高思培

（西安通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 西安 710089）

濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土，是一種非飽和土，在自然狀態(tài)下壓縮性低，強(qiáng)度較高，但是一旦被水浸濕，就會發(fā)生失穩(wěn)性的濕陷和變形，且這種濕陷和變形是發(fā)生在局部的，具有沉降變形量大、沉降速度快等特點[2]。中國西北地區(qū)機(jī)場工程大多數(shù)都是濕陷性黃土地基，在施工中必須進(jìn)行處理并在施工后進(jìn)行變形監(jiān)測，以保證工程安全。

1 工程概況

西安藍(lán)田通用機(jī)場位于西安市藍(lán)田縣西南側(cè)八里塬上，跑道長1 200 m，寬30 m，站坪約10 萬m2。機(jī)場鳥瞰圖如圖1 所示。擬建場區(qū)屬于黃土臺塬地貌，該場區(qū)地形起伏較大，場地總體趨勢南高北低西高東低，場區(qū)內(nèi)覆蓋有濕陷性黃土，具有填挖不均的特殊條件，地基濕陷等級為Ⅱ級（中等）。按GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》，場地必須進(jìn)行地基處理以消除地基部分濕陷量。本文對西安藍(lán)田通用機(jī)場地基處理及后續(xù)施工過程中的沉降變形進(jìn)行周期性監(jiān)測，為這一地區(qū)同類建設(shè)工程提供借鑒，對機(jī)場場道、站坪及航站區(qū)地基處理進(jìn)行周期性、系統(tǒng)性的監(jiān)測，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)整理、計算和統(tǒng)計分析，總結(jié)規(guī)律，為該地區(qū)同類型工程提供借鑒依據(jù)。

圖1 機(jī)場鳥瞰圖

2 濕陷性黃土地基處理對策與措施

濕陷性黃土地基沉降既有上部土體的自重性壓縮變形沉降，還有遇水浸入導(dǎo)致的濕陷沉降。后者的沉降變形經(jīng)常在局部某個部位發(fā)生，而且是沒有預(yù)兆的突然發(fā)生，而且這種變形不均勻，無規(guī)律可循。為了保證施工過程中和運(yùn)營過程中工程安全，必須采取合理對策和措施進(jìn)行濕陷性消除[3]。

地基處理要達(dá)到如下目的：①徹底消除黃土的濕陷性，讓處理后的地基變?yōu)榉菨裣菪渣S土地基；②通過部分消除黃土的濕陷性，從而使下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量或濕陷起始壓力值符合設(shè)計規(guī)定閾值；③提高地基承載力，控制施工后沉降并解決局部不均勻沉降[4]。機(jī)場工程地基處理的常用方法主要有強(qiáng)夯法、土或灰土墊層法、土樁或灰土樁和預(yù)浸水法。

2.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法即強(qiáng)力夯實法，又稱動力固結(jié)法，是目前機(jī)場工程中較常用的地基處理方法。強(qiáng)夯法以其施工成本低、速度快、消除濕陷性效果明顯得到了廣泛使用。該方法是利用大型履帶式強(qiáng)夯機(jī)將8～30 t 的重錘從6～30 m 高度自由落下，依靠強(qiáng)大的夯擊能和沖擊波作用夯實土層。通過壓縮使土體固結(jié)，將土體中的空隙水和氣體排出，達(dá)到消除濕陷性、提高土體承載力的目的。強(qiáng)夯法適用于大面積的機(jī)場、高速公路、鐵路、核電站、大工業(yè)區(qū)、港口填海等基礎(chǔ)濕陷性地基處理。藍(lán)田通用機(jī)場項目場道區(qū)和站坪區(qū)域地基處理主要是運(yùn)用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，采用150 t·m 能級對清表后的原地面進(jìn)行強(qiáng)夯處理，強(qiáng)夯施工采用兩遍夯法，150 t·m 強(qiáng)夯第一遍跳位夯，每夯位連夯14 擊，最后兩擊平均夯沉量不超過3 cm，否則加擊。第二遍跳位夯（第一遍夯后剩余的夯位），每夯位連擊11 擊，最后兩擊平均夯沉量不超過3 cm，否則加擊。最后采用100 t·m 搭接拍夯，夯痕壓疊1/3，每痕連夯3 擊。每遍強(qiáng)夯施工完畢，必須用推土機(jī)推填夯坑，并整平場地，夯區(qū)土方量不得增加或減少。拍夯施工完畢后，用18 t 及以上雙驅(qū)振動壓路機(jī)碾壓表面。地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后，3 m 深度范圍內(nèi)的濕陷性全部消除，地基承載力得到顯著提高。場道區(qū)強(qiáng)夯施工如圖2 所示。

