某机场场道堆载预压与真空预压地基处理对比分析

方满胜 （芜湖宣城机场建设投资有限公司，安徽 芜湖 241000）

近年来，我国航空业快速发展，为满足使用，大批的机场正在新建和改扩建。由于地质因素的原因，很多机场跑道、滑行道及停机坪建设在软土地基上。

软土地基处理对机场飞行区的正常使用和运营影响大。软土地基处理不当造成工后沉降，将造成跑道横坡变小，道面排水速度减缓，飞机高速起降时可能会产生飘滑现象，影响运营安全；过大的工后沉降意味着发生差异沉降的可能性增大，这将引起跑道的纵坡发生一定改变，使跑道上高速运行的飞机产生明显颠簸，平稳舒适性下降，甚至带来安全隐患，过大过频的振动也可能使飞机结构受到损害。

本文以某机场改扩建工程中实施的堆载预压、真空预压为例，通过机场改扩建中两种地基处理方式的实施过程，对堆载预压与真空预压的加固机制、工艺特点、地基处理效果及经济指标等进行对比分析，对堆载预压及真空预压两种地基处理方式的优劣，机场场道工程施工时在各种条件下如何选择，如何保证两种地基处理实施效果等进行简明阐述。

1 地基处理实施情况

机场跑道地基处理采用堆载预压处理，标段地基处理面积110603m2；停机坪地基处理采用真空预压，标段地基处理面积180636m2。地基处理平面图见图1。

1.1 地质状况

图1 某机场地基处理平面示意图

场区为海湾―河口相沉积平原，地势平坦，地面高程为2.8m～3.7m。场区分布有近百米厚的第四系沉积物，上部50m左右为软土，属河口相和海相沉积物，土性为粘土、淤泥、淤泥质粘土等。

1.2 堆载预压地基处理工艺

①平整场地，按照跑道的横坡、将场地分段平整。

②盲沟、明沟施工：沿跑道纵向每隔15m设置一道盲沟，盲沟碎石采用粒径为5cm～15cm碎石；沿跑道两侧堆载坡脚线往外2m各开挖一条明沟，盲沟两侧与明沟连接，明沟与外围水系连接。

③排水垫层施工：采用天然砂砾石，粒径为0cm～5cm，厚度为50cm。

④排水板施工：塑料排水板采用C型，宽度10cm，厚度不小于4.5mm；入土深度为22m；呈等边三角形平面布置，间距为1.5m（图2、图3）。

图2 堆载预压法地基处理剖面图

图3 塑料排水板布置大样图

⑤堆载体施工：堆载料采用当地山皮石或宕渣。堆载高度约6.0m（含排水垫层0.5m），加载分三级进行，分别在20天内加载2m（预压荷载36kPa），持续预压20天。堆载预压时间共310天（含加载过程100天）。加载全部完成后持续预压时间至少210天；堆载预压区处理深度范围内土体的平均固结度达到80%以上；沉降速率连续5天小于1.5mm/d。卸载堆载料至道槽设计高程。

⑥卸载：预压结束后，经设计单位确认，各项指标达满足设计要求后，按照基层标高，卸载至设计高程。卸载时分层进行，卸载时堆载体沉降数据会产生反弹，需满足设计要求的反弹指标要求。

土层的主要物理力学指标表 表1

1.3 真空预压地基处理工艺

①场地平整：按照真空预压分区，将每个区域的场地进行大致整平；

②铺设排水垫层：排水垫层材料采用碎石，垫层厚度为30cm，粒径为0cm～5cm；

③塑料排水板施工：塑料排水板采用C型，宽度10cm，厚度不小于4.5mm；呈等边三角形平面布置，间距为1.3m，入土深度为22m（图4）。

图4 真空预压断面及排水板布置示意图

④淤泥搅拌桩施工：沿每个真空预压分区的四周设置淤泥搅拌桩，桩长11m。淤泥掺入比为25%。搅拌桩桩头采用双头，桩形为“8”字形，单桩径70cm，搭接20cm。桩的垂直度要求不大于0.8%。

⑤铺设中粗砂垫层：塑料排水板施工完成后，在碎石垫层上铺设一层中粗砂，厚度为20cm，主要用于埋设真空管、保护真空膜。

⑥真空管铺设：中粗砂垫层施工完成后，按照规范，主管间距20m～30m，支管间距5m～7m。支管连接在主管上，主管连接在真空泵上。

⑦铺设土工布：在埋设好真空管的中粗砂垫层上，铺设一层土工布，土工布厚度不小于 200g/㎡，搭接15cm～20cm，人工采用针线缝合，满铺在砂垫层基面上，分区四周人工踩入压膜沟。

