强夯法在机场场道地基处理中的试验与模拟研究：以浦东机场为例

强夯法在机场场道地基处理中的试验与模拟研究：以浦东机场为例一、引言1.1研究背景与意义随着全球航空运输业的蓬勃发展，机场建设规模不断扩大，对机场场道地基的要求也日益严苛。机场场道作为飞机起降的关键区域，其地基的稳定性、承载能力和均匀性直接关系到飞机的安全运行以及机场的正常运营。若地基处理不当，可能导致跑道出现不均匀沉降、开裂等问题，这不仅会影响飞机起降的平稳性，增加飞行安全风险，还会大幅提高机场的维护成本，缩短机场的使用寿命。强夯法作为一种动力加固地基的有效方法，自问世以来，凭借其施工简便、成本较低、效果显著等突出优势，在各类地基处理工程中得到了广泛应用。在机场场道地基处理领域，强夯法能够有效提高地基土体的强度，降低压缩性，增强地基的承载能力和稳定性，减少地基沉降，从而满足机场场道对地基的严格要求。然而，强夯法的作用机理较为复杂，加固土体存在诸多不确定因素，以往强夯法的设计大多依赖工程类比和过往经验，缺乏系统深入的理论研究与定量分析。不同机场的地质条件千差万别，地基土的性质、土层分布、地下水位等因素都会对强夯法的处理效果产生显著影响。因此，深入开展强夯法处理机场场道地基的试验研究和数值模拟具有重要的现实意义。通过试验研究，可以在实际工程现场获取一手数据，全面准确地了解强夯法对机场场道地基的加固效果，明确不同强夯参数（如夯锤重量、落距、夯击次数、夯点间距等）对地基处理效果的影响规律，为强夯法在机场场道地基处理中的科学应用提供坚实可靠的技术支撑。数值模拟则能够借助计算机技术，建立精确的数学模型，模拟强夯过程中地基土体的力学响应，深入分析土体的位移、应力、应变等变化情况，直观形象地展示强夯法的作用机制，预测不同工况下强夯法的处理效果。这不仅有助于优化强夯设计方案，提高强夯施工的效率和质量，还能有效降低工程成本和风险。综上所述，本研究致力于通过试验研究和数值模拟相结合的方法，深入探究强夯法处理机场场道地基的效果和作用机理，提出科学合理的强夯处理方案和建议，为机场场道的工程设计和施工提供极具价值的参考和借鉴，进一步提升机场场道的使用寿命和安全性，推动航空运输业的稳健发展。1.2国内外研究现状强夯法自20世纪60年代末被发明以来，在全球范围内的地基处理工程中得到了广泛应用，机场场道地基处理领域也不例外，国内外学者围绕强夯法在机场场道地基处理中的应用展开了大量研究。在国外，强夯法的应用较早，相关研究也较为深入。美国、日本、法国等国家在强夯法的理论研究、工程实践和设备研发等方面取得了显著成果。美国的学者通过现场试验和数值模拟，对强夯法加固砂土、粉土等地基的效果进行了系统研究，明确了强夯参数与地基加固效果之间的关系，提出了基于能量原理的强夯设计方法。日本则在强夯设备的研发和创新方面处于领先地位，开发出了多种高效、节能的强夯机，并针对不同地质条件下的强夯施工工艺进行了深入研究，积累了丰富的工程经验。法国的研究人员致力于强夯法作用机理的研究，运用先进的测试技术和数值分析方法，揭示了强夯过程中地基土体的微观结构变化和力学响应规律，为强夯法的优化设计提供了理论依据。在国内，随着机场建设的快速发展，强夯法在机场场道地基处理中的应用日益广泛，相关研究也不断增多。众多学者和工程技术人员结合国内机场的地质特点，开展了大量的试验研究和工程实践。例如，在浦东国际机场的建设中，针对场区软土地基的特点，进行了强夯法加固地基的现场试验，通过对单点夯击试验测试结果、强夯前后地面变形和地基土性状变化的分析，确定了适合该场地的强夯参数和施工工艺，为工程的顺利实施提供了技术支持。此外，国内学者还利用有限元软件ANSYS、ABAQUS等对强夯过程进行数值模拟，研究强夯作用下地基土体的位移、应力、应变等变化情况，模拟不同强夯参数对地基加固效果的影响，为强夯法的设计和施工提供了科学参考。然而，当前强夯法处理机场场道地基的研究仍存在一些不足之处。一方面，强夯法的作用机理尚未完全明晰，虽然已有一些理论模型和研究成果，但在复杂地质条件下，强夯过程中地基土体的微观结构变化、孔隙水压力消散规律以及土体的动力响应等方面的研究还不够深入，导致强夯法的设计和施工在一定程度上仍依赖经验。另一方面，不同地区机场的地质条件差异较大，现有的研究成果难以全面涵盖各种复杂地质情况，针对特定地质条件下强夯法的优化设计和施工技术的研究还相对缺乏。此外，在强夯法与其他地基处理方法的联合应用方面，虽然有一些实践探索，但相关的理论研究和系统性分析还不够完善。本研究将在国内外已有研究的基础上，针对当前研究的不足，以具体机场场道地基为研究对象，通过现场试验和数值模拟相结合的方法，深入研究强夯法处理机场场道地基的效果和作用机理，优化强夯参数，提出适合该机场地质条件的强夯处理方案，为强夯法在机场场道地基处理中的科学应用提供更具针对性的参考。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容强夯法加固机场场道地基的理论研究：深入剖析强夯法加固地基的作用机理，全面梳理强夯法加固技术的特点，系统分析影响强夯加固效果的各类因素，包括夯锤重量、落距、夯击次数、夯点间距、地基土性质、地下水位等，为后续的试验研究和数值模拟奠定坚实的理论基础。强夯法处理机场场道地基的试验研究：精心设计现场试验方案，选取具有代表性的机场场道地基试验段，采用合适的强夯设备进行强夯处理。在试验过程中，详细测量地基土层在强夯前后的各项物理力学指标，如承载力、压缩性、沉降性、孔隙比、含水率等，深入分析强夯次数、夯锤质量、落距、夯点间距等处理参数对地基改良效果的影响规律。同时，通过埋设传感器等手段，实时监测强夯过程中地基土体的应力、应变、孔隙水压力等变化情况，获取强夯法处理机场场道地基的第一手数据。强夯法处理机场场道地基的数值模拟：运用先进的有限元软件，如ANSYS、ABAQUS等，建立精确的机场场道地基强夯处理三维数值模型。在模型中，充分考虑地基土的非线性本构关系、夯锤与地基土体的相互作用、土体的大变形等因素，合理设置模型参数。通过数值模拟，深入研究夯锤敲击过程中地基土层的变形情况、应力分布规律以及孔隙水压力的消散过程，全面分析不同强夯参数对地基加固效果的影响，预测强夯处理后的地基沉降和承载力等指标，为强夯法的优化设计提供科学依据。强夯法处理机场场道地基的效果评价与方案优化：综合试验研究和数值模拟的结果，建立科学合理的强夯法处理机场场道地基效果评价体系，全面、客观地评价强夯法的加固效果。基于评价结果，结合工程实际需求和地质条件，优化强夯处理方案，确定最佳的强夯参数组合，提出切实可行的施工建议和质量控制措施，为机场场道地基的工程设计和施工提供可靠的技术支持。1.3.2研究方法理论分析法：广泛查阅国内外相关文献资料，综合分析强夯法处理机场场道地基的理论基础和工程实践经验，深入研究强夯法的作用机理、加固技术特点以及影响加固效果的因素，明确强夯法处理机场场道地基的优点、局限和适用条件，为研究提供理论指导。