温州机场一期跑道地基长期沉降分析和探讨.pdf

99 2014 年第 5 期 第5期（总第175期） 2014 年 10 月 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING No.5 (Serial No.175) Oct. 2014 98 温州机场一期跑道地基长期沉降分析和探讨 陆 连 富 （温州机场集团建设投资公司，浙江 温州 325024） 1 工程概况 温州机场一期跑道地基加固采用堆载预压法， 地基处理始于 1987 年底，道面于 1989 年上半年 完成，1990 年下半年跑道正式投用通航。典型土 层指标见表 1，地基沉降主要影响层为 1和2。 原地表标高 2.83.0 m，道面中线点设计标高均为 4.4 m、 跑道长 2 400 m、 基础为 0.36 m 半刚性基础， 道面为 0.32 m 混凝土。运营期 20 多年内主要机 型为 C 类和少量 D 类，没有平滑，飞机需在跑道 上调头。机场通航后航班逐步增长，2012 年达到 80 班 /d，属中型机场。 表 1 典型土层指标表 土层 序号 土层名称 含水 量 /% 天然容重 /kNm-3 孔隙比 塑性 指数 压缩模 量 E1-2/ MPa 层厚 /m 亚黏土36.817.641.0314.83.461.01.5 1 粉砂淤泥 质黏土 46.117.151.2714.02.249.012.0 2淤泥58.615.971.6321.61.7314.021.0 4 粉质淤泥 质黏土 38.617.741.0815.85.1115.025.0 由于地基强度低，设计采用超载（超 40%）堆 载预压法加固。 袋装砂井直径70 mm， 中心间距1.4 m， 正三角形布置，深 21 m。堆载用宕渣，总高 4.0 m （80 kPa） 。三级加载，堆载期 810 个月，沿中心线 约每 50 m 设置沉降观测点。 收稿日期：2014-07-04 作者简介：陆连富 (1968)，男，高级工程师，本科，主要 从事机场建设与软土地基处理的工作。 摘要：本文以温州机场一期跑道 20 多年来地基沉降实测数据为基础，结合机场周边的工程活动对地基工后沉降的 影响因素进行分析， 得出抽取地下水对软土地基沉降影响较大， 并通过工后固结沉降实测值与理论计算值进行对比， 验证工后固结沉降理论计算准确性，为类似工程提供参考。 关键词：跑道软土地基；长期；固结沉降 中图分类号：TU472 文献标志码：A 文章编号：1004-4655(2014)05-0098-02 DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2014.05.033 2 相关数据 1）预压施工期表层沉降情况。地基处理资料 较完整记录沿跑道纵向地基堆载预压后纵向中心线 沉降数据（见图 1） 。处理过程沉降南大北小，跑道 中心以南平均沉降 0.982 m，以北平均沉降 0.880 m， 整条跑道地基纵向沉降最大值 1.259 m，最小值 0.721 m。 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.2 -1.4 0 400 800 1 200 1 600 2 000 2 400 图 1 一期跑道（1989 年）堆载施工预压期表面沉降曲线图 （左端为北） 2）跑道竣工 3 a 后，平均沉降 149 mm，竣工 4 a 后，平均沉降达到 166 mm。 3）跑道使用 21 a 后道面沉降情况。跑道中 心线高程见图 2。跑道中线原设计高程均为 4.4 m, 图 2 显示，平均沉降 0.49 m，道面工后大部分沉 降在 0.40.6 m，沉降极小值为 0.32 m，极大值为 0.72 m ( 位于跑道中点偏南 240 m)。 4.2 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 0 400 800 1 200 1 600 2 000 2 400 图 2 一期跑道中心线（使用 21 a 后）道面沉降曲线图 （2010 年测，左端为北） 陆连富：温州机场一期跑道地基长期沉降分析和探讨 4）跑道沿横断面沉降情况。为掌握道面横坡 变化，按纵向 40 m 一测量断面，统计 49 个断面 情况。汇总数据表明，原道面设计横坡均为 1.0%， 使用 21 a 后平均跑道横坡为 0.875%，即下降了 12.5%( 中间比最边上点多沉降 19.7 mm） ，最大横 坡为 0.928%，最小为 0.821%。数据显示跑道横断 面沉降总体均匀。 3 分析和探讨 3.1 影响地基工后沉降的主要因素 该跑道地基用超载预压方式，对于混凝土道面 和之下的基层，由于其压缩模量远大于下面软土地 基，故该部分压缩变形为 0 处理，道面沉降数据可 视为地基的沉降值。 