⑧铺设真空膜：在铺设好土工布的垫层上，铺设三层真空密封膜，密封膜采用聚氯乙烯塑料薄膜加工而成。密封膜尺寸根据分区面积而定，按照分区形状，出厂前采用热合工艺加工成整张膜，现场采用人工拉开。密封膜每边比真空预压边界多出4m。分区四周人工踩入压膜沟1m以下。

⑨安装真空设备：真空抽吸设备采用射流真空装置，每1000m2配置一套真空装置。射流装置空载时的真空度≮96kPa。

堆载预压地基处理检测结果 表2

真空预压地基处理检测结果 表3

⑩试抽真空：a.真空装置安装好后，应进行试抽，检查机械运行状态、真空系统的密封情况等。b.真空抽吸运行过程中，持续不断的观察膜下真空度，并检查真空膜有没有漏气。正常情况下，真空表显示的膜下真空度会持续稳定上升，一般在3～4天可达到设计的真空度（≮85kPa）。若真空度没有持续上升，或起伏不稳定，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，查到原因，采取补救措施。

[11]抽真空：当膜下真空度达85kPa以上，且真空度持续稳定后，开始记录抽真空时间。抽真空整个过程中，每2h记录一次真空度。

[12]卸载：当真空预压同时满足：真空预压100d；沉降速率连续5天小于1mm/d时，进行卸载。卸载时关闭水泵，关闭止回阀，待膜下真空度降低在30kPa以下时，打开止回阀，拆除设备。

2 地基处理效果比较

2.1 施工周期比较

堆载预压前期包括场地平整、铺设水平排水垫层、塑料排水板施工约45d，堆载期100d，预压期210d，卸载期约20d，堆载实施周期365d。

真空预压前期包括场地平整、铺设水平排水垫层、塑料排水板、淤泥搅拌桩、砂垫层铺设约50d，铺设真空管、土工布、深孔膜、安装真空设备约20d，试抽真空约 5d～10d，抽真空约100d～130d，卸载、拆除真空设备约10d，实施周期 185d～220d。

2.2 施工期加固效果比较

根据本工程堆载预压与真空预压沉降量、固结度及基层地基反应模量进行对比，堆载预压区平均沉降量为1513.5mm，平均固结度为0.911，平均地基反应模量为73.3MN/m3。真空预压区平均沉降量为813.6mm，平均固结度为0.869，平均地基反应模量为68.6MN/m3。

堆载预压的地面沉降量明显大于真空预压，平均固结度与平均地基反应模量均大于真空预压。

2.3 工后沉降对比

机场跑道（堆载预压法处理）于2013年8月份建成，2019年1月跑道中心线工后沉降量为250.7mm，且已趋于稳定。

停机坪（真空预压法处理）于2017年8月建成，2019年1月工后沉降量为200mm，沉降尚未稳定，根据设计计算，真空预压工后最终沉降预计在400mm左右。

堆载预压工后沉降明显小于真空预压。

2.4 经济指标对比分析

如表4所示。

3 结论

根据本工程实施过程中，堆载预压与真空预压处理效果的对比，两种地基处理方式均能达到深层软基处理的设计要求，但堆载预压效果略优于真空预压。堆载预压地基处理后的固结度、地基反应模量等指标均略高于真空预压；采用堆载预压地基处理后的区域，工后沉降相对比真空预压地基处理的区域更小，更快趋于稳定。

堆载预压、真空预压地基处理单价对比表 表4

但堆载预压在施工过程中，本身堆载体就需要大量的土石方，而沉降量又明显大于真空预压，因此在同等条件下堆载预压所需的土石方工程量明显大于真空预压；堆载预压要严格控制加压速率，避免土基剪切破坏，施工工期明显长于真空预压；堆载预压施工还需要原土地基具备一定的承载力，而真空预压对原土地基承载力无要求。

因此，在土石方需求量大，工期较长，无净空要求，工程所在地堆载体材料较为丰富的条件下，宜选择堆载预压地基处理。

在土石方需求小或工程所在地堆载材料紧缺，工期要求短，对净空有限高要求，地基承载力太低（容易发生剪切破坏）的区域，宜选择真空预压地基处理。