（地质工程专业论文）绵阳南郊机场飞行区强夯控制高填方变形机理研究及效果评价.pdf

堕壹銮塑奎堂塑塞生堂篁鲨苎 苎l 要 一一 一 摘要 3 4 9 8 4 y 7 山区机场工程建设中，由于工程地质条件复杂，地表起伏变化大， 场地通常部分座落在挖方区，部分座落在填方区。在“挖山填谷”过 程中，由于填方高度过大，场道地基的稳定和沉降变形等工程问题显 得尤为突出，其工程处理措施亦显得尤为重要。绵阳南郊机场位于一 狭长丘陵台地上，飞行区最大填方高度约为2 5 米，最大挖方高度1 7 米。拟采用强夯法控制高填方变形，使地基工后沉降量和差异沉降量 控制在容许范围内。) 本文在现场勘察资料的基础上，通过场道地基强夯处理试验研究 及施工后加固效果检验，对强夯加固非饱和回填土地基机理作了初步 探讨。并在碾压资料和综合检测资料的基础上，对现场强夯处理前后 地基土进行物理模拟和数值模拟，综合评价强夯法控制高填方变形的 效果。现场检测、室内离心模型试验和有限单元法数值计算结果表明， 强夯法对非饱和卵、砾石回填地基的加固作用是显著的，基本控制住 了高填方的沉降变形。 【关键词】强夯试夯强夯检测离心模型试验数值模拟 7 簪舭专移 亘塞銮望盔堂堡塞圭堂堡鲨塞 苎里蔓 一 。 a b s t r a c t i nm o u n t a i na r e a ，p a r to ft h ea i r p o r tr u n w a yf o u n d a t i o na l w a y sl o c a t e d a tu n d e r m i n e s ，o t h e ra tf i l l e dz o n e ，b e c a u s eo ft h ec o m p l e xg e o - t e c h n i c a l c o n d i t i o na n du n e v e n s u r f a c e d u r i n g t h ec o u r s eo f “d i g g i n ga n df i l l i n g ”，i n c o n s i d e r a t i o no ft h ee x c e s s i v ef i l l i n gh e i g h t ，t h es t a b i l i t ya n ds e t t l e m e n to f r u n w a yf o u n d a t i o na r ed i s t i n g u i s h e d ，s od ot h ef o l l o w i n gs o l v i n gm e t h o d s m i a n y a n gn a n j i a oa i r p o r tl o c a t e sa tan a r r o wm e s a a n dt h em a x i m a lf i l l i n g h e i g h to ff l i g h tr u n w a yi s2 5 m ，t h em a x i m a ld i g g i n gh e i g h ti s 17 m t h i s p a p e r t r i e st ou s ed y n a m i cc o m p a c t i o nm e t h o dt oc o n t r o lt h ed e f o r m a t i o n o f f i l l i n gz o n e ，s oa st om a k e t h es e t t l e m e n ta n di n h o m o g e n e o u ss e t t l e m e n t p e r m i s s i b l e b a s e do ne x p l o r a t i o nd a t a ，t h i sp a p e rs t u d i e st h ed y n a m i cc o m p a c t i o n t e s t ，c h e c k st h ee f f e c to fc o n s o l i d a t i o na n dd i s c u s s e st h em e c h a n i c so ff i l l e d u n s a t u r a t e d s o i l sc o m p a c t e db yd y n a m i c c o m p a c t i o nm e t h o d m e a n w h i l e ， p h y s i c a l a n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o na r em a d et oe v a l u a t et h e d y n a m i c c o m p a c t i o no fe x c e s s i v ef i l l i n g z o n es y n t h e t i