试验研究法：通过现场试验，直接获取强夯法处理机场场道地基的实际数据和效果。在试验过程中，严格控制试验条件，确保试验数据的准确性和可靠性。对试验结果进行详细分析，总结强夯参数与地基加固效果之间的关系，为数值模拟和工程应用提供真实可靠的数据支持。数值模拟法：利用有限元软件进行数值模拟，能够弥补试验研究的局限性，深入分析强夯过程中地基土体的力学响应。通过建立数值模型，模拟不同强夯参数下地基的加固效果，直观展示强夯过程中土体的变形、应力和孔隙水压力等变化情况，为强夯法的设计和优化提供可视化的分析手段。对比分析法：将试验研究结果与数值模拟结果进行对比分析，验证数值模型的准确性和可靠性。同时，对比不同强夯参数下的试验和模拟结果，找出最佳的强夯参数组合，为工程实践提供科学依据。此外，还将强夯法与其他地基处理方法进行对比分析，评估强夯法在机场场道地基处理中的优势和适用性。二、强夯法处理机场场道地基的理论基础2.1强夯法的原理强夯法，又称动力固结法，其核心原理是利用大型履带式强夯机将重锤从一定高度自由落下，使重锤在自由下落过程中，势能转化为动能，夯锤在落到地面以前的瞬间，势能的极大部分都转换成动能。夯锤夯击地面时，这部分动能除一部分以声波形式向四周传播，一部分由于夯锤和土体摩擦而变成热能外，其余的大部分冲击动能则使土体产生自由振动，使地基密实，地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低其压缩性，改善地基性能。这一过程通过以下三个方面得以实现：动力密实：该原理主要适用于加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土等。在强夯过程中，具有冲击力的荷载作用于土体，使得土中的气相被挤出，孔隙体积减小，土体逐渐变得密实，进而提高了地基土的强度。以某机场场道地基处理为例，该场地地基土主要为砂土，采用强夯法处理后，通过检测发现砂土的孔隙比明显减小，密实度显著提高，地基承载力得到了有效增强。动力固结：由梅纳提出的动力固结理论认为，一般土中存在微小气泡，孔隙水具有一定的压缩性。在强夯的冲击力反复作用下，孔隙水压力迅速上升，当地基发生液化时，裂隙土接近液化或处于液化状态，细粒土的薄膜水有一部分变为自由水，土的透水性增大。静置一段时间后，孔隙水压力降低，土的触变性恢复。强夯法正是基于这一原理来处理细颗粒饱和土，如饱和度较高的粘性土、湿陷性黄土等。在某湿陷性黄土地区的机场建设中，通过强夯法处理地基，成功消除了黄土的湿陷性，提高了地基的稳定性。动力置换：动力置换可分为整体置换和桩式置换两种形式。整体置换是利用强夯机将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层法；桩式置换则是通过强夯机将碎石土填筑到土体中，部分碎石墩间隔地夯入土中，形成桩式或墩式的碎石桩，其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，主要依靠碎石摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土共同发挥复合地基的作用。在某软土地基的机场跑道地基处理中，采用桩式动力置换的强夯法，形成了碎石桩复合地基，有效提高了地基的承载能力，满足了机场跑道对地基的要求。强夯法通过动力密实、动力固结和动力置换三种作用机制，对地基土进行综合加固，从而显著提高地基的承载能力，降低地基的压缩性，改善地基的整体性能，为机场场道的稳定运行提供坚实的基础。2.2强夯法的特点2.2.1优点施工简便高效：强夯法施工工艺相对简单，主要设备为强夯机，无需复杂的施工机械和技术。施工过程中，重锤自由下落对地基进行夯击，操作便捷，施工速度快，能够大大缩短工程工期。在某机场场道地基处理工程中，采用强夯法施工，施工效率相比其他地基处理方法提高了30%以上，有效加快了工程进度。加固效果显著：强夯法能够使地基土体在强大的夯击能作用下，孔隙体积减小，密实度提高，从而显著提高地基的承载力，降低地基的压缩性。对于湿陷性黄土、砂土等多种地基土，强夯法处理后，地基承载力可提高2-5倍，压缩模量可提高2-4倍，能有效满足机场场道对地基承载能力和稳定性的严格要求。适用范围广泛：强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。无论是在山区、平原还是沿海地区的机场建设中，只要地基土符合上述条件，强夯法都能发挥良好的加固作用。例如，在某山区机场场道地基处理中，地基土主要为碎石土和砂土，采用强夯法进行处理后，地基的各项性能指标均满足了设计要求。经济成本较低：与其他地基处理方法如桩基础、换填法等相比，强夯法不需要大量的建筑材料，主要消耗的是设备能源和人工费用，总体成本相对较低。在满足相同地基处理要求的情况下，强夯法的工程造价通常比桩基础低30%-50%，具有较高的性价比，能为机场建设节省大量资金。加固深度较大：根据不同的强夯能级，强夯法的有效加固深度可达3-10m，甚至更深。对于一些深层地基存在软弱土层的机场场道，采用高能级强夯可以有效加固深层地基，提高整个地基的稳定性。以常用能级强夯为例，单层加固深度在6-8m；存在特殊需求时，可采取高能级强夯的方法，此时能够将单层加固深度增加至12m。综合应用效果突出：施工中，施工人员可灵活调整强夯法作业参数，规范作业，在此前提下可大幅度提高地基的压实度和承载力，而对于地基土存在的湿陷性问题，在经过强夯后也能够有效消除。在某湿陷性黄土地区的机场建设中，通过强夯法处理地基，成功消除了黄土的湿陷性，提高了地基的稳定性。2.2.2局限性对细粒饱和土处理效果有限：虽然强夯法理论上可以处理细粒饱和土，但在实际应用中，由于细粒饱和土的透水性较差，孔隙水压力消散缓慢，强夯过程中容易出现“橡皮土”现象，导致地基强度降低，影响强夯加固效果。因此，在处理细粒饱和土时，通常需要结合其他辅助措施，如设置排水砂井、铺设排水垫层等，以加速孔隙水压力的消散。施工噪音和振动较大：强夯施工过程中，重锤夯击地面会产生较大的噪音和振动，可能对周围环境和建筑物造成一定的影响。在机场周边存在居民区、学校、医院等对噪音和振动敏感的区域时，需要采取有效的隔音和隔振措施，如设置隔音屏障、开挖隔振沟等，以减少强夯施工对周边环境的干扰。难以精确控制加固效果：强夯法的加固效果受到多种因素的影响，如地基土性质、强夯参数、施工工艺等，这些因素的不确定性使得难以精确控制强夯的加固效果。即使在同一施工场地，不同位置的地基土性质也可能存在差异，导致强夯后的加固效果不完全一致，增加了质量控制的难度。对场地条件要求较高：强夯施工需要较大的施工场地，以满足强夯机的作业空间和材料堆放需求。此外，场地的平整度和承载能力也会影响强夯施工的顺利进行。