软土地区复合地基在某机坪地基处理中的经验与教训

贺静漪 吴丽娜 宁利鹏

摘要：不良地质条件下场道工程中地基处理一直是场道工程中的重点。其中以软弱土最为常见，本文分析了机场机坪、跑道的荷载特点，地基处理目的和其他工程的区别，软土地区地基处理中散体桩应用的教训与经验总结。并以深圳某航空公司基地机坪工程的地基处理为例，分析了软土地基处理方案的确定和相应注意事项。

关键词：场道工程;地基处理;软土地基;大面积荷载

一、引言

场道地基处理是飞行区场道工程重要的一环。道槽土基是道面结构静荷载和飞机运行动荷载直接承担者，其强度、稳定性和沉降直接影响到的上部面层的性状。机场建设工程实践表明道面面层病害、破坏的发生都和土基的相关等病害相关。同时机坪、跑道的道面状况直接和飞机的运营安全息息相关，土基的设计和施工越来越引起业主和设计者的重视。

软土在我国分布十分广泛，其中沿海地区、长江、珠江三角洲等滨海和湖河沼地带尤为普遍，而软土地区也往往是经济发展程度相对较高的地区。近年来在长江、珠江三角洲、滨海地区修建机场的数量日益增多，我们面对软土地基的情况也越来越多。由于软土具有含水量高、压缩性大、渗透性差、灵敏度高、强度低、土层厚度不均等特点，在飞行区地基设计时要把握软土的特点，在满足使用要求的前提下，作出最合理经济的地基处理设计。

二、软土地区机场场道地基处理的特点

由多次飞行区软土地基处理工程的经验总结，软土低级场道地基处理有如下特点：

1.大面积荷载和飞机荷载

机坪、跑道的土基所承担的荷载包括道面结构静荷载与飞机静荷载和动荷载。两种荷载是两种不同性质的荷载，在地基中产生的附加应力相差很大。

道面结构静荷载属于大面积静荷载，附加应力沿深度方向衰减较慢，对于土基的影响较大;飞机运行荷载属于局部荷载、动荷载，附加应力在深度方向的衰减较快，相对于结构静荷载来说，其对地基土的影响要小一些。我国现行的场道地基设计方法参照了公路路基的设计方法。两者都认为飞机、车辆等交通荷载对地基变形的影响可忽略不计。但根据同济大学杨斐[1]等人基于上海浦东国际机场的一跑道近六年的观测数据来看，飞机运行动荷载对跑道沉降的影响远大于预期，第五年飞机运行动荷载引起沉降占工后总沉降的三分之一。

机坪、跑道引起的大面积荷载不同于普通建构筑物的荷载：首先荷载值较之普通建筑小很多，荷载面积较大。对于一般的机坪来说，宽度达到50m、100m都是很常见的，根据《建筑地基基础设计规范》[2]中有关附加应力的计算方法，可采用矩形均布荷载进行计算。宽度为b长度为l，假设长宽比l/b=2，当深度z=b的时候附加应力仅仅衰减20%，那么理论上的计算深度肯定要大于50m、100m。通过很多工程检验，大面积荷载的影响深度比普通建筑的影响深度大很多但是远远没有达到理论计算值。究其原因，理论计算并没有考虑到同一土层沿深度压缩模量递增的情况以及土的结构性。同一土层性质相同但是随深度、应力状态不同，土的模量也有所改变，通常会随深度增加而变大。某些软土受力在某一压力值以下时变形很小，应力超过此阀值土的形变就会突然增大，此种特性就是软土的结构性。场道工程中土基受到的荷载较小，因此扩散到一定深度后，土的结构强度会大于引起沉降的附加应力。

2.沉降要求

按照规范要求，总沉降要求根据土质、填方高度及面积的不同而略有不同，通常沉降控制要求工后总沉降及不均匀沉降进行控制。

错台、起伏过大等等由不均匀沉降带来的病害对飞机的运行会有严重影响，威胁飞行安全，因此土基的不均匀沉降控制比公路中的要求要高很多。

三、大面积荷载和飞机荷载作用下的机坪下软土地基的常用处理方法

大面积荷载和飞机运行动荷载作用下软土地基处理通常的处理方法很多：

固结排水法：固结排水法主要用于解决软弱粘土，特别是软土埋藏深厚、透水性差的情况。固结排水法可以消除地基的沉降和提高地基承载力和稳定性。

振密和挤密法：振密和挤密法常用的方法有砂石桩、振冲法、强夯等等。此种工法通过振动和挤密的方法使地基的土体密实度增大以提高地基土的承载力减小沉降。

置换及拌入法：置換法使用性质良好的填料置换地基中软弱土体，拌入法是向土体中版图水泥或其他化学浆材。置换及拌入法主要有换填、旋喷法、挤淤置换、强夯置换、水泥搅拌桩等等。

加筋法：指在地基中设置筋材，以达到减少沉降、提高承载力的效果。

四、案例分析

1.项目概况

（1）项目背景

某航空公司基地地处广东省南部，基地项目总体占地面积约10万平方米，本次地基处理对象为此航空公司基地一期建设停机坪，处理面积约1.9万平方米。停机坪方案的设计荷载按照B747-400进行设计。

