西南巖溶發(fā)育地區(qū)機場道槽區(qū)高填方地基處理技術(shù)

孫 建 民

(山西機械化建設(shè)集團有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

近年來，西南地區(qū)機場建設(shè)力度加大。該地區(qū)由于地處云貴高原、青藏高原邊緣，普遍具有高山深谷地貌特征，此類機場建設(shè)，高填方道槽區(qū)施工沉降穩(wěn)定問題，是施工建設(shè)中面臨的核心問題；而巖溶發(fā)育地區(qū)因其特殊的地貌、地質(zhì)條件，地基處理成為影響機場道槽區(qū)高填方沉降穩(wěn)定的關(guān)鍵。本文通過工程實例，研究相關(guān)施工技術(shù)及技術(shù)對策，對類似工程提供借鑒。

2 工程概況

貴州某機場設(shè)計標準為4C，道槽區(qū)大高達56 m，填筑高度平均40 m?？傮w上場區(qū)基巖面起伏大、變化快，丘～峰間谷地地貌單元出露較少，多隱伏于紅粘土之下。

場地區(qū)域地質(zhì)條件：場區(qū)白云巖，巖溶現(xiàn)象中等發(fā)育，局部強烈發(fā)育，巖溶主要表現(xiàn)為基巖表面的起伏、溶牙、溶槽、溶隙、溶孔。場區(qū)水文條件相對簡單，僅分布有巖溶裂隙水和局部上層滯水，但場區(qū)泉井點密布。場址所處區(qū)域夏無酷暑，冬無嚴寒，雨量充沛。

3 地基處理面臨的主要工程地質(zhì)問題

1)地基不均勻性的影響。

場區(qū)松散工程地質(zhì)組分布不均勻，物理、力學(xué)性質(zhì)差異大，為典型不均勻地基，對地基處理的影響主要表現(xiàn)在：上覆土層厚度變化大，分布極不均勻。次生紅粘土亞組承載力標準值70 kPa～140 kPa；紅粘土承載力標準80 kPa～160 kPa，均相差2倍。

2)巖溶穩(wěn)定的影響問題。

場區(qū)巖溶中等發(fā)育，局部強烈發(fā)育，巖溶主要表現(xiàn)為基巖表面的起伏、溶牙、溶槽、溶隙、溶孔。溶槽、溶溝中充填松散物，常為軟塑態(tài)；溶牙，溶脊硬度大，極易造成不均勻沉降；且場地存在串珠狀溶洞，被流塑～軟塑狀紅粘土充填。

3)地表(下)水的影響問題：泉點密布，露頭以小型井泉為主，多達10余處。

4)紅粘土的影響問題：紅粘土含水量高(一般值37%～56%)，飽和度很高(一般值93%～98%),給施工帶來極大威脅。

4 道槽及其影響區(qū)高填方區(qū)域原地基處理

4.1 紅粘土處理試驗施工

1)地基土試驗表明，其天然含水率明顯高于最佳含水率。

2)試驗施工對巖溶發(fā)育地區(qū)，采用了振動碾壓、沖擊碾壓、原地面強夯及碎石樁四種施工工藝進行地基處理試驗區(qū)施工。

4.2 紅粘土原地基處理試驗結(jié)論

1)振動碾壓、沖擊碾壓處理工藝在非道槽區(qū)、針對厚度較小、硬塑紅粘土，可采用，不建議用于道槽區(qū)；且沖擊碾壓需要有相對平坦的工作面。

2)在高填方道槽區(qū)，紅粘土原地基在采用3 000 kN·m和4 000 kN·m兩種強夯試驗處理后，試驗表明處理后地基均得到改善或提高，4 000 kN·m能級強夯效果優(yōu)于3 000 kN·m能級強夯，但對深部土層處理(6 m以上)效果不明顯，對于軟塑、可塑及厚度大于6 m的紅粘土不建議采用強夯處理。

3)在高填方道槽區(qū)，軟塑、可塑及深厚紅粘土地基經(jīng)過碎石樁處理后，樁間土的物理力學(xué)性質(zhì)有一定改善或提高，由于置換作用復(fù)合地基的物理力學(xué)性質(zhì)較原地基有較大提高。但表層較為松散，建議采用碎石樁結(jié)合4 000 kN·m能級強夯的處理。

4.3 巖溶處理試驗及結(jié)論

1)對地表巖溶，充填物厚度小于2 m處，清除換填；充填物大于2 m處，視充填厚度，加鋪碎石墊層，采用3 000 kN·m～4 000 kN·m能級強夯加固。

2)埋藏深度小于5 m的直接清爆換填法，分層回填塊碎石，強夯分層加固。

3)對埋藏深度在5 m～15 m的洞體，經(jīng)穩(wěn)定性評價需要進行處理的，注漿法處理。

4)埋深大于15 m的，不進行特殊處理。

5)豎向串珠狀溶洞處理。

采用鋪設(shè)墊層后，采用4 000 kN·m強夯兩遍，最后800 kN·m滿夯。處理參數(shù)見表1。

表1 串珠狀溶洞處理參數(shù)