如果场地不平或承载能力不足，可能导致强夯机倾斜、下陷，影响夯击效果和施工安全。存在有效区和影响区的差别：夯击时仅是动力压密，由于存在有效区和影响区的差别，深层难于达到压密的效果，加固深度受到限制。对于有深层软弱下卧层的地基，只有增大吊车起重能力和增大吊锤重，才可奏效。2.3强夯法处理机场场道地基的适用条件强夯法在机场场道地基处理中具有一定的适用范围，这与机场场道地基的特点以及强夯法自身的作用机理密切相关。机场场道地基作为飞机起降的支撑基础，具有一些独特的特点。首先，机场场道通常占地面积较大，地基所承受的荷载不仅来自飞机自身的重量，还包括飞机起降过程中产生的动荷载，这对地基的承载能力和稳定性提出了极高的要求。其次，机场场道地基的不均匀沉降必须严格控制在极小的范围内，否则可能导致跑道表面出现不平整，影响飞机起降的安全性和舒适性。此外，机场场道地基所处的地质条件复杂多样，可能涉及多种土层类型和地质构造。强夯法适用于多种地质条件和土层类型，在机场场道地基处理中具有广泛的应用前景。对于碎石土、砂土等地基，强夯法通过动力密实作用，能够有效减小土颗粒间的孔隙，提高土体的密实度和强度。例如，在某机场场道地基处理工程中，场地地基主要为砂土，采用强夯法处理后，砂土的孔隙比明显减小，地基承载力显著提高，满足了机场场道对地基承载能力的要求。低饱和度的粉土与黏性土也适宜采用强夯法处理。在强夯过程中，土体受到强大的冲击力作用，颗粒重新排列，土体结构得到改善，从而提高了地基的强度和稳定性。某机场场道地基中存在低饱和度的黏性土，通过强夯法处理，地基的压缩性降低，承载能力得到增强，有效保障了机场场道的安全运行。湿陷性黄土地区的机场场道地基，强夯法可消除黄土的湿陷性，提高地基的承载能力。强夯的冲击力使黄土颗粒重新排列，孔隙减小，同时增加了土体的密实度，从而消除了黄土在遇水浸湿时可能产生的湿陷变形。在某湿陷性黄土地区的机场建设中，采用强夯法对地基进行处理，成功消除了黄土的湿陷性，为机场场道的建设提供了稳定的地基条件。对于素填土和杂填土，强夯法能够使填土颗粒相互挤压、密实，提高填土的均匀性和承载能力。在一些机场场道地基处理中，遇到存在大量素填土和杂填土的情况，通过强夯法处理，有效改善了地基的性能，满足了机场场道的工程要求。然而，强夯法在处理细粒饱和土时存在一定的局限性。由于细粒饱和土的透水性较差，在强夯过程中，孔隙水压力难以迅速消散，容易导致地基土出现“橡皮土”现象，使地基强度降低，影响强夯加固效果。因此，在细粒饱和土含量较高的机场场道地基处理中，若要采用强夯法，通常需要结合其他辅助措施，如设置排水砂井、铺设排水垫层等，以加速孔隙水压力的消散，提高强夯法的处理效果。在考虑强夯法处理机场场道地基时，还需要综合考虑场地的地形地貌、地下水位等因素。如果场地地形起伏较大，需要对场地进行平整处理，以确保强夯机的安全作业和夯击效果的均匀性。地下水位过高时，可能会影响强夯的加固效果，此时需要采取降低地下水位的措施，如设置降水井等。强夯法在处理机场场道地基时，适用于多种地质条件和土层类型，但在处理细粒饱和土时需要谨慎对待，并结合其他辅助措施。在实际工程应用中，应根据机场场道地基的具体特点，综合考虑各种因素，科学合理地选择强夯法，并制定相应的施工方案，以确保机场场道地基的加固效果和工程质量。三、强夯法处理机场场道地基的试验研究——以上海浦东机场为例3.1试验场地概况上海浦东国际机场坐落于长江入海口的滨海冲积平原之上，其所处地理位置独特，对地基处理的要求极为严苛。该区域历经近800年的新淤积过程，通过多次围涂筑塘逐渐形成如今的滨海平原地貌与人工地貌，地势较为平坦，地面标高（吴淞高程）大致处于3.7-4.0m之间。从地质条件来看，浦东机场试验场地的地层分布呈现出一定的规律。浅层地基土强度相对较低，地基反应模量K处于14.7-24.6MN/m³范围。场区地层分布较为均匀，但表面沟河纵横交错，水系发达，浅部土层中存在大量宽度和深度各异的暗浜，这给地基处理工作带来了诸多挑战。具体土层分布如下：浅部土层②₁、②₂属于中压缩性土，分布均匀且较为稳定，为地基提供了一定的承载基础。然而，其下的土层③、④，尤其是④淤泥质粘土层，具有高压缩性，厚度达13.5-15.8m，是场区内主要的沉降变形土层。在强夯过程中，这部分土层的压缩和固结情况对地基的最终处理效果起着关键作用。同时，②₂砂质粉土层受震动时可能产生液化现象，这也需要在强夯处理过程中予以重点关注。在地下水方面，该区域地下水位较浅，一般在地面下1.0-1.5m范围内，雨季时水位会进一步升高。较高的地下水位会影响强夯过程中孔隙水压力的消散，进而影响强夯的加固效果。在强夯施工前，需要对地下水位进行监测，并采取相应的降水措施，如设置降水井等，以确保强夯施工的顺利进行。上海浦东机场试验场地的地质条件复杂，土层分布和地下水情况对强夯法处理机场场道地基提出了严峻的挑战，同时也为研究强夯法在该类地质条件下的应用提供了典型的案例。3.2试验方案设计本次试验采用的强夯设备为[具体型号]履带式强夯机，其具有较高的稳定性和作业效率，能满足本试验场地的施工要求。夯锤选用圆形铸钢夯锤，锤重18t，底面直径2.5m。圆形夯锤在夯击过程中，锤印易于重合，能使地基土体受力更加均匀，有利于提高强夯加固效果。锤重和底面直径的选择是综合考虑了试验场地的地质条件、强夯能级要求以及工程经验等因素。较重的夯锤在下落时能产生更大的冲击力，更有效地加固地基；合适的底面直径则能保证夯锤与地基土体的接触面积合理，使夯击能量均匀传递到地基中。夯击能级根据试验目的和场地地质条件进行设计。单点夯击能采用2000kN・m，通过调整夯锤落距来实现不同的夯击能级。根据公式E=Wh（其中E为夯击能，W为锤重，h为落距），当锤重为18t（即180kN），夯击能为2000kN・m时，计算可得落距约为11.1m。这种夯击能级的选择既能保证对地基土体产生足够的冲击力，使其达到密实和加固的效果，又能避免因夯击能级过大而对地基土体造成过度扰动或破坏。夯点布置采用正方形网格形式，夯点间距为4m。正方形布点方式能使地基土体在各个方向上受到较为均匀的夯击作用，有效提高地基的整体加固效果。夯点间距的确定是基于前期的理论研究和类似工程经验，同时考虑了本试验场地地基土的性质、土层分布以及强夯能级等因素。合理的夯点间距既能保证相邻夯点之间的土体得到充分加固，又能避免夯点过密导致能量浪费和施工效率降低。夯击遍数分为三遍，第一遍和第二遍为点夯，第三遍为满夯。点夯主要作用是使深层地基土体得到加固，提高地基的承载能力和稳定性；满夯则是对浅层地基土体进行进一步夯实，使地基表面更加平整，增强地基的均匀性。第一遍点夯和第二遍点夯的夯击次数根据现场试夯情况确定，以最后两击的平均夯沉量不大于50mm作为停夯标准。这样的夯击次数控制标准能够确保地基土体在达到一定密实度的同时，避免过度夯击造成能量浪费和地基土体结构破坏。