（2）地质状况

场地原始地貌为浅海—海岸堆积阶地，第四系人工填土层，下伏基岩为震旦系混合岩。场地地势开阔、平坦，现场地地表堆积厚度较大的填土（石）层及大量的建筑垃圾（大块径砼块等）。

根据钻探揭露，场地内分布的地层按自上而下的顺序描述如下：

1）人工填土层（Qml）：素填土①1，主要以粘性土为主，偶见少量碎石、碎砖等杂质。杂填土①2：主要以岩块、砼块、砖块等建筑垃圾为主，不均匀混少量粘性土，厚度1.20～4.80m。填石①3：成分主要以混合岩碎石、块石等为主，厚度1.20～6.00m。

2）第四系海陆交互相沉积淤泥②：含少量贝壳碎片及有机质，饱和，流塑状态，局部软塑状态，层厚1.10～6.40m。

3）第四系残积粉质粘土③：可塑～硬塑状态，层厚0.60～18.20m。

4）下伏基岩为震旦系混合岩：全风化混合岩④、强风化混合岩⑤、中风化混合岩⑥。

各土层的物理、力学性质指标见下表。

根据勘察报告，本工程地下水属潜水类型，地下水位埋藏深度为0.30～5.50m。

2.方案确定

（1）.机坪部分

新建停机坪工程场地软土层层厚在1～6m，局部分布填石①3。采用预压法处理存在塑料排水板、砂井等竖井排水通道打不进去的问题。经过方案比选以及对当地施工方法的调查，选定振冲碎石桩为本次工程的方案：振冲碎石桩可以穿透填石层①3及软弱土层，到达相对性质良好的粉质粘土③。其一是碎石桩可以形成复合地基，提高地基承载力;其二碎石桩起到排水固结通道作用，同时在桩顶设置一定厚度的高渗透性垫层，这样有利于孔隙水的扩散和软土层固结。

桩体的填料：桩体材料一般选用碎石、卵石、矿渣等。土质强度低可选择粒径稍大的材料，填料应有适当级配。本次工程选用桩体材料粒径为40mm-150mm的碎石或卵石，含泥量不大于5%。

桩径的确定：桩径的确定一方面考虑两次填料的性质一方面考虑常用施工机具的条件。桩径过小桩的数量会增多施工繁复施工难度也增加;桩径过大，不仅使处理的地基均匀性变差，容易使桩周围的土因为挤压而上涌，或者使桩周围的土因为过分挤压而产生超空隙水压力，而形成橡皮土。考虑到以上因素，本次工程选用桩径Ф1000mm的桩型。

本次选用三角形布置，桩间距的选用不仅要考虑荷载要求、原状土的抗剪性能还要考虑到进入持力层的性质。通过验算本次选用桩间距3.0m。本次工程穿过整个软土层进入粉土层不小于2.0m。桩顶设置50cm厚沙砾垫层作为排水通道。选用砂砾垫层较之碎石垫层更有利于后期管线埋设、排水沟开挖等外线工程。

机坪与机场现有机坪连接部分，涉及到不停航施工及对现有机场保护问题。故从既有机坪边开始向外扩展50m范围采用影响较小的旋喷桩进行处理。旋喷桩进入粉质粘土③层大于2倍桩径，桩间距3.0m，梅花形布置。为协调变形，桩顶垫层要求同碎石桩区域。

五、后期沉降观测

机坪投入使用第3年后，机坪有轻微沉降，总沉降最大小于8cm。后因基地扩建，在临近建筑基坑施工中，采用相应降水措施。降水后观测，机坪沉降继续加大。投入使用后第5年，机坪沉降在10cm附近。投入使用9年后，机坪沉降在15cm附近，最大沉降发生在软土最厚部位。

机坪与机场现有机坪连接部分沉降在9年后沉降小于5cm。

目前机坪虽然正常使用，但是因目前沉降问题，在雨季，排水坡度较之原有设计坡度变小，排水不利。

六、结论

1. 在机场的地基处理中，要以沉降控制为主，其中要以控制不均匀沉降为主要设计目的。设计时要特别注意地质的不均匀性，对于地层起伏较大的场地要联合面层的设计进行控制。

2. 软土的处理方法很多，散体桩复合地基对沉降的控制较弱，工后沉降较大;刚性桩复合地基的沉降较小，是处理软土地基的有效方法。对于工程费用来说，散体桩经济性明显优于刚性桩。

3.每种处理方法均有一定适用性，优点和缺点，在方案确定前，一定要现场踏勘，方案确定时要多种因素共同考虑，以确定最优方案。

参考文献

[1]杨斐，杨宇亮，孙立军.飞机起降荷载作用下的场道地基沉降[M].同济大学学报（自然科学版）2008 vol.36 No.6

[2]中華人民共和国国家标准 GB 50007-2011建筑地基基础设计规范[S] 北京：中国建筑工业出版社 2011

[3]中华人民共和国行业标准 JGJ79-2012建筑地基处理技术标准[S] 北京：中国建筑工业出版社 2012

[4]龚晓楠等.地基处理手册[S] 北京：中国建筑工业出版社 2008