机场软土地基的组合加固法施工探究

严仁

中铁北京工程局机场分公司 北京 102308

引言

我国的民航事业正处于一个飞速发展的阶段，传统的民航正在逐渐向着一个更强更大的航空公司转变。中国将扩建和建造大量机场。由于机场建设需要大面积的土地，机场飞行区占地面积大，许多地质区域都是软土。由于软土其自身的特性，如含水量高、可压缩性相对较高、渗透性很低，在长期的荷载作用下，软土区域就会产生很大的沉降。随着民航事业的发展，空中交通需求也在日益增长，因此机场建设也迫切的需要进扩建和强化。

1 软土路基工程技术研究

随着我国基础建设发展，民航设施建设需求大，机场路基下经常存在深厚软土层，软基特点是强度低，软基修建道路存在整体稳定性不良等系列问题，软基上建造建筑物要求对软基进行处理,对软基处理会影响工程造价。选择合理的软基处理方案对保证工程质量具有重要意义。广义的软土包括松散沙质土等。工程建设中遇到的淤泥，不易透水的黏性土称为软土地基。软土施工包括江河沿海等地沉积的软弱黏性饱和低层。软基加固是软土工程的重要工作。在施工中通过勘察设计合理的加固方法，采用加固方法达到设计要求。

土的三相为土粒，三相指标包括土粒比重等。对过湿的土进行夯实出现软弹现象，土的最佳含水量是在一定压实下使土最易压实。土中水主要是强结合水，最佳含水量与压实能量有关，要求土粒有较多水分润滑。建筑工程中土是承受建筑物荷载的地基，根据颗粒级配可分为碎石土等。软土是近代沉积物，其物理性质大部分饱和，孔隙比大于1.5为淤泥，工程中淤泥等统称软土。软土地层包括碎石土等形成互层。软土在缓慢水流条件下形成，有的软土层埋在密实硬土层，软土地基是自然界生成的地基。不同年代的软土物理性质指标相近，软基特点主要包括含抗剪强度低[1]。

软基在我国分布广泛，软土作为建筑物地基可能造成构造物破坏，软土路基不能承受较大的建筑物荷载，软土压缩性较高，道路是带状特殊人工建筑物，公路建设要经过大量的软土地区，软基处理不当会导致路路基横坡变小等问题。对软基进行合理处理十分重要。软土指基础为灰色外观，通常为软质与塑性状态。软土具有高含水量与高孔隙率，我国软土地基分布广泛。北方地区小溪流等地与我国南方地区等处为工程软土地基。

软土路基天然基础较薄弱，受地震力作用易发生震动塌陷等状况。需通过相关技术进行处理，确保地基具备充分的安全性，保证建筑设施不因软基沉降形成影响其使用功效。我国50年代开始研究真空排水预压法处理技术研究。1977年，我国开始引入震冲碎石桩法处理软土路基。水泥粉煤灰碎石桩复合地基处理法，已发展成为当前应用较成熟普及的软基处理方法。

2 软土地基施工处理技术

随着我国基础建设的快速发展，机场道路工程建设加快。如对软基处理不当会影响道路正常使用。必须选择合理的软基处理技术方案。软土由于具有压缩性大等工程特性，需经加固处理，路基沉降是导致路基变形的主要原因，软基处理方法有很多，处理后地基必须达到减小路基荷载引起沉降的目的。常用的处理方法有表层处理法，换填法等。

表层排水法是开挖水沟排除地表水，常用透水性良好的砂粒回填。垫层法是铺设砂垫层作为软土层固结所需排水层。稳固剂表层处理是用水泥等稳定材料掺入软基中改善地基压缩型。软基表层处理施工工艺与稳定土路面工艺相似，施工前需将软土排水晾干。强夯法是将提高重锤自由落下夯击地基，后来施工方法改进逐步应用到细粒土地基，强夯法具有适用土类广等优点。我国在80年代采用强夯法处理地基进行推广应用。强夯法适用于处理碎石土等地基，可改善其抗震动液化能力，对饱和度较高的黏土处理效果不显著。

换填法是挖出地基地面下软土层，以地质坚硬的砂石等材料分层充填，以人工方法分层压实振动，软土较薄时可以人工法进行表层振动等密实处理[2]。换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥土等处理。用于湿陷性黄河地基可消除湿陷性，常见的软土路基处理方法包括静载法等。静载法是将软性地基压缩，静载法利用高压力，增强地基的承载能力。

添加剂法是在软土地基中加入物质，软土地基需添加硬性物质，在软土地基中填充材料，通常用泥土碎石等材料进行填充，垫层换填法具体施工中，先抽取软基中的泥土，需在上层加设土工布。能有效增加路基的承载力。固结排水法包括真空预压法降水预压法。应用真空预压法处理地基时，应确保真空预压边缘大于建筑物基础。堆载预压法处理地基时，需通过建筑物自重加压。降水预压法用于地下水含量较少的软土地基。施工前应收集地质勘察数据，砂石桩法通过震动的方式在软土路基成孔，通过排水减压及砂石的紧密实现固结。必要时需加入水泥，此施工方法加固效果良好。施工中要注意外边线满足设计布桩要求，震冲施工采用双水高压新型震冲工艺。采用水利等物质促进软土路基固结。有效利用固结结构能力，CFG桩法主要通过水泥石骨架结构实现[3]。