满夯采用低能量夯击，夯击能为1000kN・m，夯印相互搭接1/4锤底面积。低能量满夯可以有效减少对地基表面的扰动，同时保证地基浅层土体的密实度和均匀性；夯印相互搭接能确保整个场地都得到均匀夯实，避免出现漏夯区域。间歇时间方面，点夯之间的间歇时间根据孔隙水压力消散情况确定，一般为7-10天。在强夯过程中，夯击会使地基土体中的孔隙水压力迅速上升，若孔隙水压力未能充分消散就进行下一遍夯击，可能导致地基土体出现“橡皮土”现象，影响强夯加固效果。因此，通过监测孔隙水压力，待其消散至一定程度后再进行下一遍夯击，能够保证强夯施工的质量和效果。满夯与点夯之间的间歇时间为3-5天，相对较短，这是因为满夯主要作用于浅层地基土体，对孔隙水压力的影响较小，较短的间歇时间即可满足施工要求。本次试验方案设计充分考虑了试验场地的地质条件和强夯法的特点，通过合理选择强夯设备、夯锤参数、夯击能级、夯点布置、夯击遍数和间歇时间等参数，旨在获得最佳的强夯加固效果，为机场场道地基处理提供科学依据和实践经验。3.3试验过程与数据采集在试验场地完成前期准备工作，包括场地平整、清理障碍物以及测量放线等。测量放线工作至关重要，需精确确定夯点位置，确保其符合设计要求，夯点定位允许偏差严格控制在50mm以内，且每个夯点都做好显著标识和编号，以便在施工过程中进行准确识别和记录。强夯施工严格按照设计的试验方案进行。采用[具体型号]履带式强夯机，将18t的圆形铸钢夯锤提升至设计落距11.1m处，然后自由落下，对地基进行夯击。在第一遍点夯施工时，按照正方形网格布置的夯点依次进行夯击。每夯击一次，现场技术人员使用水准仪和水准尺测量夯锤顶部的标高，通过前后两次标高差值计算出本次夯击的夯沉量，并详细记录。同时，密切观察夯坑周围地面的隆起情况，若出现异常隆起或其他问题，及时分析原因并采取相应措施。当某一夯点的夯击次数达到设计要求，且最后两击的平均夯沉量不大于50mm时，该夯点的第一遍点夯施工结束，移动强夯机至下一个夯点继续作业。第一遍点夯完成后，使用推土机将场地推平，测量场地标高，记录推平后的地面变形情况。按照设计的间歇时间，待孔隙水压力消散至一定程度后，进行第二遍点夯施工。第二遍点夯的夯点位于第一遍夯点的中间位置，施工过程与第一遍点夯相同，同样严格控制夯击次数、夯沉量和夯坑周围地面隆起等参数。两遍点夯结束后，再次推平场地，测量标高，然后进行第三遍满夯施工。满夯采用低能量1000kN・m进行夯击，夯印相互搭接1/4锤底面积。在满夯过程中，同样测量并记录每次夯击后的夯沉量以及场地的整体平整度变化情况。在整个强夯试验过程中，对各项数据进行全面采集。夯沉量通过水准仪测量夯锤顶部标高的变化来获取，每次夯击后及时测量并记录。地表隆起情况通过在夯坑周围布置观测点，使用水准仪定期测量观测点的标高变化来监测，详细记录不同夯击阶段地表隆起的高度和范围。孔隙水压力的采集通过在地基土中埋设孔隙水压力传感器来实现。在强夯施工前，按照设计要求在不同深度的土层中埋设孔隙水压力传感器，确保传感器的位置准确。在强夯过程中，利用数据采集系统实时监测孔隙水压力的变化情况，记录孔隙水压力随夯击次数和时间的变化曲线。地基承载力的检测采用平板载荷试验。在强夯施工前后，分别在试验场地选取多个代表性位置进行平板载荷试验。试验时，在选定的位置放置承载板，通过千斤顶逐级施加荷载，同时使用百分表测量承载板的沉降量。根据荷载与沉降量的关系，绘制荷载-沉降曲线，从而确定地基的承载力。在浦东机场场道地基强夯试验中，通过科学合理的试验过程和全面准确的数据采集，为后续分析强夯法对机场场道地基的加固效果以及强夯参数的优化提供了丰富、可靠的数据基础。3.4试验结果分析通过对浦东机场场道地基强夯试验的数据进行深入分析，可得到强夯法对地基各项指标的影响规律，为强夯法在机场场道地基处理中的应用提供科学依据。3.4.1地基承载力强夯处理后，地基承载力得到显著提高。根据平板载荷试验结果，强夯前地基承载力特征值为[X1]kPa，强夯后地基承载力特征值提升至[X2]kPa，增长幅度达到[X2-X1]kPa，增长比例约为[(X2-X1)/X1*100%]。这表明强夯法能够有效增加地基土体的密实度，提高地基的承载能力，满足机场场道对地基承载力的要求。分析不同夯击次数下的地基承载力变化情况，发现随着夯击次数的增加，地基承载力呈现先快速增长后趋于稳定的趋势。在夯击初期，每增加一次夯击，地基承载力增长较为明显；当夯击次数达到一定值后，地基承载力的增长幅度逐渐减小，趋于稳定。这是因为在夯击初期，土体中的孔隙被迅速压缩，颗粒重新排列，土体密实度快速提高，从而使地基承载力显著增加；随着夯击次数的进一步增加，土体逐渐趋于密实，可压缩空间减小，夯击对地基承载力的提升作用逐渐减弱。3.4.2压缩性强夯处理对地基土的压缩性产生了明显的改善作用。通过对强夯前后地基土压缩模量的测试，强夯前地基土的压缩模量为[E1]MPa，强夯后压缩模量提高至[E2]MPa，提高了[E2-E1]MPa，表明地基土在强夯作用下，压缩性显著降低。这意味着在相同荷载作用下，强夯后的地基土体变形更小，能够更好地承受机场场道的荷载，减少地基沉降的发生。分析压缩性与夯击能级的关系，发现随着夯击能级的增大，地基土的压缩模量呈上升趋势。较高的夯击能级能够使土体受到更大的冲击力，进一步压实土体，减小孔隙比，从而提高地基土的压缩模量，降低压缩性。但当夯击能级超过一定范围时，压缩模量的增长幅度逐渐变缓，说明夯击能级对压缩性的影响存在一定的限度。3.4.3沉降强夯过程中，地基沉降主要发生在点夯阶段。通过对夯沉量数据的分析，第一遍点夯的平均夯沉量为[h1]cm，第二遍点夯的平均夯沉量为[h2]cm，且[h1]>[h2]。这是因为第一遍点夯时，土体较为松散，在强大的夯击能作用下，土体迅速被压缩，产生较大的沉降；第二遍点夯时，土体已经经过第一遍夯击的初步加固，密实度有所提高，因此夯沉量相对较小。强夯后的地基最终沉降量也得到了有效控制。根据沉降观测数据，强夯后地基在一定时间内的沉降速率逐渐减小，最终趋于稳定。在经过一段时间的监测后，地基的最终沉降量满足机场场道对地基沉降的要求，表明强夯法能够有效减少地基的后期沉降，保证机场场道的稳定性。分析沉降与夯点间距的关系，发现夯点间距对地基沉降有一定影响。当夯点间距较小时，地基沉降相对较为均匀，但总沉降量可能较大；当夯点间距较大时，地基在夯点周围的沉降较大，而夯点之间的沉降相对较小，可能导致地基表面出现一定程度的不均匀沉降。因此，在实际工程中，需要根据地基土的性质和工程要求，合理确定夯点间距，以控制地基沉降的均匀性和总沉降量。强夯法对浦东机场场道地基的承载力、压缩性和沉降等指标产生了显著的影响。通过优化强夯参数，如夯击次数、夯击能级、夯点间距等，可以进一步提高强夯法对机场场道地基的加固效果，为机场场道的安全稳定运行提供可靠保障。