线可以看出：

跑道#PB1测点按规范加载到第二级荷载40kPa时，承压板累计沉降量为0.88mm；当加载到第十级200kPa时，承压板累计沉降量为24.78mm。整个加载过程中，P-S曲线和S-lgt曲线均正常，沉降速率稳定，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），跑道#PB1测点的地基极限承载力可达200kPa，符合设计要求[3]。