c a l l y , m a i n l y a c c o r d i n gt o r o l l e r c o m p a c t i o na n dc h e c k i n gm a t e r i a l t h e r e s u l t so fs i t e t e s t i n g 、 c e n t r i f u g em o d e lt e s t 、f e ms h o w ：t h ed y n a m i cc o m p a c t i o no nu n s a t u r a t e d s o i li s o u t s t a n d i n g a n dt h ed e f o r m a t i o no fe x c e s s i v e f i l l i n g z o n ei s c o n t r o l l e ds u b s t a n t i a l l y 【k e y w o r d s 】d y n a m i cc o m p a c t i o nd y n a m i cc o m p a c t i o nt e s t s i t ec h e c k i n g c e n t r i f u g em o d e lt e s t n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 堕塑窒望盔兰堑塞生堂垡笙塞 苎! 要 1 1 强夯法简介 言 强夯法也称动力固结法( d y n a m i c c o n s o l i d a t i o n ) ，是由法国工程 师梅纳( l m 6 n a r d ) 于1 9 6 9 年首创的一种地基处理技术。它一般用1 0 4 0 吨的重锤，以1 0 - 4 0 米的落距让其自由落下，夯锤对地基的强烈冲击 作用使地基内出现强大的应力波，引起土体内应力、孔隙水压力等的 变化，从而达到加固地基的目的。 强夯法具有加固效果显著、应用范围广泛、旌工快捷方便、工程造 价低廉等优点，与其它地基处理方法不同，强夯法不消耗三材，对周 边环境不存在工后污染，施工噪音较小。夯击过程中对周围建筑物的 振害或许是强夯法唯一显著的缺点，要求施工中应保持一定的安全距 离，故强夯法特别适合新开发、大面积开阔场地的地基处理工程，如 港口堆场、仓储码头、机场跑道场坪、道路路基及新建厂矿场地等。 我国于1 9 7 5 年开始介绍和引进强夯技术，1 9 7 8 年1 1 月首次工程中试 用，随后在我国得到迅速推广。多项重大工程项目由于采用强夯技术 而大大缩短了工期，节省了可观的工程投资，取得了良好的经济效益。 据不完全统计，“八五”期间，有文献记载的强夯法处理的地基面积就 达3 0 0 万m 2 。 强夯法最初应用于砂土、碎石土等非粘性土地基中，现已推广应用 到从块石土到粘性土等各类地基中。在我国，强夯处理技术广泛应用 于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土、 素填土等地基，旨在提高地基土的强度，降低地基土的可压缩性，消 除黄土的湿陷性，消除砂土的液化性和提高地基土的均匀性。对于饱 和粘性土，特别是淤泥、泥炭等软弱地基，目前发展起来的复合地基 强夯技术较好的解决了孔隙水压力消散的问题，成为我国沿海地区“填 海造地”后对深层软土加固的一种重要手段。 近年来，国内强夯技术飞速发展，重点之一是大能量强夯技术的研 要壹奎望查兰塑塞生堂垡笙奎 一一! ! ! 生 究。对于山区非均匀块石回填地基和抛石填海地基，必须施加大能量 强夯以加固深厚地基。我国于1 9 9 2 年率先在三门峡火力发电厂采用 8 0 0 0k n m 强夯技术，以后8 0 0 0k n m 成为目前国内普遍采用的最 高能量强夯，其有效加固深度约在1 l 1 2 m 之间。 1 2 强夯法研究现状 1 2 1 强夯加固地基土原理 由于强夯法适用的地基土范围非常广，各类地基土之间存在显著差 别，故关于强夯法加固地基机理，目前国内外尚未形成统一认识。l e o n 认为强夯的固结作用存在三种不同的机理：加密作用，指空气或气 体的排出；固结作用，指水或流体的排出：预加变形作用，指各 种颗粒成份在结构上的重新排列，包括颗粒组构和形态的改变。由于 强夯处理对象( 地基) 的复杂性，l e o n 认为不可能建立对各类地基具 有普遍意义的理论。 从机理认识的发展来看，首先应区分非饱和土与饱和土，饱和土 内，对于粘性土与无粘性土还应加以区别，对于特殊类土，如湿陷性 黄土应作专门分析。 ( 1 ) 非饱和土强夯加固原理 强夯加固多孔隙、粗颗粒含量高、非饱和土地基是基于动力压密理 论( d y n a m i cc o m p a c t i o nt h e o r y ) ，冲击型动力荷载在瞬间使土体中 孔隙体积缩小，土体密实，承载力提高。非饱和土的夯实变形主要是 由于土颗粒相对位移重新排列而引起，亦是土中孔隙中气相( 空气) 被捧出的过程。