圖2 場道區(qū)強(qiáng)夯施工

2.2 土或灰土墊層法

該方法是一種處理淺層濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法，在西北地區(qū)使用較廣泛，具有就地取材和施工簡便等特點，填料一般為素土、水泥土或三七灰土，通過分層攤鋪、碾壓，可將地表以下3 m 范圍以內(nèi)的濕陷性黃土層進(jìn)行濕陷性消除處理。由于機(jī)場工程一般都是高填方工程，地基處理深度在3 m 以上，該方法不適宜處理場道和站坪區(qū)域。因此藍(lán)田通用機(jī)場場道區(qū)域在前期地基處理過程中沒有使用灰土墊層法，但在后期航站區(qū)飛行保障服務(wù)中心工程中，地基處理采用2.5 m 厚的1∶7 水泥土進(jìn)行分層換填。其主要目的是為了通過換填將原來的土基進(jìn)行置換，達(dá)到防水、隔水的目的，提高地基承載力，以減小上部建筑物的沉降，保障工程安全。飛行保障服務(wù)中心基礎(chǔ)水泥土換填如圖3 所示。

圖3 飛行保障服務(wù)中心基礎(chǔ)水泥土換填

2.3 土樁或灰土樁法

該方法采用擠壓的方式成孔，在成孔過程中對周圍土體產(chǎn)生橫向擠壓力，使得樁間土得以擠壓，然后將預(yù)拌好的灰土或者篩選過的素土（粘性土）分層填入樁孔，并用夯機(jī)分層搗實至設(shè)計高程。通過樁體本身和擠密后的樁間土組成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部建筑物荷載。該方法施工簡便，適用于場地狹小、無法進(jìn)行大面積施工的區(qū)域，但是施工成本較高，施工效率低，且檢測流程復(fù)雜，一般采用重型擊實和靜載試驗進(jìn)行檢測。西安藍(lán)田通用機(jī)場航站區(qū)FBO、航管樓&塔臺采用此方法進(jìn)行地基處理，如圖4 所示。

圖4 FBO 擠密樁施工

2.4 預(yù)浸水法

該方法是利用黃土浸水后產(chǎn)生自重濕陷的特性，在施工前對預(yù)處理地區(qū)基礎(chǔ)進(jìn)行大面積浸水使待處理區(qū)域土體預(yù)先產(chǎn)生自重濕陷，以消除黃土土層的自重濕陷性，但這種方法只適用于處理土體厚度在10 m 以上的濕陷性黃土層，且該區(qū)域自重濕陷量計算值不大于500 mm 的黃土地基，經(jīng)預(yù)浸法處理后，上部淺層黃土可能仍具有濕陷性，需進(jìn)一步做淺層濕陷性消除處理。

預(yù)浸水法處理黃土濕陷性具有用水量大、工期長的缺點，選用此方法處理黃土濕陷性一般要在正式工程開工前6～12 個月進(jìn)行，浸水處理前要沿場地四周修筑攔水壩或?qū)⑻幚韰^(qū)域向下挖深50～80 cm，并設(shè)置測量標(biāo)識點以實時監(jiān)測表層及深層土的濕陷變形，且浸水初期應(yīng)注意循序漸進(jìn)，切不可一次注水過多，待周圍表層黃土出現(xiàn)環(huán)形裂縫后再逐步進(jìn)行蓄水提高水位，直至沉陷基本穩(wěn)定為止即可停止注水。預(yù)浸水法用水量大，對于缺水少雨、水資源匱乏地區(qū)不提倡采用，當(dāng)土層下部存在改制結(jié)合層等其他地質(zhì)隔水層時，要適當(dāng)延長浸水時間。由于藍(lán)田通用機(jī)場場區(qū)的地形起伏大且場區(qū)面積大，故預(yù)浸水法不適合本場地的地基處理。