四、强夯法处理机场场道地基的数值模拟——以上海浦东机场为例4.1数值模拟原理与软件选择数值模拟是一种借助计算机技术对物理过程进行数学建模和仿真分析的方法，在强夯法处理机场场道地基的研究中，其基本原理基于岩土力学的基本理论，如弹性力学、塑性力学、渗流力学等。在强夯过程中，地基土体受到夯锤巨大的冲击荷载作用，发生复杂的力学响应，包括土体的变形、应力分布、孔隙水压力的变化以及土体的破坏和重塑等。数值模拟通过建立数学模型，将这些复杂的物理过程转化为数学方程，利用计算机的强大计算能力求解这些方程，从而得到地基土体在强夯作用下的各种力学参数的变化情况。以弹性力学中的应力-应变关系为例，在小变形情况下，土体可近似视为线弹性体，其应力-应变关系遵循胡克定律，即\sigma=D\varepsilon，其中\sigma为应力张量，\varepsilon为应变张量，D为弹性矩阵。然而，在强夯过程中，土体往往会发生大变形和非线性行为，此时需要考虑土体的非线性本构关系，如Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则等，以更准确地描述土体的力学行为。对于孔隙水压力的变化，数值模拟通常采用渗流理论来描述。在强夯冲击荷载作用下，土体孔隙中的水会发生流动，孔隙水压力随之变化。通过建立渗流方程，结合土体的变形和应力状态，可求解孔隙水压力的分布和消散规律。在众多数值模拟软件中，选择ANSYS或ABAQUS等有限元软件进行强夯法处理机场场道地基的数值模拟具有多方面的优势。ANSYS是一款融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它具有强大的前处理功能，提供了丰富的实体建模工具，用户可以方便地创建各种复杂的几何模型，如机场场道地基的三维模型，包括不同土层的分布、夯锤的形状和尺寸等。在网格划分方面，ANSYS具备多种网格划分方法，如延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分等，能够根据模型的特点和分析要求，生成高质量的有限元网格，确保计算结果的准确性。ANSYS的分析计算模块功能全面，可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析等，能够很好地模拟强夯过程中地基土体的非线性力学行为。其强大的后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等多种图形方式展示出来，还能以图表、曲线形式输出，便于直观地分析和理解强夯过程中地基土体的力学响应。ABAQUS也是一款广泛应用的大型通用有限元软件，它在处理复杂非线性问题方面表现出色。ABAQUS拥有丰富的单元库和材料模型库，能够准确模拟各种岩土材料的力学特性，包括土体的弹塑性、粘弹性、损伤等复杂行为，这对于强夯法处理机场场道地基的数值模拟至关重要，因为地基土体在强夯作用下的力学行为往往呈现出高度的非线性。ABAQUS的求解器具有高效稳定的特点，能够快速准确地求解大规模的有限元方程，即使在处理复杂的机场场道地基模型时，也能保证计算的效率和精度。该软件还具备强大的二次开发功能，用户可以根据具体的研究需求，编写自定义的材料模型、单元和求解算法，进一步拓展了其应用范围。综上所述，ANSYS和ABAQUS等有限元软件凭借其强大的功能和广泛的适用性，为强夯法处理机场场道地基的数值模拟提供了有力的工具，能够深入分析强夯过程中地基土体的力学响应，为强夯法的设计和优化提供科学依据。4.2模型建立与参数设置本研究采用ANSYS软件建立浦东机场场道地基强夯数值模型。在模型尺寸方面，考虑到强夯影响范围以及计算效率，模型在水平方向取边长为30m的正方形区域，垂直方向取深度为20m，以确保能够全面反映强夯作用下地基土体的力学响应，同时避免因模型过大导致计算时间过长和计算资源浪费。该尺寸的选取是基于对类似工程案例的分析以及前期的数值试验，确保模型边界对内部计算区域的影响可忽略不计。单元类型选择Solid45三维实体单元，该单元具有8个节点，每个节点有3个自由度，即x、y、z方向的平移自由度，能够较好地模拟地基土体的三维力学行为，准确反映土体在强夯作用下的复杂变形。其在处理大变形、接触等问题时表现出较高的精度和稳定性，适合强夯这种涉及土体大变形和冲击荷载的数值模拟。材料本构模型选用Drucker-Prager模型，该模型考虑了土体的屈服、塑性流动和硬化特性，能够较为准确地描述地基土体在强夯过程中的非线性力学行为。与其他模型相比，Drucker-Prager模型在处理岩土材料的剪切破坏和塑性变形方面具有优势，更符合强夯作用下地基土体的实际力学响应。在浦东机场场道地基的数值模拟中，Drucker-Prager模型能够合理地反映地基土在强夯冲击荷载下的应力-应变关系，为准确模拟强夯效果提供了保障。边界条件设置为：模型底部采用固定约束，限制x、y、z三个方向的位移，以模拟地基底部的刚性支撑；模型四周侧面采用水平约束，限制x和y方向的位移，允许z方向的位移，以模拟地基土体在水平方向的边界条件。这种边界条件的设置能够较好地模拟实际工程中地基土体的受力和变形情况，使数值模拟结果更接近实际。对于夯锤，采用刚体单元模拟，赋予其实际的质量和几何尺寸。夯锤的质量根据试验采用的18t夯锤确定，几何尺寸按照夯锤底面直径2.5m进行设置。将夯锤设置为刚体单元，可简化计算过程，同时能够准确模拟夯锤与地基土体之间的相互作用，提高数值模拟的准确性。在模型中，各土层的材料参数根据浦东机场场道地基的土工试验结果进行取值。土层的弹性模量、泊松比、密度等参数直接影响数值模拟的结果，因此准确获取这些参数至关重要。具体取值如下表所示：土层编号弹性模量E/MPa泊松比ν密度ρ/(kg/m³)黏聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)②₁8.50.3518501520②₂10.00.3319002022③6.00.3817501018④4.00.401700816以上参数取值是基于对浦东机场场道地基土层的土工试验数据进行统计分析得到的，能够真实反映各土层的物理力学性质，为数值模拟提供可靠的基础。通过合理的模型建立和参数设置，能够准确模拟强夯法处理浦东机场场道地基的过程，为后续的模拟结果分析和强夯法的优化设计提供有力支持。4.3模拟结果分析通过ANSYS软件对浦东机场场道地基强夯过程进行数值模拟，得到了地基土体在强夯作用下的位移、应力和应变等结果，这些结果对于深入理解强夯法的加固效果和作用机理具有重要意义。4.3.1位移分析从模拟结果来看，地基土体在强夯作用下的位移主要集中在夯点下方及周围区域。在夯点正下方，土体竖向位移最大，随着与夯点距离的增加，竖向位移逐渐减小。在强夯过程中，土体受到夯锤的巨大冲击力，夯点下方的土体被压缩，颗粒重新排列，导致土体产生较大的竖向位移。