m i t c h e l l 提出，强夯法加固非饱和土的压密过程同试 验室内的击实法相同。 ( 2 ) 饱和土强夯加固原理 l m d n a r d 根据饱和粘性土经受强夯后产生数十厘米瞬间变形的现 象，提出一动力圃结( d y n a m i cc o n s o l i d a t i o n ) 模型，用以说明与传统 静力固结理论的不同，其实质为一概念模型，l m d n a r d 模型与t e r z a g h i 模型的区别见表1 1 。 西南交通大学研究生学位论文第3 页 表1 1 l m 6 n a r d 动力固结模型与t e r z a g h i 静力固结模型 t e r z a g h j 静力圃结模型 l m 6 n a r d 动力固结模型 1 有摩擦活塞1 无摩擦活塞 2 液体不可压缩2 液体可压缩 3 弹簧为定刚度3 弹簧为不定刚度 4 液体捧出时孔径不变4 液体捧出时孔径可变 l m n a r d 模型用有摩擦的活塞来反映含有空气的孔隙水压力的滞 后现象；用土体中因有机物分解产生的约占总体积l - 3 的微小气泡的 可压缩性来反映土体的瞬时变形：用不定刚度的弹簧来反映因振动及 温度上升使弱结合水转化为自由水而产生土体强度降低的现象；用变 孔径的排水口来反映由于强夯振动波在土中传播而使土中应力场重新 分布。某点拉应力大于土体的抗拉强度，形成贯通的裂隙排水通道。 对于饱和无粘性土，m i t c h e l l 认为，强夯可能会使土体产生液化， 压密过程同爆破和振动压密的过程相似。 波动理论从能量转化的角度分析强夯机理，强夯是在极短的时间内 对地基土体施加一个巨大的冲击能量，加荷历时几十毫秒至一百毫秒 之间，巨大的能量转化为各种波型传到土体内，首先到达指定范围的 是压缩波( 占振动能量的7 ) ，它使土体受压或受拉，引起瞬时的孔 隙水汇集，因而使地基土的抗剪强度大为降低。紧随压缩波之后的是 剪切波，以振动能量的2 6 传出，它会导致土体结构的破坏。另外还 有瑞利面波，以振动能量的6 7 传播出去，它使夯击点附近地面隆起。 以上这些波通过以后，土颗粒将趋于新的而且最终是更加稳定的状态。 现在一般认为，强夯加周地基过程有四个阶段： 夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密( 包括气体的排出， 孔隙水压力上升) ； 土体液化或土体结构破坏，表现为土体强度降低或抗剪强度丧 失； 排水固结压密，表现为渗透性能改变，土体裂隙发展，土体强 度提高； 触变恢复并伴随同结压密，包括部分自由水又变成薄膜水，土 体强度继续提高。 堕查奎壅盔堂堡壅生堂焦堡苎 苎! 墨 1 2 2 强夯法的教学与物理模拟 工程模拟的手段有两类，一类是数学模拟，另类是物理模拟。数 学模拟就是从控制问题现象的微分方程和材料的本构关系入手求解； 物理模拟是在相似理论的基础上制作室内模型，在满足相似条件要求 下模拟工程实际，取得有效的工程信息。 ( 1 )数值模拟 目前对高能量强夯影响下地基土的性态的理解还不充分，建立的 数学模型一般为解析模型，如l m 6 n a r d 动力固结概念模型。1 9 7 5 年， s c o t t 和p e a r c e 建立强夯一维模型，但在实际中应用不大；1 9 8 3 年m a y n e 和j o n e s 及1 9 8 5 年h o l e y m a n 建立的一维模型主要用来估算冲击应力： 1 9 8 6 年钱家欢建立一经验模型，用有限差分法及边界元法估计强夯过 程中夯锤的夯沉量：1 9 9 2 年y k c h o w 和d m y o n g 等人提供了一基于 一维波动方程的简单模型，用来预测夯坑深度、强夯影响深度及强度 提高的水平。还有人试图用离散单元法来分析块石土强夯加固机理。 ( 2 )物理模拟 般的土工模型试验，模型均采用原型材料，按原型的密度制作， 例如挡土墙、浅基础等模型试验，其中最大的问题是普通模型的自重 应力远远小于原型的应力，因而模型的实用价值有限，为提高模型的 自重，可用两种方法，一种是水力坡降相似法，另一种是离心模拟法。 应用较广泛的是用离心机产生离心力模拟原型的重力的离心模型试 验。 1 8 6 9 年法国人e p h i l l i p s 首次提出用离心机作模型试验的设想，他 根据弹性体的平衡微分方程，推导出满足原型与模型之间具有相同性 状的相似关系，在这种平衡中，当重力为主要因素时，用离心机来增 加重力以取得这种相似性 国外早在三十年代，美国、苏联各自用小比例模型在小型离心机上 作此种试验，研究了一些土工问题。六十年代后期，英国、日本等国 建立了专用土工离心机，在离心机设计制造、试验数据采集应用了电 子技术。八十年代，法国、丹麦、德国、意大利、荷兰等国相继建立 试验室，发展大型离心机，提高了容量，土工离心模型试验有了较大 c h 0 0 12 3 西南交通大学研究生学位论文 第5 页 发展。像法国的道路桥梁研究所( l c p c ) 和原子能委员会( c e a ) 意大利的结构模型试验研究所( i s m e s ) 等的设备专门用来为工业服 务。 