机场道槽区膨胀土地基处理研究

王秀丽

(山西机械化建设集团有限公司，山西太原 030009)

1 概述

膨胀土的主要构成是强亲水性的蒙脱石以及伊利石的粘土矿物，因而有着十分明显的吸水膨胀脱水收缩性能，胀缩性质十分显著。有关实验表明膨胀土具有十分强的多裂隙性和崩解性，属于高塑性的粘土，这也是其对工程有着很强危害性的根本原因。文章结合了某机场的实际施工案例，来对膨胀土特点以及改良方法进行探究。

2 膨胀土变形规律

从膨胀土的物理性质以及对其进行的变形实验对其性质进行分析。

2.1 膨胀土物理性质

粘土种类的种类含量是对膨胀土的胀缩性质影响最为明显的因素，通过X射线的衍射对其进行定量分析之后可知其主要矿物成分是水云母、高岭石和绿泥石等。一般是通过所需应该指数以及小于2μm粒子的含量来对膨胀土进行分类和性质判断，使用威廉姆斯图以及膨胀率来对膨胀土膨胀性质进行分析，调查的机场属于中等膨胀性，膨胀土等级为弱膨胀性。

2.2 变形实验

膨胀土进行性质实验的时候需要在轻便固结仪上进行，使用不同含水量和不同干密度下的膨胀土，在不同压力条件下进行实验，土样的初始含水量为17%，21%和25%，击实密度为1.53 g/cm3和 1.63 g/cm3，受到的压力为10 kPa，30 kPa，50 kPa。压力在实验开始之前给上，同时为了避免钢环和土壤之间摩擦可能会导致的土壤不均匀变形，而在钢环和土壤之间涂抹黄油，变形结束之后获得实验数据，对其分析。实验得到的结果表明干密度会对膨胀变形有着十分明显的影响，而干密度越大的话就会有着越小的变形量。初始含水量会对膨胀初始速率有着明显影响，加入水之后明显开始膨胀变形，而压力可以抑制水浸入土壤，所以可以抑制膨胀变形。

3 跑道道槽区的附加应力

作用在跑道的道槽区附近的应力主要包括填土的自重，道面结构的自重以及飞机带来的荷载。

3.1 填土自重和结构面自重

填土的自重以及道面结构的自重属于超大面积载荷，也是恒载的一种，填土和道面结构给地基产生的附加应力不会随着深度的增加而衰减。填土的自重和填方高度之间有着密切的关系，所以现在国内的土方填高度一般都有几十米，甚至高达百米。道面结构的自重载荷和道面的具体结构类型有直接关系，同时厚度也会有所影响。

3.2 飞机载荷

飞机荷载属于活载，会因为机场实时情况产生变化，根据飞机型号的不同一般附加应力会在5 kPa～60 kPa之间。附加应力效果会随着深度的增加而逐渐降低，一般在5 m左右的深度时就已经衰减到了10 kPa以内。

3.3 载荷组合

填方当中尤其是填方高度超过5 m的时候，载荷会因为飞机载荷随深度减少而迅速减少，这时候地基受到的应力主要是填土自重载荷以及道面的结构层载荷。挖方的地方则主要是飞机载荷和道面的结构层自重载荷，飞机载荷影响的效果在地面的浅层，填方高度在5 m以内的时候地基的载荷主要是由飞机和填土以及结构面三方面载荷组成的。

4 桩网复合地基的工作特点

桩网复合地基对三方面复合载荷有着比较好的承载效果。

4.1 桩网复合地基的受力原理

桩网复合型的地基有着十分复杂的受力情况，同时也有着远高于地基土壤的抗压强度刚度，所以桩当中的土壤上部沉降会大于桩帽的上部沉降，这之间存在一个相对位移。沉降和变形的过程中桩和桩之间的土壤会通过剪应力的方法把部分自重带来的载荷传递到桩帽上，这就导致了桩之间土壤受到应力的减小，同时桩受到的载荷会增加，产生土拱效应。路堤如果高度相对于桩帽间距较小，则剪应力的剪切面会贯穿在整个路堤当中，进而就不会形成土拱，桩土当中会出现的相对位移就会直接传递到路堤的表面上，这会导致路面上直接出现差异沉降。而如果路堤的高柱相对桩帽之间有着较大的间距，路堤当中就会形成土拱，因而相对位移就被限制在了沉降面以下，进而路体表面不会出现差异沉降。

4.2 桩网沉降地基的力层维持

桩网复合地基沉降模式主要包括桩顶上方的刺入变形和桩一端下刺入变形，一般会因为加筋层的存在而显得上刺变形量很小，所以持力层就直接决定了大部分的复合地基沉降效果。桩一端受到的承载力越小，就会有着越深的中性点深度。中性点以上属于受阻力区，有效桩即会起到承载作用的桩为中性点到桩一端之间的部分，所以持力层的承载力越小就会有着越长的桩长，这是为了确保承载力能够承受飞机载荷。如果因为一些原因而不能过长，则一般是通过减小桩之间的间距来减小土拱的荷载。为了确保施工结束之后有着合格的沉降值，需要确保桩端的持力层具有良好的承载力，能够在桩长范围内进入到硬持力层的范围当中，进而就能够有效的减少刺入行变量，这也确保了地基处理能够满足施工要求和经济性要求。

4.3 桩顶的填土高度

在跑道附近，对路面的差异沉降有着更高的要求，所以必须要确保道路的结构层面能够处于等沉面以上，进而确保桩网复合地基能够有着比较好的处理效果，当路面结构在等沉面上的时候，刀面结构层的沉降效果对复合地基的沉降效果没有很大的关系，基本是在进行均匀的下沉，差异沉降层比较小所以只要确保工程结束之后有着满足跑道的槽区控制标准即可。桩间距在2 m左右，按照土拱效应计算法进行计算，得到的土拱高度大概是2 m～5 m之间。实际计算过程中使用不同的计算方法，会有着差异较大的结果，所以一般是选择更加保守的计算结果，并且需要确保填方的高度大于5 m，这时就可以确保桩顶的飞机载荷衰减量是足够的，进而避免了飞机载荷对桩体以及加筋层带来的影响作用。因此填方高度高于5 m时的跑道槽区最好使用桩网复合地基的方法来进行处理。路面结构在等沉面以下的时候，道面结构沉降形式会表现出桩顶有着比较小的沉降，而桩间的土壤会有着很大的沉降，因而很难将差异沉降范围控制在1.5%以内。一般为了达到这一要求，会使用增大桩径或者是减少桩间距的方法等，这样一来土基就有着过大的整体刚度，飞机行驶的舒适性会大幅度降低，同时地基处理过程有着过高的报价，也影响了施工工期。

5 结语

综合文章内容分析，跑道槽区的膨胀土地基处理过程中，为了确保地基能够充分满足完工之后对槽区的沉降要求以及施工效率要求，处理的软土不能太厚，桩长也不能太长，最好是使用坚硬的桩端持力层。同时填方的高度不能够小于5 m，否则难以形成完整的土拱，进而导致路面出现明显沉降。最后应当谨慎使用挖方区，如果实在不可避免，则应当重视地基沉降问题以及加筋层的稳定性问题。