3 真空降水工艺与低能量强夯技术的组合加固法施工工艺在机场软土地基施工中的应用

3.1 真空降水强夯法（下文简称为组合加固法）施工工艺流程

组合加固法适用于软土地基处理，主要是由于软黏土自身的特性，因为软土的含水量较高，所以组合加固法中要先进行真空排水，然后利用低能强夯技术。在施工前，要根据现场的土层条件和要达到的处理目标来确定施工参数。

3.2 井点降水的施工工艺

3.2.1 井点降水前的施工准备。在确定铺设总管的位置时，因为抽水泵是决定水流方向和出水口位置的设备，所以要先根据所用的集水总管的长度和真空泵的电力来确定抽水泵的位置，一般来说最好在抽水泵确定的水流方向外侧挖出集水槽放置集水总管进行排水。对于抽水总管的选择一般使用的是直径为60mm的PVP材料管，以管插管的形式组成一根总管，而井点降水使用的井管则一般选用直径为38mm的PVC材料管。总管和井管之间的连接方式是利用软塑料管将两者连接[4]。

3.2.2 埋设井点的步骤和方法。首先是对井点的位置进行测量。井点的测量使用钢尺，在测量并定位井点的位置时，可以用红色的塑料袋装上土来作为记号。

第二是井点的埋设工作。一般选用直径为38mm的PVC管作为井管，井管下端有1m长的滤管，滤管上的星棋状排列的镂空图案是滤管的滤孔，为了防止堵塞滤孔，可以在滤管管壁外包裹一层尼龙丝布并用螺旋形状的铁丝将其固定住。

第三，井管与主管连接。主管用塑料密封件连接到主管过渡件末端和透明软塑料管末端的汇管过渡件，并用塑料密封件密封软塑料管末端。使用薄膜约束防止接头丢失影响泵送效果。

第四，抽水。在将井点管和集水总管成功连接以后，要进行井点管与集水管连接完成后，要进行试抽水工作，目的是各连接处的软塑料管的接头是否漏水漏气。为确保实现真空状态，要在水泵的进水管上和出水管上分别安装一个真空计和压力表。抽水时，真空计的示数应当控制在-0.03MPa-0.06MPa的范围内，这样就可以确保抽水泵在正常运行过程中，整个泵送管道可以进入正常的泵送操作，不会漏气。

第五，对有效降水的水位进行观测。为确保降水深度能够满足设计的需要，要在路基上每隔20m埋设两个观测井点，在观测井点降水水位的同时要绘制出降水曲线。每天至少要进行两次降水水位的观测工作，并进行书面记录。如果降水水位能够稳定的保持在设计标准内，就可以进行强夯施工工作。

3.3 强夯施工工艺

强夯施工的主要施工过程是场地清理和平整；捣固作业设测量放线和捣固点；夯实后找平并回填加高；三次强夯操作后的振动碾压对地基处理效果进行检测。其具体的施工步骤和方法如下。

3.3.1 对场地进行清理和平整。每次在拆除真空降水设备后，都应该将场地进行清理，并将场地内不平整的地方整平，再能实施强夯作业。为了确保井点降水对水位的降低效果得到稳定，最好在真空降水作业完成后12小时内完成强夯工作[5]。

3.3.2 捣固作业设测量放线和捣固点。布置夯点时要按照设计要求，一般是4m×4m见方，记录夯点位置。夯点布置好后，强夯前测量场地标高。

3.3.3 夯击作业。布置好夯点后，开始夯击作业。在这个过程中，起重机的夯锤要吊到指定的高度，然后对准夯点自由下降。设计文件中的夯锤要按照重量计算，每完成一次夯点的夯击作业都需要做全过程做好旁注记录表。

3.3.4 夯实后找平并回填加高。每对一个区域进行一次低能强夯后，都要用推土机把产生的夯坑推平，夯前夯后高差用现场高程测量计算。当场地的标高达不到设计要求时，需要在该区域回填土加高至设计的标高，测量夯实前后的高度差作为下一次强夯作业的施工标高。随后进行后续的真空降水施工作业。

3.3.5 路基整平。在完成三次真空降水和强夯作业后，要振动碾压整个软土地基的处理范围。

3.3.6 振动碾压。采用270KN振动压路机稳压1次，碾压振动46次。振动压路机没进行一次碾压工作的时间应不低于4小时，应采用正交行驶的方向进行交错碾压，交错的搭接宽度应大于30cm。

3.3.7 对地基处理效果进行检测。对地基处理效果的检测一般是通过载荷板试验以及钻土取样的方法进行试验。载荷板试验主要是检测地基测承载能力。沿路基每200m等间隔检查四个路段。每段左侧一点、中间一点、右侧一点由监理单位见证检查。钻土取样时，应当分别取0.5m、1.0m、2.0m、3.0m、4.0m和5.0m深度的土样，土工试验的结果必须符合行业内的相关规定[6]。

4 结束语

随着我国经济的快速发展，机场道路建设需求不断扩大。机场道路路基下常存在深厚软土层。软基工程施工中需对地基进行处理，软土地基处理技术直接影响到路基的基础承载力。本文介绍了软土的特性，探讨了常见软基工程施工中的要点。组合加固法将低能强夯工艺和真空降水工艺的优点有机地结合起来，有效地改善了软土地基的排水条件并将工期很大程度的缩短。这不仅是一个处理软土地基的好方法，还扩大了强夯技术的应用空间，带来了明显的经济效益，有良好的应用前景，值得推广。