我国早在五十年代中期就了解到离心模型试验在模拟土工建筑物的 性状和研究土力学基本理论等方面的良好应用，但由于客观条件的限 制，直至八十年代才对土工离心模型试验给予重视。目前长江科学院、 河海大学、上海铁道学院、南京水利科学研究院均建成了为岩土工程 试验用的离心机，水利水电科学研究院根据“七五”国家科技攻关项 目研制的容量为4 5 0 9 t 的我国最大离心机，已于1 9 9 1 年投入运转。 针对强夯法，日本学者m m i k a s a 、n t a k a d a 等于1 9 8 7 年对强夯施 工过程进行了一系列的离心模拟试验，研究了强夯参数和地基土条件 对强夯施工中地基土性状及强夯加固效果的影响，并与静态试验作了 比较。 1 3 本文选题的依据、技术思路 绵阳南郊机场位于绵阳市南7 公里，机场基本位于一西北东北向 狭长丘陵台地上。飞行区最大填方高度约为2 5 米，最大挖方高度1 7 米。挖方区主要集中在飞行场区的中部、东南端安全区及西北端西侧， 填方区主要为中部浸水沟、飞行学院停机坪及东南端外侧、西北端东 侧等部位。 民用航空运输机场道面使用功能降低，甚至道面开裂或破坏，主要 是地基的过大沉降和不均匀沉降造成的。因此，机场场道地基不仅应 具有较大的刚度以满足强度要求，而且也应均匀、密实和稳定，亦即 地基的工后残余沉降和不均匀沉降必须得到控制。绵阳南郊机场地基 沉降变形控制标准，根据成都军区空军勘察设计院关于地基变形指 标要求的函规定： 地基不均匀沉降按1 ：1 0 0 0 控制，即弯沉盆半径小于5 0 米，盆 底与盆顶沉降量之差小于5 厘米； 其地基最终沉降量不大于5 厘米： 地基变形模量e 。1 5 m p a ( 压板面积o 5 m 2 ) ； c h l2 0 3 西南交通大学研究生学位论文 第6 页 地基回弹模量毛2 5 0 m p a 。 为解决上述问题，经过对各种地基加固方法的比较、论证，最后 选用强夯法作为绵阳南郊机场地基的加固措施。 本文结合现场勘探资料、试夯试验及施工效果检测资料，作了以 下工作： 以绵阳机场地基土土层结构、地基土的基本物理力学性质为基 础，研究地基土的基本性状特征； 根据现场试夯试验测得的夯沉量、地面隆起情况等资料，分析 不同夯击条件下地基土的性状变化情况。结合夯前、夯后动力触探、 载荷试验及瑞利面波测试，分析强夯加固地基土效果。并在此基础 上确定夯击能、夯击次数、夯击遍数、夯点布置等强夯施工参数； 进行室内离心模拟试验。利用成都科技大学土工专用离心机 ( 2 5 9 t ) ，以现场土为原材料，以密实度为控制标准制作模型， 模拟强夯施工前后地基土的沉降变形情况。拟获得不同填方高度地 基土的沉降变形过程及最终沉降量，评价强夯控制高填方变形效 果； 结合现场试验和室内离心模拟试验，建立场区地基土的弹性非 线性有限元模型，分析评价强夯控制高填方变形情况； 综合勘探资料、强夯现场原位检测、室内离心模型试验及数值 模拟，评价强夯加固地基土效果，并探讨强夯加固非饱和地基土的 机理。 技术研究思路见下图1 1 。 西南交避大学研究生学饺论文 繁，夏 鋈i - i 论文研究麓辩框甏 c l o l 2 o ， 堕查奎望盔堂堡壅生堂垡丝塞兰! ! 生 2 1 概况 2 地基土基本物理力学性质 绵阳南郊机场地处四川西北部，距成都1 5 0k m 。绵阳南郊机场位于 绵阳市南7k m 的松包梁上，距绵阳市中心公路距离约1 0k m ，东距涪 江4k m ，北距安昌河2k m ，场址西北端3 - 4k m 处有宝成铁路和1 0 8 国道通过，绵中公路穿越跑道西北端，场址东北侧3 - 5k m 范围内为涪 江流域，西南侧5 0 0 8 0 0m 处为范家沟。 南郊机场场区位于龙门山前缘到四川盆地过渡带的吴家湾一松包梁 一汤家湾这条嚣北东北向狭长丘陵台地上，四面为涪江、安昌河、范 家沟、六零水库汇水沟所环绕，系侵蚀堆积地貌。丘状台地由具粘质 土、砾石土双层结构的、级基座阶地组成，基座为中生界侏罗系 蓬莱镇组粉质泥岩、粉细砂岩组成。 机场飞行区最大填方高度约为2 5 m ，最大挖方高度1 7 m ，挖方区主 要集中在飞行场区的中部以及东南端安全区，西北端西侧。填方区为 中部偏西北部的浸水沟，下滑台保护区的罗家湾、飞行学院停机坪、 东南端外侧、西北端东侧等部位。场区地震基本烈度为度。 2 2 土层结构 场区内遍布第四系地层，局部出露侏罗系顶部地层，现将各地层的 分布情况从新到老分述如下： 1 全新统坡洪积堰塘沉积( 钟叫“) 全区均有零星分布，面积不大，坡洪积以含砾粉质粘土、粉土为主， 厚度一般3 5 m ；堰塘沉积多为粘土和淤泥，厚度一般l 2 m ，最厚可 达4 m ，此外，局部分布有杂填土和耕植土。全新统冲积成因的i 级阶 地分布于区外。 2 上更新统冲洪积层( 州) 主要分布于机场的西北部吴家湾、刘家院子一带，呈带状分布，地 西南交通大学研究生学位论文笫堕 形低凹。分布标高多在5 0 5 m 以下，属冲洪积成因的i i 级阶地，具双层 结构。