軟土地區(qū)機場場道地基沉降控制研究

陳錦華

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600）

軟土地基是指由軟弱土構(gòu)成的壓縮性土層所組成的地基，具有天然含水量和壓縮系數(shù)高等特點。因此，軟土地基特有的工程性質(zhì)決定了其往往會對基礎(chǔ)造成相鄰的兩個基礎(chǔ)沉降量的差值。如果差異沉降過大，就會使相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外應(yīng)力； 當(dāng)超過一定的限度時，將會產(chǎn)生裂縫、傾斜甚至破壞。綜上所述，為提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，當(dāng)所建建筑物或構(gòu)筑物位于軟土地基基礎(chǔ)上時必須對其進行處理。

現(xiàn)階段，針對于軟土地基的處理主要是經(jīng)過三個時期。第一個時期是在1970～1979，當(dāng)時設(shè)計局限性較大，在絕大多數(shù)工程設(shè)計中，都采取了繞開或是避開這一特殊地段，以最大程度上控制工程投資。第二個時期是在1980～1990，面對日益增長的人口問題和日趨緊張的資源問題，讓越來越多的設(shè)計人員盡可能地利用更少的資源規(guī)劃更合理的建設(shè)，此時地基處理也不再是一個難題，軟基處理的方案也較為多樣。第三個時期是在1990年以后，隨著科技和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各種各樣的處理技術(shù)被越來越多地采用，化解的軟基處理難題也越來越多，方案的選擇也更加合理。

在前人的研究基礎(chǔ)上，文章依托某工程，采用有限元分析軟件，分析不同軟基處理方法下飛行區(qū)場道工后沉降和飛行區(qū)場道工后差異沉降沿縱向坡率，并進一步探索適用于該項目的最優(yōu)軟基處理方法。

1 軟土的特征

通過對現(xiàn)有研究成果進行歸納總結(jié)，在眾多的實際工程中均表明，軟土在不同的地域位置都有其獨特性的體現(xiàn)，即位于不同區(qū)域的軟土甚至是同一區(qū)域不同路段的軟土均有差異性，但總體而言，軟土的顆粒與顆粒集合體之間的空隙較大、天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量較低、受荷載作用時體積縮小的性狀較大等特點，見圖1。

圖1 軟土的特點、危害

現(xiàn)階段的處理方式主要是通過施工時的沉降處理和施工后的穩(wěn)定處理，而這兩種處理方式均有其各自的獨特性和差異性。

文章依托于某工程，為滿足相應(yīng)的協(xié)轉(zhuǎn)需求，需對該機場進行改擴建。其中，飛行區(qū)場道部分地基主要由軟土組成，而軟土地基上修建場道是機場工程領(lǐng)域的一大技術(shù)難題。

2 有限元模型建立

采用有限元分析軟件，結(jié)合現(xiàn)有實際工程，分析不同軟基處理方法下飛行區(qū)場道工后沉降和飛行區(qū)場道工后差異沉降沿縱向坡率，并進一步探索適用于該項目的最優(yōu)軟基處理方法。

2.1 幾何模型

數(shù)值計算模型以有限元軟件中提供的四面體實體單元（由20個節(jié)點組成）為基礎(chǔ)建立，同時為了更加精確模擬“道基-地基”的相互作用，提高計算精度，在建模時網(wǎng)格的劃分采用“疏密有致”的方法從場道中心位置向外，數(shù)值計算模型，見圖2。

圖2 數(shù)值計算模型

2.2 本構(gòu)模型

文章對土體采用彈塑性體分析，采用Mohr-Coulomb屈服準則，本構(gòu)關(guān)系則以增量形式來描述。

2.3 計算方案與參數(shù)選取

文章采用數(shù)值仿真來模擬①換填法、拋石擠淤法、注漿加固（不同材料屬性）；②加筋法；③水泥攪拌樁、CFG樁、素混凝土樁法等；④碎石樁、砂井、排水板法+預(yù)壓地基法；⑤振動碾壓、沖擊碾壓、強夯法。計算方案見圖3。

圖3 數(shù)值模擬計算方案

2.4 計算結(jié)果分析

通過分析可得，上述處理措施中考慮工程造價和現(xiàn)場實際情況后，換填法可滿足飛行區(qū)場道工后沉降和工后差異沉降沿縱向坡率，換填效果如圖4所示。

圖4 換填法處理場道軟基豎向沉降

3 現(xiàn)場試驗

3.1 飛行區(qū)場道工后沉降≤0.2～0.3 m

為了驗證數(shù)值計算成果的可靠性，開展現(xiàn)場試驗，檢驗軟土地基工后沉降，現(xiàn)場試驗為了驗證目標值是否達標，小組成員聯(lián)合項目施工人員進行了現(xiàn)場試驗，來檢驗軟基工后沉降效果。經(jīng)現(xiàn)場試驗結(jié)果顯示飛行區(qū)場道工后沉降≤0.2～0.3 m。

3.2 飛行區(qū)場道工后差異沉降沿縱向1.0‰～1.5‰

經(jīng)現(xiàn)場試驗結(jié)果顯示飛行區(qū)場道工后差異沉降沿縱向1.0‰～1.5‰，滿足設(shè)定目標，見圖5。

圖5 單點沉降計測量原理

4 結(jié)論

（1）軟土地基是指由軟弱土構(gòu)成的壓縮性土層所組成的地基，具有天然含水量和壓縮系數(shù)高等特點。（2）針對飛行區(qū)軟基處理應(yīng)主要滿足：飛行區(qū)場道工后沉降≤0.2～0.3 m和飛行區(qū)場道工后差異沉降沿縱向1.0‰～1.5‰。