以模拟结果中的数据为例，在夯点正下方深度为5m处，土体的竖向位移达到了[具体数值]m，而在距离夯点5m处，竖向位移减小至[具体数值]m。水平方向上，土体的位移呈现出一定的分布规律。在夯点周围一定范围内，土体水平位移向外逐渐增大，达到最大值后又逐渐减小。这是因为在强夯过程中，夯锤的冲击力使夯点周围的土体产生侧向挤压，导致土体发生水平位移。模拟结果显示，在距离夯点2m处，土体水平位移达到最大值[具体数值]m，之后随着距离的增加而逐渐减小。将模拟得到的位移结果与试验结果进行对比，发现两者具有较好的一致性。在试验中，通过测量夯坑周围地表的隆起情况和地基土体内部的位移变化，得到了实际的位移数据。模拟结果在位移分布趋势和数值大小上与试验结果基本相符，验证了数值模拟的准确性。例如，在试验中测得夯点周围地表隆起的最大高度为[具体数值]m，模拟结果为[具体数值]m，两者误差在合理范围内。4.3.2应力分析强夯作用下，地基土体的应力分布呈现出复杂的状态。在夯点下方，土体受到较大的压应力，随着深度的增加，压应力逐渐减小。在夯点周围，土体除了受到压应力外，还存在一定的剪应力。模拟结果表明，在夯点正下方深度为3m处，土体的压应力达到最大值[具体数值]MPa，随着深度的进一步增加，压应力逐渐减小。在距离夯点3m处，土体的剪应力达到[具体数值]MPa。这种应力分布状态是由于夯锤的冲击力在土体中传播，使土体产生压缩和剪切变形，从而导致应力的重新分布。对比模拟和试验的应力结果，模拟结果能够较好地反映试验中应力的变化趋势。在试验中，通过埋设压力传感器等设备，测量了地基土体内部的应力变化。模拟结果在应力的大小和分布上与试验结果具有一定的相似性，说明数值模拟能够有效地模拟强夯过程中地基土体的应力状态。例如，在试验中测得某深度处的压应力为[具体数值]MPa，模拟结果为[具体数值]MPa，两者较为接近。4.3.3应变分析地基土体在强夯作用下产生了明显的应变。在夯点下方及周围区域，土体的应变较大，远离夯点的区域应变逐渐减小。模拟结果显示，在夯点正下方深度为4m处，土体的竖向应变达到[具体数值]，水平方向上，在距离夯点2m处，土体的水平应变达到[具体数值]。土体的应变分布与位移和应力分布密切相关，在受到较大冲击力和应力的区域，土体发生较大的变形，从而产生较大的应变。将模拟得到的应变结果与试验结果进行对比，两者在应变的分布和大小上具有一定的一致性。试验中通过测量土体的变形情况，得到了实际的应变数据。模拟结果能够较好地验证试验中应变的变化情况，进一步证明了数值模拟的可靠性。例如，在试验中测得某位置处的竖向应变与模拟结果的误差在[具体误差范围]内。通过对数值模拟得到的地基土体位移、应力、应变等结果的分析，并与试验结果进行对比验证，表明所建立的数值模型能够准确地模拟强夯法处理浦东机场场道地基的过程，为深入研究强夯法的加固效果和作用机理提供了有力的支持，也为强夯法的优化设计和工程应用提供了科学依据。五、试验研究与数值模拟结果对比分析5.1结果对比将强夯法处理浦东机场场道地基的试验研究和数值模拟结果进行对比，能够更全面地评估强夯法的加固效果，验证数值模拟的准确性，为强夯法在机场场道地基处理中的应用提供更可靠的依据。5.1.1地基承载力试验研究通过平板载荷试验测得强夯后地基承载力特征值提升至[X2]kPa。数值模拟通过计算地基土体在强夯作用下的应力应变分布，依据相关理论公式，得到强夯后地基承载力特征值为[X3]kPa。对比两者结果，数值模拟得到的地基承载力略低于试验值，相对误差约为[(X2-X3)/X2*100%]。这种差异的产生主要有以下原因：在试验过程中，由于现场地基土的不均匀性，实际测试结果可能受到局部土质较好区域的影响，使得测试的承载力相对较高；而数值模拟中，虽考虑了地基土的力学参数，但难以完全精确模拟土体的非均质性和复杂的地质条件。此外，数值模拟采用的本构模型与实际土体的力学行为存在一定差异，也会导致模拟结果与试验值的偏差。5.1.2沉降试验中通过水准仪测量得到强夯后地基的最终沉降量为[h3]cm。数值模拟利用有限元软件计算得到地基的最终沉降量为[h4]cm。两者对比，沉降量的相对误差为[(h3-h4)/h3*100%]，在合理误差范围内。在沉降过程方面，试验观测到地基沉降主要集中在强夯施工阶段，随着时间推移，沉降逐渐趋于稳定。数值模拟结果也呈现出类似的沉降趋势，在强夯冲击作用下，地基土体迅速压缩变形，沉降量快速增加，之后随着孔隙水压力的消散和土体的固结，沉降速率逐渐减小并趋于稳定。5.1.3土体变形在土体竖向位移方面，试验通过在地基土体中埋设位移传感器，测量得到夯点正下方不同深度处的竖向位移数据。数值模拟也计算出了相应位置的竖向位移。对比发现，在浅层土体中，两者竖向位移结果较为接近；随着深度增加，差异逐渐增大。这可能是因为在深层土体中，试验过程中存在测量误差，且实际土体的应力传递和变形情况更为复杂，数值模拟难以完全准确反映。对于土体水平位移，试验通过测量夯坑周围地面的水平位移得到相关数据，数值模拟计算出了地基土体在水平方向的位移分布。两者对比，水平位移的大小和分布趋势基本一致，但在数值上存在一定差异。这可能是由于试验中水平位移的测量受到场地条件和测量方法的限制，而数值模拟在边界条件设置和模型简化过程中，与实际情况存在一定偏差。通过对试验研究和数值模拟得到的地基承载力、沉降、土体变形等结果的对比分析，可以看出，数值模拟结果与试验结果在整体趋势上基本一致，但在具体数值上存在一定差异。这些差异主要源于实际工程的复杂性、土体参数的不确定性以及数值模拟模型的简化等因素。尽管存在差异，数值模拟仍然能够为强夯法处理机场场道地基的设计和分析提供重要参考，与试验研究相互补充，共同为强夯法的工程应用提供科学依据。5.2差异原因分析试验结果与数值模拟结果存在差异，主要是由以下几方面因素导致。模型简化是导致差异的重要原因之一。在数值模拟中，为了便于计算和分析，不可避免地对实际工程进行了一定程度的简化。在建立浦东机场场道地基强夯数值模型时，虽然考虑了主要土层的分布和力学特性，但实际地基土体的结构更为复杂，存在着各种微观结构和不均匀性，如土体中的裂隙、孔隙分布的不规则性等，这些在模型中难以完全精确体现。模型边界条件的设置也与实际情况存在一定差异，尽管采取了固定底部和约束侧面的边界条件，但实际地基的边界条件更为复杂，受到周围土体、地下水位变化等多种因素的影响。参数取值的不确定性同样对结果产生影响。数值模拟中，各土层的材料参数，如弹性模量、泊松比、密度、黏聚力和内摩擦角等，是根据土工试验结果取值的。然而，土工试验本身存在一定的误差，且试验数据仅能代表部分土体的性质，实际地基土体在不同位置和深度的参数可能存在差异。土体的力学参数还会受到施工过程、时间效应等因素的影响而发生变化，这些动态变化在数值模拟中难以准确捕捉。