上部为粉质粘土、粉土夹粘土，含砾石及铁锰结核，厚5 m ；下 部为砾石层，厚度小于1 0 m ，顶板多在5 0 3 m 标高以下。 3 中更新统冲积层( 鳄叫) 分布广泛，占场区面积的7 0 以上，构成i v ( 残) 、h i ( 西) 两级 阶地，前者主要分布于飞行区，后者则主要分布于航站区和飞行区的 北端。级阶地展布于5 2 0 m 高程以上，地势最高；i 级阶地展布于 5 1 0 5 1 5 m 高程之间。两阶她堆积物岩性相近。级阶地稍厚，均具双 层结构。 上部均为棕黄、灰黄色粘土、粉质粘土夹薄层粉土透镜体，级阶 地厚2 - 6 m ，h i 级阶地厚4 1 0 m ，岩性密实，含较丰富的钙质结核。 下部均为砾石层，级阶地厚可达3 0 m ，而m 级阶地厚5 1 5 m ，砾 石以石英岩、石英砂岩为主，次为粉砂岩和少量角闪岩、花岗岩、脉 石英、燧石，呈迭瓦状似层排列，显示流水特性，磨圆度好，球度好， 略呈扁平状，砾径大于2 m m 者含量大于5 0 ，颗粒分析见表2 - 1 。 表2 - i 砾石层颗粒分析成果表 取样点 含量( )汤家湾泉水粱邓家湾 粒径( m m ) 25 3 35 8 95 4 6 2 加0 7 51 0 46 18 9 1 3 m ) 。分区见平面示意图2 2 。 c h 0 0 22 0 呲 要塞奎望查兰曼塞生兰垡堕塞 苎! ! 墨 图2 - i 综合地质柱状图 地层时代 地层 代 厚度 岩性水文地质 工程地质 系统层( m 号 ) 全 为蕞洪耘扈因的青蒜糟地下承拉多小于1 1 1 1 ，物理力学性质较 新 a 3 - - 5 土糟质粘土厦耀糖沉积 动杏受地裹水的髟 茬填方段堰墉淤 轱土和妁i m 犀的淤泥响，水量较丰泥需开挖处理 统 上 5 衲密抗的糟质粘土，糟土砾石台t 承压孔黛力学性质柏差，其 夹帖土含砾及铁锰结接承水位小于l i l l 上多为稻田地或堰 更古拈曩土的砾石层砾石为h c o ，- - c a 型隶塘晨布残存有上 新 q 3 以石英砂岩为主砾径矿化度小于05 1 层潜水 4 - - 1 1 统 2 3 c m 分造精差古量 4 0 7 0 摩层牯土、糟土和糟质牯膏含孔蠢潜水簟井力学性质较好粘 第 1 - - l o 士。岩性密实椽黄色为涌水量3 0 0 m d 水质土、糟、砾石 四 上 讲 主年静测定为3 83 6 万位l 一3 m 年变3 m ，屠承麓力标准值为 年 为h c o i - c a 型水矿 2 2 9 、1 4 8 、3 0 9 k p a 系 段 分布于n i 擐阶地的砾石化度o2 - 03 9 ，i 处于疆桩地带边 屡砾石为石英岩、石英垃稳定性尚好 出 5 1 5 砂岩、花岗岩砾径 更 2 - 5 c m ，球度好 糟土，糟质粘土夹牯土为强透承层承位埋轱质土为硬塑和可 新 2 - - 1 2 岩性密实年龄5 72 4 万湃丈5 1 0 m 标高以蔓，具有压埔性 统 年 上未见地下求出t 承t 力标准僵 下 烈 i v 曩阶地砾石层砾石以2 7 4 k p l t 糟土 段 石英岩石英砂岩为主， 2 0 7 k p a 砾石 次为角闲岩、花岗岩、糟3 1 5 8 5 0 k p a 边坡 2 2 一，0 砂岩，奠石锋选瓦状捧列较陡有小型滑 砾径大者1 0 一1 5 c m 磨啊埴 度好里平状 侏 蓬 耳层糟砂魔岩夹糟砂岩和1 水性弱见有搋量力学性质较好摩 曩砂岩多埋伏于第四系0 ii s 的采水风化后强度降低， 罗 上莱 jp 7 8 0 ；c 下 辩垃地带沿凤化面 统 镇 蓉 鼻产生覆盖型清 组 坡 2 3 1 挖方区岩土物理力学性质 挖方区为开挖后的原始地层，基本都处于级阶地上。挖方区最大 开挖高度1 7 m ，地层为典型的二元结构。上部为粉质粘土，下部为砾 石层，地层属鲥”。两层的基本岩性特征见综合柱状图( 图2 - 1 ) ，砾 石层的颗粒分析见表2 1 。 按土石方工程设计，粉质粘土除填挖交界处少量存在外，绝大部分 已挖除，挖方区道槽的持力层主要是砾石层。为探明砾石层的物理力 学性质，原位测试采用动力触探和静载荷试验。载荷试验点h 1 位于挖 方区p 1 8 3 h 5 8 + 1 6 处，试验曲线见后载荷试验曲线图( 图2 3 ) 。 一塑垫盔! 蟹塞生耄蝗堕塞一一一兰墼蝗 豳-2鉴丑耐餮笋西h础藩濠书副朔j蕞圃 堕查銮望盔堂堕塞生堂垡堕塞一量旦垦 表2 - 2 粉质粘土物理力学性质统计表 统计含水重度饱和 孔隙比塑限塑性内聚内摩 压缩压缩 项目量 y 度 比重w 。指数力c擦角 系数模量 w k $ m 3s e g 。 