引起地基沉降主要原因是附加应力作用 , 包括 堆载和道面结构产生的静载 , 飞机轮荷作用的动载 和地下水下降产生的类似静水荷载。构成地基沉降 主要因素有以下几方面。 1）飞机等外部荷载造成的变形。由于该跑道主 要运营机型为 C 类飞机（B737 和 A319 系列）和少 量 D 类飞机（B767） ， 对刚性道面地基变形影响较小， 相关研究 1 表明 ： 对 B737 飞机，地下 3 m 增加有效 应力 5.5 kPa，地下 5 m 增加有效应力 4.0 kPa。该深 度范围地基超载预压、超固结土，如此小应力不会 产生较明显的沉降，沉降量 10 mm。 2）外部抽取地下水造成的沉降变形。温州机 场所处的龙湾永强平原属缓变性地质沉降灾害点， 城市开采抽水造成外部地下水位变化导致的沉降影 响不可小视。 根据温州市 20042013 年每年发布的温州市地 质环境公报 2，19892005 年，龙湾永强平原区域 沉降最大永中水厂区（跑道西约 3 km）为中心，地 面沉降 50 mm 的为 17.2 km2， 2013 年为 51.7 km2， 整个平原最大累计沉降点达 350 mm，平均沉降为 1025 mm/a。 对于机场跑道区域， 20042013 年度跑道南 部 大 部 分 沉 降 为 20 mm/a， 北 部 在 10 mm/a 以 下，跑道区 2004 年以前因地下水开采原因沉降在 2040 mm。 3）地基工后固结沉降。软土地基自身 21 a 工 后固结沉降平均为 380 mm，极小值为 250 mm，极 大值为 580 mm。2010 年与 2014 年测量值比较， 沉降差大部分出现的南部，测量值为 2040 mm。 3.2 跑道沉降理论分析 真空预压加固软基地表沉降采用分层总和法进 行计算，一期跑道某断面砂袋井范围内土层 H1 为 21 m，砂井以下部分土层 H2 为 14 m，砂井打入系 数为 0.6。U1 和 U2 固结度按太沙基的饱和土一 维固结理论计算， 并按规范考虑适当的经验系数1.4， 计算出该标准断面最终沉降值理论值为 1.324 m。不 考虑其他因素，21 a 工后沉降约为 0.36 m。与实测 平均沉降 0.38 m 基本吻合 3。 一期跑道某断面固结沉降变化表见表 1。 表 1 一期跑道某断面固结沉降变化表 % 时间U1U2U 施工预压期（10 个月）922163.6 4 a 后963973.2 21 a 后9879.690.6 4 结语 软基处理后机场跑道地基的长期沉降影响因 素体现在多个方面。真空预压本身的作用机理表 明，边界处的沉降、侧向变形等仍较加固区内部 有明显减小 ；城市开发抽水造成地下水位变化导 致土体空隙比变化，由此产生的地基附加沉降影 响不可小视 ；由于加固深度受限，深厚软基（深 度 20 m 以上） ，工后沉降速率逐年变小，但并不 显著，20 a 后仍有部分还在继续沉降。综上所述， 在对后期机场跑道地基的长期沉降预测中，应充 分考虑周围水文环境变化及深厚软基长期沉降的 影响，适当增加预留高度。 参考文献 ： 1 杨斐 . 场道地基沉降分析与地基处理效果评价 D，上海 : 同济 大学 ,2008. 2 温州市 2004-2013 年各年地质环境公报 . 3 仲爱宝 , 刘增贤 . 公路软土地基沉降计算及预测的探讨 J. 公 路 ,2004(8):216-219. 99 2014 年第 5 期 第5期（总第175期） 2014 年 10 月 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING No.5 (Serial No.175) Oct. 2014 98 温州机场一期跑道地基长期沉降分析和探讨 陆 连 富 （温州机场集团建设投资公司，浙江 温州 325024） 1 工程概况 温州机场一期跑道地基加固采用堆载预压法， 地基处理始于 1987 年底，道面于 1989 年上半年 完成，1990 年下半年跑道正式投用通航。典型土 层指标见表 1，地基沉降主要影响层为 1和2。 原地表标高 2.83.0 m，道面中线点设计标高均为 4.4 m、 跑道长 2 400 m、 基础为 0.36 m 半刚性基础， 道面为 0.32 m 混凝土。运营期 20 多年内主要机 型为 C 类和少量 D 类，没有平滑，飞机需在跑道 上调头。机场通航后航班逐步增长，2012 年达到 80 班 /d，属中型机场。 表 1 典型土层指标表 土层 序号 土层名称 含水 量 /% 天然容重 /kNm-3 孔隙比 塑性 指数 压缩模 量 E1-2/ MPa 层厚 /m 亚黏土36.817.641.0314.83.461.01.5 1 粉砂淤泥 质黏土 46.117.151.2714.02.249.012.0 2淤泥58.615.971.6321.61.7314.021.0 4 粉质淤泥 质黏土 38.617.741.0815.85.1115.025.0 由于地基强度低，设计采用超载（超 40%）堆 载预压法加固。 