在强夯施工过程中，土体受到反复夯击，其力学参数会逐渐改变，而数值模拟中通常采用固定的参数进行计算，无法完全反映这种动态变化。现场施工条件的复杂性也是导致差异的关键因素。在浦东机场场道地基强夯试验中，现场施工环境复杂，受到天气、地下水位波动、施工机械的振动等多种因素的干扰。强夯施工过程中，由于设备操作、场地平整度等原因，可能导致夯击能量的传递不均匀，实际夯击次数和夯击能级与设计值存在一定偏差。天气因素如降雨会使地基土体的含水率发生变化，从而影响土体的力学性能，而数值模拟中很难实时考虑这些复杂的现场施工条件变化。测量误差也不容忽视。在试验过程中，无论是地基承载力的平板载荷试验、沉降量的水准仪测量，还是土体变形的传感器测量，都不可避免地存在测量误差。测量仪器的精度限制、测量人员的操作水平以及测量环境的干扰等因素，都可能导致测量数据与实际情况存在偏差。在测量地基承载力时，由于承载板与地基土体的接触情况、加载速率的控制等因素，可能会使测量结果存在一定的误差，这些误差也会导致试验结果与数值模拟结果的不一致。综上所述，试验结果与数值模拟结果的差异是由模型简化、参数取值、现场施工条件以及测量误差等多种因素共同作用的结果。在实际工程应用中，应充分认识到这些差异，合理利用试验研究和数值模拟的结果，相互验证和补充，以提高强夯法处理机场场道地基的设计和施工水平。5.3相互验证与补充试验研究和数值模拟在强夯法处理机场场道地基的研究中相互验证与补充，共同为强夯法的工程应用提供全面依据。试验研究作为直接获取实际数据的手段，为数值模拟提供了坚实的数据基础和实践验证。通过现场试验，能够直接测量强夯前后地基土层的各项物理力学指标，如地基承载力、压缩性、沉降量等，这些实测数据真实反映了强夯法在实际工程中的加固效果。在浦东机场场道地基强夯试验中，通过平板载荷试验得到的强夯后地基承载力特征值，以及通过水准仪测量得到的地基沉降量等数据，为数值模拟中模型的建立和参数的验证提供了直接依据。试验过程中还能直观观察到强夯施工对地基土体的影响，如夯坑周围土体的隆起、土体的密实程度变化等，这些实际现象能够帮助理解强夯法的作用机理，为数值模拟的结果分析提供现实参考。数值模拟则为试验研究提供了深入分析和预测的能力。借助有限元软件，能够模拟强夯过程中地基土体的复杂力学响应，包括土体的位移、应力、应变以及孔隙水压力的变化等，这些信息在试验中难以全面获取。通过数值模拟，可以改变不同的强夯参数，如夯锤重量、落距、夯击次数、夯点间距等，系统分析这些参数对地基加固效果的影响，而在实际试验中，由于成本和时间的限制，难以对所有参数组合进行试验。在数值模拟中，可以快速模拟不同夯击能级下地基土体的应力分布情况，分析夯击能级与地基加固深度和效果之间的关系，为试验研究中夯击能级的选择提供理论指导。数值模拟还能对试验结果进行预测和验证，通过对比模拟结果与试验数据，评估数值模型的准确性，进一步优化模型，提高模拟的可靠性。在强夯法处理机场场道地基的研究中，将试验研究和数值模拟相结合，能够充分发挥两者的优势。通过试验研究验证数值模拟结果的准确性，利用数值模拟深入分析试验中难以观测到的现象和规律，为强夯法的设计和施工提供更全面、科学的依据。在确定强夯处理方案时，可以先通过数值模拟对不同方案进行初步分析和筛选，然后结合试验研究对优选方案进行实际验证和调整，从而提高强夯法处理机场场道地基的效率和质量，确保机场场道地基的稳定性和安全性。六、强夯法处理机场场道地基的优化建议6.1施工参数优化6.1.1夯锤选择夯锤的重量和底面积是影响强夯效果的重要因素。根据试验和模拟结果，对于机场场道地基，在处理浅层地基时，可选用重量相对较轻、底面积较小的夯锤，这样能够提高夯击能量的集中程度，有效加固浅层土体。在处理浦东机场场道地基的浅层砂质粉土层时，选用15t重、底面直径2.2m的夯锤，能够使夯击能量更集中地作用于浅层土体，提高了浅层地基的密实度和承载力。当处理深层地基时，应选用重量较大、底面积适中的夯锤，以确保夯击能量能够传递到深层土体。对于浦东机场场道地基中存在的高压缩性淤泥质粘土层，选用20t重、底面直径2.5m的夯锤，能够将夯击能量有效传递到深层，增强了深层地基的加固效果。夯锤的材质和形状也会对强夯效果产生影响。铸钢夯锤具有强度高、耐磨性好的特点，在强夯施工中较为常用。圆形夯锤在夯击过程中，锤印易于重合，能使地基土体受力更加均匀，有利于提高强夯加固效果。在实际工程中，可根据地基土的性质、加固深度要求以及工程成本等因素，综合考虑选择合适的夯锤。6.1.2夯击次数夯击次数的确定应综合考虑地基土的性质、夯击能量以及工程要求等因素。根据试验和模拟结果，在强夯初期，随着夯击次数的增加，地基土体的密实度和承载力显著提高；当夯击次数达到一定值后，继续增加夯击次数，地基加固效果的提升逐渐减缓，甚至可能对地基土体造成过度扰动。对于砂土和碎石土地基，由于其透水性较好，孔隙水压力消散较快，夯击次数可相对较少。在某机场场道地基处理工程中，处理砂土和碎石土地基时，采用18t夯锤、2000kN・m夯击能量，夯击次数控制在5-7次，即可达到较好的加固效果。对于粘性土和粉土地基，由于其透水性较差，孔隙水压力消散较慢，夯击次数应适当增加。在浦东机场场道地基处理中，处理粘性土和粉土地基时，采用相同的夯锤和夯击能量，夯击次数控制在7-9次，能够使地基土体充分密实，满足工程要求。在确定夯击次数时，还应结合现场试夯情况，以最后两击的平均夯沉量不大于50mm作为停夯标准，同时观察夯坑周围地面的隆起情况，避免因夯击次数过多导致地面隆起过大，影响地基加固效果。6.1.3夯点间距夯点间距对地基加固的均匀性和效果有重要影响。根据试验和模拟结果，当夯点间距过小时，相邻夯点的加固区域相互重叠过多，会造成能量浪费，且可能导致地基土体过度扰动；当夯点间距过大时，夯点之间的土体加固效果不佳，容易出现不均匀沉降。对于不同类型的地基土，应选择合适的夯点间距。对于砂土和碎石土地基，由于其颗粒较大、透水性好，夯点间距可适当增大。在某机场场道地基处理工程中，处理砂土和碎石土地基时，夯点间距采用4.5-5m，能够保证地基加固的均匀性和效果。对于粘性土和粉土地基，由于其颗粒较小、透水性差，夯点间距应适当减小。在浦东机场场道地基处理中，处理粘性土和粉土地基时，夯点间距采用3.5-4m，有效提高了地基的整体加固效果。夯点间距还应根据强夯能级进行调整。当强夯能级较高时，夯击能量的影响范围较大，夯点间距可适当增大；当强夯能级较低时，夯点间距应相应减小。在实际工程中，应通过试夯和数值模拟，综合分析确定最佳的夯点间距，以确保地基加固的均匀性和效果。6.2施工工艺改进在强夯法处理机场场道地基的施工过程中，施工顺序对地基加固效果有着重要影响。以往的施工顺序多是按照先边缘后中间的方式进行，但对于机场场道这种大面积的地基处理工程，这种方式可能导致边缘区域的土体在施工过程中受到过多的侧向挤压，从而影响整体的加固效果和均匀性。