i p k p a ( 。) a1 2 e m p 一 m p a 1 6 6 1 9 3 - 7 0 05 8 2 7 4 -1 9 8 8 5 1 27 一 1 6 4 0 1 5 8 3 - 范围值 3 2 62 0 8 1 1 60 8 8 22 8 32 5 92 2 61 8 52 3 60 1 9 l o 6 均值2 3 3 2 0 1 7 9 2 7 5 0 6 8 l2 7 6 62 34 51 5 1 61 4 7 11 9 1 80 1 79 4 8 标准羞5 2 5 80 6 6 01 4 1 3 0 0 8 40 0 2 81 9 3 73 7 7 2l6 9 l1 8 00 0 1 40 6 4 8 量大使 3 2 62 0 81 1 6o ，8 跎2 8 32 5 92 2 6j8 52 3 60 1 91 0 ，6 量小值 1 6 61 937 00 5 8 92 7 41 988 51 2 71 6401 58 3 变异 0 2 2 60 0 3 3o 1 5 20 1 2 300 1 00 0 8 402 4 901 1 50 0 9 400 8 20 0 6 8 系数 统计数 1 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 2 表2 - 3 + 一砾石层动力触探成果表 区域统计项目最大值最小值均值标准差变异系数标准值统计数 承载力 1 0 0 0 1 4 0 6 4 5 4 2 7 6 20 4 2 7 9 5 9 5 4 8 9 挖方 ( k p a ) 区 变形模量 6 4 39 94 1 9i 7 50 4 1 7 43 8 78 9 ( m p a ) 表2 - 4 载荷试验成果表 变形模量回弹模量承载力标准值 编号岩土类型 岛( m p a )( m p a )( k p a ) l 粉质粘士 1 6 2 52 9 o1 5 0 2 砾石层 1 8 2 06 2 53 0 0 由表2 2 可知，粉质粘土的物理力学性质较好，基本承载力大于 1 5 0 k p a 。由压缩系数( a1 2 = o 1 7 ) 和压缩模量( e 。= 9 4 8 ) 判断，粉质粘 土属中等压缩性土，在填挖交界处当该层厚度较大时，应考虑其压缩 变形量。 挖方区砾石层是良好的持力层，密实度为中密密实，承载力、变 形模量平均值分别为6 4 5 4 k p a 、4 1 9 m p a ，标准值分别为5 9 5 4 k p a 、 3 8 7 m p a ，远高于设计要求其压缩沉降量为1 7 6 3 3 m m 。不超过2 5 r a m ， 满足沉降量控制要求。 垦壹銮塑查兰堡壅生堂竺堡奎 一j 妻旦翌 2 3 2 填方区岩土物理力学性质 填方区域分布见工程地质图。填方区的填料来源为挖方区开挖的砾 石层，称为素填土，钻探表明，填料为圆砾土和卵石土。虽然有局部 层位粉质粘土含量多，局部卵、砾石含量多的现象，但总体来说填料 比较均匀。为探明填料的密实情况、承载力大小、沉降变化状况，采 用的原位测试手段有动力触探、物探、静载荷试验。 ( 1 ) 重型动力触探试验 选择主跑道、滑行道、停机坪等6 个主要填方区域进行动力触探， 共有3 8 个孔，成果表见表2 - 6 。 卵、砾石填土层最小承载力1 4 0 k p a ，最大承载力9 0 0 k p a ，平均承 载力大于3 8 1 8 l 【p a ，标准值大于3 1 4 9 k p a ，填土层满足承载力的要求； 填土层变形模量最小9 9 m p a ，最大5 8 o m p a ，平均值大于2 6 5 m p a ， 标准值大于2 2 1 m p a ，平均值较高，但局部层位不能满足要求。 西南交通大学研究生学位论文 第1 4 页 表2 - 6 填方区动力触探成果表 最大最小变异统计 区域统计项目均值标准差标准值 值值系数数 承载力 9 0 01 4 04 5 62 3 3 3 8o 5 83 4 8 4 71 5 i 区( k p a ) ( o - 5 m )变形模量 5 8 09 92 9 9】4 7 60 4 9 3 62 3 11 5 f m p a ) 承载力 9 0 01 7 03 8 1 81 7 9 50 4 7 0 l3 1 4 92 2 i i 区( k p a ) ( 5 8 m )变形模量 5 0 01 1 82 6 51 1 10 4 2 0 62 2 12 0 r m p a ) 承载力 8 8 51 4 04 1 7 91 7 1 90 4 1 1 33 7 7 7 4 5 4 区( k p a ) f 8 1 3 m )变形模量 5 7 09 92 7 5l o 90 3 9 5 72 4 9 45 4 ( m p a ) 承载力 8 0 51 4 04 2 31 6 5 80 3 9 2 03 9 3 99 5 区 ( k p a ) ( 1 3 m )变形模量 5 2 09 92 7 sj o 50 3 7 7 62 5 99 5 f m p a ) ( 注：衰中标准值按统计正式t = r jx ，_ 得，其中= l 士( 1 7 0 4 + 4 6 7 8 n 2 ) 占；下周) ( 2 ) 地球物理勘探 对飞行场区的填方区进行瑞利波法检测地基土弹性波速，以获取波 速资料，按照国家标准建筑抗震设计规范g b j l l - 9 8 的规定，对场 地进行场地土类型和类别划分，计算场地卓越周期，划分地基土的类 别。瑞利面波检测结果如下： 回填土波速范围2 5 0 - - 4 0 0m s ，为中硬场地类型土，场地类别为 i i 类，即密实中密的圆砾土、碎石土。