袋装砂井直径70 mm， 中心间距1.4 m， 正三角形布置，深 21 m。堆载用宕渣，总高 4.0 m （80 kPa） 。三级加载，堆载期 810 个月，沿中心线 约每 50 m 设置沉降观测点。 收稿日期：2014-07-04 作者简介：陆连富 (1968)，男，高级工程师，本科，主要 从事机场建设与软土地基处理的工作。 摘要：本文以温州机场一期跑道 20 多年来地基沉降实测数据为基础，结合机场周边的工程活动对地基工后沉降的 影响因素进行分析， 得出抽取地下水对软土地基沉降影响较大， 并通过工后固结沉降实测值与理论计算值进行对比， 验证工后固结沉降理论计算准确性，为类似工程提供参考。 关键词：跑道软土地基；长期；固结沉降 中图分类号：TU472 文献标志码：A 文章编号：1004-4655(2014)05-0098-02 DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2014.05.033 2 相关数据 1）预压施工期表层沉降情况。地基处理资料 较完整记录沿跑道纵向地基堆载预压后纵向中心线 沉降数据（见图 1） 。处理过程沉降南大北小，跑道 中心以南平均沉降 0.982 m，以北平均沉降 0.880 m， 整条跑道地基纵向沉降最大值 1.259 m，最小值 0.721 m。 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.2 -1.4 0 400 800 1 200 1 600 2 000 2 400 图 1 一期跑道（1989 年）堆载施工预压期表面沉降曲线图 （左端为北） 2）跑道竣工 3 a 后，平均沉降 149 mm，竣工 4 a 后，平均沉降达到 166 mm。 3）跑道使用 21 a 后道面沉降情况。跑道中 心线高程见图 2。跑道中线原设计高程均为 4.4 m, 图 2 显示，平均沉降 0.49 m，道面工后大部分沉 降在 0.40.6 m，沉降极小值为 0.32 m，极大值为 0.72 m ( 位于跑道中点偏南 240 m)。 4.2 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 0 400 800 1 200 1 600 2 000 2 400 图 2 一期跑道中心线（使用 21 a 后）道面沉降曲线图 （2010 年测，左端为北） 陆连富：温州机场一期跑道地基长期沉降分析和探讨 4）跑道沿横断面沉降情况。为掌握道面横坡 变化，按纵向 40 m 一测量断面，统计 49 个断面 情况。汇总数据表明，原道面设计横坡均为 1.0%， 使用 21 a 后平均跑道横坡为 0.875%，即下降了 12.5%( 中间比最边上点多沉降 19.7 mm） ，最大横 坡为 0.928%，最小为 0.821%。数据显示跑道横断 面沉降总体均匀。 3 分析和探讨 3.1 影响地基工后沉降的主要因素 该跑道地基用超载预压方式，对于混凝土道面 和之下的基层，由于其压缩模量远大于下面软土地 基，故该部分压缩变形为 0 处理，道面沉降数据可 视为地基的沉降值。 引起地基沉降主要原因是附加应力作用 , 包括 堆载和道面结构产生的静载 , 飞机轮荷作用的动载 和地下水下降产生的类似静水荷载。构成地基沉降 主要因素有以下几方面。 1）飞机等外部荷载造成的变形。由于该跑道主 要运营机型为 C 类飞机（B737 和 A319 系列）和少 量 D 类飞机（B767） ， 对刚性道面地基变形影响较小， 相关研究 1 表明 ： 对 B737 飞机，地下 3 m 增加有效 应力 5.5 kPa，地下 5 m 增加有效应力 4.0 kPa。该深 度范围地基超载预压、超固结土，如此小应力不会 产生较明显的沉降，沉降量 10 mm。 2）外部抽取地下水造成的沉降变形。温州机 场所处的龙湾永强平原属缓变性地质沉降灾害点， 城市开采抽水造成外部地下水位变化导致的沉降影 响不可小视。 根据温州市 20042013 年每年发布的温州市地 质环境公报 2，19892005 年，龙湾永强平原区域 沉降最大永中水厂区（跑道西约 3 km）为中心，地 面沉降 50 mm 的为 17.2 km2， 2013 年为 51.7 km2， 整个平原最大累计沉降点达 350 mm，平均沉降为 1025 mm/a。 对于机场跑道区域， 20042013 年度跑道南 部 大 部 分 沉 降 为 20 mm/a， 北 部 在 10 mm/a 以 下，跑道区 2004 年以前因地下水开采原因沉降在 2040 mm。 3）地基工后固结沉降。软土地基自身 21 a 工 后固结沉降平均为 380 mm，极小值为 250 mm，极 大值为 580 mm。2010 年与 2014 年测量值比较， 沉降差大部分出现的南部，测量值为 2040 mm。 3.2 跑道沉降理论分析 真空预压加固软基地表沉降采用分层总和法进