5 道槽區(qū)原地面處理實施

為提高道槽區(qū)高填方地基的抗變形能力、加快地基的沉降，根據(jù)試驗區(qū)試驗結(jié)論，現(xiàn)場進行了如下處理：

1)首先清除植物土，然后根據(jù)工程地質(zhì)情況選擇不同的地基處理方式。

2)可塑狀、軟塑狀及深厚紅粘土處理。

采用碎石樁+強夯工藝：當紅粘土總厚度大于6 m同時下伏較厚可塑狀或軟塑狀紅粘土?xí)r，采用碎石樁處理；在施工完成的碎石樁頂，表面加1.5 m～2 m爆破石料墊層，然后進行4 000 kN·m強夯加固表層。

碎石樁參數(shù)見表2。

表2 碎石樁參數(shù)

實際施工中，碎石樁平均樁長10 m，最大樁長15 m。

3)厚度小于6 m紅粘土、硬塑紅粘土原地面強夯處理,參數(shù)見表3。

表3 原地面強夯實施參數(shù)

4)換填處理方法：對厚度較小的紅粘土，換填碎石墊層。

6 井泉處治方案

針對水頭出露的井泉設(shè)置護砌盲溝，并埋設(shè)鑄鐵管用于排水，且延長盲溝至最終坡腳線以外；機場土石方工程整體設(shè)置排水盲溝體系。

7 道槽區(qū)原地面處理實施效果統(tǒng)計

1)采有強夯處理后的地基承載力在240 kPa～260 kPa之間；采用碎石樁+墊層強夯的地基處理后承載力fk在250 kPa左右，全部達到設(shè)計要求。

2)經(jīng)面波測試儀進行波速試驗，等效剪切波速為275.3 m/s，符合試驗要求的不小于200 m/s。

3)平板載荷試驗分別是259 kPa，大于設(shè)計指標fak≥200 kPa。

4)沉降觀測結(jié)果。監(jiān)測內(nèi)容為原地基沉降監(jiān)測、填筑體內(nèi)部分層沉降監(jiān)測及設(shè)計高程頂面沉降監(jiān)測，針對地基處理僅分析原地基處理方式對于整體沉降的結(jié)論。

a.原地基沉降監(jiān)測結(jié)果。

原地基沉降從2014年11月埋點監(jiān)測以來到2015年7月27日共埋設(shè)4根沉降監(jiān)測管，監(jiān)測38次，詳見表4。

表4 原地基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

b.沉降特征分析(見表5)。

結(jié)論1：原地基土受上部填筑體荷載的作用使地基發(fā)生壓縮

變形，在填方施工期沉降比較明顯，各點沉降量介于152.4 mm～188.5 mm之間，沉降速率為0.87 mm/d～1.08 mm/d，在冬季間歇期間由于上部無荷載增加，沉降速率明顯減小。

結(jié)論2：在填方完成后的監(jiān)測時間段內(nèi)，其壓縮沉降變得明顯緩慢，工后各監(jiān)測點沉降量介于2.9 mm～8.0 mm之間，沉降速率為0.03 mm/d～0.10 mm/d。

結(jié)論3：填筑施工期間原地基沉降量占觀測期總沉降量的96%左右，工后原地基沉降量占觀測期總沉降量的4%左右。前階段主要為原地基的固結(jié)沉降過程，后階段主要為隨時間持續(xù)而發(fā)生的蠕變變形。

表5 YD-1～YD-4原地基不同時間段沉降特征值

c.沉降變形規(guī)律。

同b.條結(jié)論1,2；同時，沉降變形規(guī)律表明：填方完成后的沉降量和沉降速率較小，沉降速率也不斷減小，說明原地基豎向變形趨于穩(wěn)定；D1～D15點的工后沉降量均小于20 cm，差異沉降也小于1.5‰。

8 效果總結(jié)

1)針對巖溶發(fā)育地區(qū)機場高填方道槽區(qū)的可塑、軟塑及深厚紅粘土地基，采用碎石樁+強夯處理方式，對沉降穩(wěn)定有效；采用該種復(fù)合加固方式，強夯對碎石樁表層松散問題進行了有效改善，且墊層進一步保證了表層排水通暢。2)對厚度小于6 m、硬塑紅粘土，采用4 000 kN·m強夯處理，對沉降穩(wěn)定有效。3)在針對道槽區(qū)高填方井泉密集現(xiàn)狀，采取盲溝排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對井泉出露情況采取護砌盲溝排水，處理方式有效。4)針對不同條件的巖溶處置方法合理有效。

9 結(jié)語

本工程通過多種形式的地基處理方法、巖溶處治方案，對機場道槽區(qū)高填方段的沉降穩(wěn)定起到有效可控的作用，對同類工程有借鑒作用。