与动探结论相符； 地基卓越周期为o 2 0 3 s ，地基土类别为i i 类，一般土层。 ( 3 ) 尊载荷试验 试验点h 2 选在滑行道填方高度最大处，坐标位置为p 1 8 9 h 5 8 + 1 6 ， 填方高度2 1 7 7 m ，p - s 曲线( 图2 - 2 ) 及分析计算结果表明，回填土承 载力基本值3 3 0 k p a ，变形模量2 0 0 m p a ，回弹模量9 1 i m p a ，在4 2 1 k p a 压力下最终沉降量为2 1 1 6 7 r a m ，回弹量为4 2 0 5 r a m ，占总沉降量的 1 9 8 6 ，此试验点在回填过程中已分层碾压，在地表下5 米范围内较 为密实，因而各项指标较好，但填方区的沉降尚未完成，不符合沉降 量控制要求。 c i - o 啦2 0 3 西南交通大学研究生学位论文 第1 5 页 - _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ 一 2 4 场区地基土的沉降 为探明场区地基土的固结沉降情况，在现场分区布置了沉降观测点， 并根据地基土的基本力学性质，进行沉降量的近似估算，评价地基土 的沉降变形情况。 2 4 1 沉降观测 土石方施工单位在飞行区的填方压实度为9 0 的几个区域布置了沉 降观测点。截止1 9 9 8 年1 2 月5 日，观测时间最长的为9 个月零1 0 天。 观测数据见下表。 表2 7 填方区沉降量观测统计表 沉降填方密实 观测 缠号观测点位施工时间观测时间量高度度 单位 ( m )( m )( a 1p 2 0 4 h 5 l + i o9 8 11 7 - 9 8 1 0 2 6o 0 0 0 21 0 o o a - 2p 2 0 3 + l s ，h 5 09 8l1 7 - 9 8 1 0 2 60 0 0 4 81 2 o o a - 3p 2 0 4 + 1 0 ，h 4 89 8 11 7 - 9 8 1 0 2 6o o 1 0 31 0 0 0 樊华 p 1 9 2 + 5 b - l9 8 9 2 0 - 9 8 1 1 2 6o 0 0 1 92 6 0 0集团 h 5 9 + l o p 1 8 9 + 1 5 b - 29 8 9 2 0 - 9 8 1 l2 60 0 0 4 52 6 0 0 h 5 9 + 5 3 3 3 2 6 ，9 7 t 2 1 i 一 沉0 0 79 8 42 4 - 9 8 7 3l0 0 2 11 1 5 09 0 2 0 9 9 3 39 8 4 1 7 3 5 8 9 6 ，9 7 1 2 1 l 一 沉0 0 89 8 4 2 4 9 8 7 3 00 0 2 l1 2 ，0 09 0 2 1 2 9 9 l 9 8 1 7 3 5 8 7 7 ， 沉0 0 99 8 1 1 i - 9 8 6 99 8 6 1 4 - 9 8 9 2 8 0 0 2 31 0 7 09 0 1 6 9 i 8 6 3 1 3 5 5 ， 沉0 1 09 8 j 1 i - 9 8 6 99 8 6 1 4 - 9 8 92 s0 0 2 5j 1 0 09 0 1 6 6 0 0 9 2 7 3 6 5 。汉龙 沉0 l l9 8 1 7 - 9 8 61 69 862 l 9 8 9 2 9 o 0 1 94 9 09 0 1 9 4 0 0 7 集团 3 3 3 6 6 。 沉0 1 29 8 1 7 - 9 8 6 1 69 8 6 2 i - 9 8 9 2 90 0 2 51 4 1 09 0 2 0 2 0 7 2 2 7 3 2 8 沉0 1 39 8 i 7 - 9 8 6 1 69 8 6 2 l - 9 8 9 2 90 0 2 41 6 0 09 0 1 9 8 0 0 l 1 3 6 3 l ， 沉0 1 49 84 1 3 9 8 7 1 29 8 7 2 4 - 9 8 1 0 2 80 0 1 71 1 0 09 0 2 2 8 1 4 2 沉0 t 53 3 6 7 ，2 2 9 0 0 39 8 ，4 1 3 9 8 7 2 09 8 7 2 4 - 9 8 1 0 2 80 0 0 71 39 09 0 沉0 1 63 2 6 4 。2 2 3 9 9 29 8 4 1 3 - 9 8 7 2 09 8 7 2 4 9 8 1 0 2 80 0 0 89 4 09 0 ip 1 7 8 ， i 3 9 + 39 8 8 2 5 - 9 8 1 2 50 0 0 2 1 2 0 09 0 p 1 7 8 + 1 5 铁十 2 9 8 8 2 5 - 9 8 1 2 50 0 0 21 2 0 09 0 h 3 9 + 3八局 p 1 7 9 + l o 四处 39 8 8 2 5 - 9 8 1 2 50 0 0 21 2 o o9 0 h 3 9 + 3 根据沉o l l 、沉0 1 2 、沉0 1 3 几个数据比较完整和有一定规律的观 塑壹奎望查堂塑塞竺堂堡丝苎 苎! ! 