3 常用變形監(jiān)測方法

對于地表沉降監(jiān)測，目前工程常用的工具及儀器有沉降監(jiān)測樁、沉降水杯、沉降板、分層沉降管、磁環(huán)沉降儀、測量機(jī)器人等。此外，還有一些先進(jìn)的監(jiān)測方法，如攝影測量、GPS、合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)（InSAR）、變形監(jiān)測技術(shù)和三維地面掃描技術(shù)等。對于機(jī)場，尤其是高填方機(jī)場，沉降監(jiān)測范圍廣、監(jiān)測數(shù)據(jù)量龐大，常規(guī)監(jiān)測方法（如水準(zhǔn)測量）需要大量的人工測量[5]。新型的攝影測量由于攝影距離和價格受限，在變形檢測中的應(yīng)用尚不普及；也有學(xué)者利用傳感元件將沉降變形轉(zhuǎn)化為電壓、電阻、振弦頻率等指標(biāo)，并進(jìn)一步引入光纖傳感技術(shù)，提高沉降變形監(jiān)測的質(zhì)量，如采用分布式光纖監(jiān)測地面變形等，但應(yīng)用光纖技術(shù)的地基內(nèi)部和深層變形監(jiān)測研究有待進(jìn)一步實踐和驗證。InSAR 技術(shù)是近年興起的新型監(jiān)測手段，通過衛(wèi)星圖像獲取間隔時間內(nèi)的沉降變形結(jié)果，實現(xiàn)廣域非接觸監(jiān)測，在機(jī)場、大壩、邊坡等領(lǐng)域也有相關(guān)應(yīng)用，屬于全域沉降監(jiān)測的新方向。

與傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法相比，基于合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的干涉測量技術(shù)具有覆蓋范圍廣、分辨率高、實時精確等特點，已在大體積基坑變形監(jiān)測、地質(zhì)滑坡災(zāi)害隱患早期預(yù)警、煤礦采空區(qū)塌陷治理等地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并逐漸成為變形監(jiān)測中一項不可或缺的重要技術(shù)手段。

差分雷達(dá)干涉測量技術(shù)是一種用于大地測量和遙感的雷達(dá)技術(shù)，利用同一地區(qū)不同時間的兩幅或多幅SAR 影像，利用返回衛(wèi)星的波的相位差來計算目標(biāo)地區(qū)的地形、地貌以及表面的微小變化，以獲取高精度地表形變信息，該技術(shù)可以潛在監(jiān)測幾天到幾十年跨度的微小變形，測量精度達(dá)毫米級，可廣泛應(yīng)用于滿足惡劣天氣和夜間成像觀測的區(qū)域。

4 優(yōu)劣勢分析

對于濕陷性黃土地區(qū)機(jī)場工程所涉及的變形監(jiān)測，所需監(jiān)測的范圍廣、監(jiān)測周期長而且數(shù)據(jù)量非常大，常規(guī)的監(jiān)測方法如水準(zhǔn)測量，全站儀、經(jīng)緯儀測量等主要依靠人工測量，近幾年研究出的新型的測量方法中，攝影測量由于其攝影距離有限，且整套攝影設(shè)備價格不菲，該技術(shù)在變形監(jiān)測領(lǐng)域尚未大范圍推廣應(yīng)用；GPS 測量能實現(xiàn)自動化遠(yuǎn)程監(jiān)測，而且監(jiān)測精度高，但是在大壩、橋梁等只需監(jiān)測重點要素點位中比較適用，大規(guī)模布點不太現(xiàn)實，監(jiān)測成本較高；InSAR 測量通過采用不同時間間隔的衛(wèi)星影響，通過使用專業(yè)的圖像處理軟件進(jìn)行甄別提取就能非接觸式得到間隔時間內(nèi)的地表沉降變形數(shù)據(jù)，這種方法能夠進(jìn)行大面積非接觸式監(jiān)測，但是受天氣情況、衛(wèi)星在軌周期、影像清晰度和精度等因素影響，導(dǎo)致測量精度不高，且不能實現(xiàn)全天候、自動化實時監(jiān)測，且衛(wèi)星影像價格購買價格較高，數(shù)據(jù)處理軟件成本高、操作復(fù)雜，導(dǎo)致該方法尚未能普及推廣使用[6]。

5 結(jié)束語

工程中濕陷性黃土的處理方法有很多種，但是因為不同區(qū)域不同項目的地質(zhì)條件和場區(qū)環(huán)境都不盡相同，所以在選用方法和措施進(jìn)行濕陷性黃土地基處理時，一定要根據(jù)現(xiàn)場具體情況，綜合考慮成本、工期等，因地制宜。而對于機(jī)場工程來說，涉及到地基處理范圍廣、工期緊、施工連續(xù)性等因素，場道工程應(yīng)優(yōu)先選用性價比高的強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，而航站區(qū)則可選用換填法或擠密樁法，不管采用哪種方法，都須對處理效果進(jìn)行檢測，并做好沉降和位移監(jiān)測。