为了改进施工顺序，可采用分区跳夯的方式。将机场场道地基划分为多个施工区域，每个区域的面积根据场地条件和施工设备的作业能力合理确定。在施工时，先对部分区域进行强夯施工，然后跳过相邻区域，对下一组区域进行施工，以此类推。这种方式可以避免相邻夯点之间的相互影响，减少土体的侧向挤压，使地基土体在各个方向上得到更均匀的加固。在浦东机场场道地基强夯施工中，将场地划分为多个20m×20m的区域，采用分区跳夯的施工顺序，有效提高了地基加固的均匀性，减少了地基的不均匀沉降。夯击能量控制是强夯施工工艺的关键环节。传统的夯击能量控制方式多是按照固定的夯击能级进行施工，这种方式在面对复杂地质条件时，可能无法充分发挥强夯法的加固效果。为了实现更精准的夯击能量控制，可采用智能监测与实时调整的方法。在强夯机上安装传感器，实时监测夯锤的落距、夯击力等参数，并将这些数据传输至控制系统。控制系统根据预设的控制策略和实时监测数据，自动调整夯锤的提升高度和落距，从而实现夯击能量的动态调整。当监测到地基土体的压实度达到一定程度后，自动降低夯击能量，避免过度夯击对地基土体造成破坏；当发现地基土体的加固效果不理想时，适当提高夯击能量，增强加固效果。这种智能监测与实时调整的夯击能量控制方法，能够根据地基土体的实际情况，及时调整夯击能量，提高强夯施工的效率和质量。垫层设置在强夯法处理机场场道地基中起着重要作用，合理的垫层设置可以改善地基的排水条件，提高强夯加固效果。传统的垫层设置多采用单一的砂垫层，这种垫层在排水性能和对地基土体的保护作用方面存在一定的局限性。为了改进垫层设置，可采用复合垫层的形式。复合垫层由砂垫层和土工合成材料组成，土工合成材料具有良好的过滤、排水和加筋作用。在砂垫层中铺设土工合成材料，能够有效提高垫层的排水能力，加速孔隙水压力的消散，同时增强垫层对地基土体的约束和加筋作用，提高地基的稳定性。在某机场场道地基处理工程中，采用了砂垫层与土工格栅复合的垫层形式，土工格栅的加筋作用使地基土体的整体性得到增强，砂垫层的排水作用加速了孔隙水压力的消散，有效提高了强夯法的加固效果，减少了地基的沉降。复合垫层的厚度和材料选择应根据地基土的性质、地下水位以及强夯能级等因素综合确定，以达到最佳的加固效果。6.3质量控制与监测在强夯法处理机场场道地基的施工过程中，严格的质量控制和全面的监测是确保工程质量的关键。施工前的准备工作至关重要，需对场地进行全面勘察，详细了解场地的地质条件、地下水位、地下障碍物等情况。在浦东机场场道地基施工前，通过地质勘察，明确了场地内存在的暗浜分布和土层特性，为后续施工提供了重要依据。根据勘察结果，制定合理的施工方案，对强夯参数进行精确设计，并对施工设备进行全面检查和调试，确保设备性能良好，满足施工要求。施工过程中，强夯参数的控制是质量控制的核心环节。夯锤重量和落距直接决定了夯击能量，必须严格按照设计要求进行操作。在浦东机场场道地基强夯施工中，采用18t的夯锤，通过精确的设备调试，确保夯锤落距稳定在设计的11.1m，以保证夯击能量的准确性。夯击次数和夯点间距也需严格把控，避免出现漏夯、少夯或夯击不均匀的情况。施工人员在现场使用全站仪等测量设备，实时监测夯点位置，确保夯点间距误差控制在极小范围内；同时，通过计数器等设备准确记录夯击次数，确保达到设计的夯击遍数和次数。场地平整度和标高的控制同样不容忽视。在强夯施工前，对场地进行平整，确保强夯机作业平台的稳定性。在施工过程中，随着夯击的进行，场地可能会出现凹凸不平的情况，此时及时使用推土机等设备进行平整，并测量场地标高，保证场地标高符合设计要求。在每遍夯击结束后，都对场地进行平整度和标高测量，及时调整和处理，确保地基加固的均匀性。施工过程中的监测工作对于及时发现问题、调整施工参数具有重要意义。孔隙水压力监测是关键的监测内容之一，通过在地基土中埋设孔隙水压力传感器，实时监测孔隙水压力的变化。在浦东机场场道地基强夯施工中，根据孔隙水压力监测数据，合理调整夯击间歇时间，确保孔隙水压力在下次夯击前得到充分消散，避免出现“橡皮土”现象。地基沉降监测也是重要的监测项目，在场地内设置多个沉降观测点，使用水准仪定期测量沉降量，掌握地基沉降的发展趋势。通过对沉降数据的分析，判断强夯施工对地基沉降的控制效果，及时发现异常情况并采取相应措施。强夯施工完成后，需对地基进行全面检测，以评估强夯加固效果是否满足设计要求。采用平板载荷试验检测地基承载力，通过逐级施加荷载，测量地基的沉降量，根据荷载-沉降曲线确定地基的承载力特征值。在浦东机场场道地基强夯施工后，通过平板载荷试验检测，结果表明地基承载力得到显著提高，满足了机场场道对地基承载力的要求。采用标准贯入试验、静力触探试验等方法检测地基土的密实度和强度，确保地基土的物理力学性质得到有效改善。对地基的沉降进行长期监测，通过在地基中埋设沉降观测标，定期测量沉降量，观察地基沉降的稳定性。在施工后的一段时间内，持续进行沉降监测，确保地基沉降在允许范围内，保障机场场道的长期稳定运行。在强夯法处理机场场道地基的施工过程中，通过严格的施工前准备、施工过程控制、施工过程监测以及施工后检测，能够有效保证工程质量，确保强夯法在机场场道地基处理中发挥良好的加固效果，为机场场道的安全稳定运行提供坚实保障。七、结论与展望7.1研究结论本研究通过对强夯法处理机场场道地基的试验研究和数值模拟，取得了以下主要成果：强夯法加固机场场道地基的理论研究：深入剖析了强夯法加固地基的作用机理，明确了强夯法主要通过动力密实、动力固结和动力置换三种方式对地基土体进行加固。系统总结了强夯法加固技术的特点，包括施工简便高效、加固效果显著、适用范围广泛、经济成本较低等优点，同时也指出了其在处理细粒饱和土时效果有限、施工噪音和振动较大等局限性。全面分析了影响强夯加固效果的因素，如夯锤重量、落距、夯击次数、夯点间距、地基土性质、地下水位等，为后续的试验研究和数值模拟奠定了坚实的理论基础。强夯法处理机场场道地基的试验研究：以上海浦东机场为例，精心设计并实施了强夯法处理机场场道地基的现场试验。通过试验，详细测量了地基土层在强夯前后的各项物理力学指标，如承载力、压缩性、沉降性、孔隙比、含水率等。试验结果表明，强夯法能够显著提高地基承载力，有效降低地基土的压缩性，减少地基沉降。在浦东机场场道地基强夯试验中，强夯后地基承载力特征值从[X1]kPa提升至[X2]kPa，增长比例约为[(X2-X1)/X1*100%]；地基土的压缩模量从[E1]MPa提高至[E2]MPa，压缩性显著降低；地基沉降在强夯施工阶段迅速发生，随后逐渐趋于稳定，最终沉降量满足机场场道对地基沉降的要求。通过对试验数据的分析，明确了强夯次数、夯锤质量、落距、夯点间距等处理参数对地基改良效果的影响规律，为强夯法在机场场道地基处理中的工程应用提供了直接的数据支持。强夯法处理机场场道地基的数值模拟：运用ANSYS软件，建立了精确的浦东机场场道地基强夯处理三维数值