要 测点作沉降观测曲线图( 图2 - 4 ) 其中沉降量最大的点是沉0 1 2 点， 填土高度1 4 1 米，观测时间3 个月零8 天，沉降量2 5 r a m 。 2 4 2 沉降量的近似估算 对于碎石土的沉降计算问题，目前没有比较成熟和公认的计算方 法。本次应用单层压缩法进行估算，计算公式为： s ：宇盟舳 瓮e i | l 其中：卸，：矗+ p ：；邑：l 目，：l 一子生。 l 一a 一第i 层的附加应力；订第i 层的自重应力：她第i 层的厚度； e 。一第i 层的压缩模量；e o 。第i 层的变形模量； b 系数。 本次计算分层以动力触探资料为依据，同一层内按l 米分层。泊松 比“l o 米以上取0 2 5 ，1 0 米以下取0 2 2 。附加应力考虑道面荷载和飞 机冲击荷载，按弹性理论公式计算附加应力和自重应力沿深度的分布 情况。 d ，o 吆2 0 3 表2 - 8 附加应力沿深度的分布 地基深度 距袭层距表层距表层距表层 距表层 i( m ) 0 米1 米2 米3 米 4 米 l 附加应力 1 0 2 8 l2 l8，o l ( k p a ) 挖方区和填方区的沉降理论计算统计结果如下： 表2 - 9 沉降量计算统计袁( 单位：m m ) 样本变异 区域最大值最小值平均值标准差标准值 数系数 挖方区3 22 821 6 6 1 90 3 0 7 31 4 0 0 i 区 64 9 31 0 82 5 1 31 5 4o 6 1 3 31 2 4 0 ( o - 5 m ) i i 区 66 9 61 4 34 2 3 81 7 2 7 0 4 0 7 52 8 1 2 ( 5 8 m 3 l i i 区 91 2 5 24 6 86 8 4 62 3 5 8 0 3 4 4 55 3 7 0 ( 8 - 1 3 m ) i v 区 1 21 2 0 48 0 59 8 4 31 5 4 3o 1 5 6 89 0 3 4 ( 1 3 m ) 计算结果表明，挖方区沉降量基本满足要求，填方区填方厚度较大 的区域，沉降量也较大，且沉降量上部较小，主要是在下部，这与载 荷试验表层一定范围内沉降量小的结果一致。实际填方设计中，下部 压实要求比上部低，说明计算结果基本反映出实际情况。 现场的原位测试和理论计算结果均表明填土的沉降固结尚未完成， 需进行强夯处理。 d 1 0 0 22 0 3 堕妻窒望奎堂堡塞生堂垡丝塞墨! ! 要- 3 1 强夯处理概况 3 强夯试夯及设计 场区位于绵阳市南郊7 公里，为山前缓坡丘陵地貌。场区大部分已 填挖完毕，地势平坦。场地上覆土层为第四系全新统( q ) 人工填土、 中更新统冲洪积( q ，叫) 粉质粘土、圆砾土、卵石土，下伏基岩为侏 罗系上统蓬莱镇组( 以。) 粉砂质泥岩。场道范围内以填土及圆砾土、 卵石土为主，局部为粉质粘土和粉砂质泥岩风化带，最大填方高度 2 1 7 7 m ，最大挖方高度约1 7 m 。 前期勘察工作表明，场区挖方区主要出露卵、砾石层，承载力高， 变形模量和回弹模量均满足要求，压缩变形很小，不需进行处理。局 部挖方区表面有粉质粘土，厚度较大时应考虑其压缩变形。填方区承 载力能满足飞机荷载对地基土的要求，但填土固结尚未完成，沉降变 形较大，需进行强夯处理。预先消除部分沉降变形，使地基土短期内 迅速固结 3 2 场区试夯及强夯参数选取 根据场区地质条件和地基变形指标要求，场区试夯选择填方厚5 m 区满夯试夯、填方厚1 0 1 2 m 区群夯试夯及夯后动探、载荷试验、物探 检验，由于条件所限，填方 1 7 m 区高能级试夯未进行，只进行高填方 ( 2 1 m ) 和挖方代表性地段载荷试验。各区试夯参数如表3 - 1 。 表3 - 1 试夯施工参数表 试夯试夯单点夯夯点夯点单点 试夯区坐标范围面积方式击能间距遍数击数 ( m 2 )( k n m 、( 遗)( 击) 5 m p 1 8 8 十1 2 p 1 8 9 + 4 1 2 i o满夯2 0 0 0 l ，2 d il 填方区 h 5 3 一h 5 3 + 1 0搭接 1 0 1 2 m p 1 8 4 + 1 8 一p 1 8 5 + 1 8 2 0 x 2 0 点夯3 0 0 04 2 5 卅 l1 3 填方区 h 5 8 + 1 0 一h 5 9 + 1 0 堕壹奎塑查堂堑塞生兰壁丝塞苎! ! ! - 囝囝z 囝。一铆 囝s囝e 珍书 囝e 囝，饧，o ”缈 o ，。囝”囝，一 o ，s , 6 0o 囝，, 8 0 ，囝。oo a 囝。o 。，o a t 。s 囝 圈3 - 1 强夯试验区布点图 ( h ) 3 2 1 填方5 m 区满夯试夯及检验 5 m 试夯区布点图见图3 1 ( a ) ，夯点共有8 0 个，其中测量了3 0 个 点的夯沉量，统计结果( 表3 2 ) 表明，满夯平均每击夯沉量2 1 6 4 c m ， 夯前夯后的动力触探结果( 图3 2 ) 表明，o 5 m 深度范围内动探击数较 夯前降低，说明夯后表层有所松动；o 5 m 深度以下夯后击数较夯前开 始增大，至2 m 处增加显著，满