强夯在某机场高填膨胀土地基处理中的应用研究

马帅 王引平

【摘要】以某机场飞行区膨胀土高填方为研究背景，根据设计文件对膨胀土的处理原则、要求及施工规范相关规定，设计了膨胀土强夯处理方案，提出了强夯施工的技术参数，有效地解决了膨胀土的填筑问题。

【关键词】强夯；机场；高填土基；膨胀土

1、工程概况

某机场飞行区地处膨胀土场地，总用地面积约3600×540m2。整个飞行场区地势中南部高，南北两端为高填土，最深处达18米。全场总填方量约551万m3，总挖方量约617万m3，其中，非膨胀土约157万m3，中弱膨胀土460万m3（大多为中等膨胀土），膨胀土的天然含水量大多都在25%以上。设计要求填方区：如图1所示，道面设计表面以下3m范围内（A区）填料使用非膨胀土或石灰改性弱膨胀土；A区以外的区域为B区，该区均可使用中、弱膨胀土填筑，中膨胀土只能填在设计面5m以下；自道面表面算起，填高不足1米（含零填）的土基，应挖去地表60cm的膨胀土，分层换填非膨胀土或改性土。中等及强膨胀土稳定性差，不得作为设计指定A区的填料；弱膨胀土须经过改性处理后方可作为设计指定A区的填料；改性土的胀缩总率应接近于零，其强度（CBR）%值应不低于规范[1]要求。弱膨胀土可用作设计指定B区的填料，中等膨胀土可用在设计面5米以下的B区。

2、强夯处理方案设计

根据设计文件对膨胀土的处理原则、要求及施工规范的相关规定，结合现场实际，通过对石灰改性膨胀土、换土等方案的技术经济对比分析，确定采用强夯处理高填膨胀土土基。强夯处理道面高填膨胀土地基选在北停机坪及与其相连接的滑行道、端联络道，共计5.1万m2，最大填土厚度9.7m，最小填土厚度6.8m，平均8.5m，总填方量约40万m3。根据强夯处理地基的基本原理、土基设计要求，结合现场实际，强夯处理方案如下：

2.1 填土方案

先按施工技术规范要求，清理原地面，并平整压实到规定的压实度；然后分层、交替填砂岩和膨胀土。考虑到强夯区填土深度不一，以及强夯加固深度的有限性，为了确保道面高填土基的稳定性，填土在深度上大致分为两个区域，如图2所示，A区自强夯设计表面以下6.5m范围内为松填区，B区自强夯设计表面6.5m以下至原地面为碾压区。

A区（松填区）：风化砂岩每层铺填厚度及最大粒径不大于0.8m，膨胀土每层铺填厚度不大于0.5m（松铺砂岩的孔隙率经现场测试大约为45%，据此控制膨胀土每层虚铺厚度不超过砂岩层厚的70%），对膨胀土的土性不作严格要求。

B区（碾压区）：每层填土厚度不大于0.3m，膨胀土为弱膨胀土，风化砂岩最大粒径不大于0.25m，压实度不小于0.93。

2.2 强夯方案

强夯采用桩式置换法，即先点夯，然后在夯坑内填入风化砂岩，再满夯。夯点间距3m×3m，点夯2遍，满夯一遍。

强夯后，道面土基应达到图4所示预期效果，自上而下大体分为三个区域：Ⅰ区为置换区（厚1.5m～2m），由密实的风化砂岩柱体与风化砂岩稀释膨胀土的密实混合土体共同组成复合地基；Ⅱ区为强夯压密区（厚4m～4.5m），该区在强夯冲压作用下，风化砂岩被挤入膨胀土内，使膨胀土稀释，从而形成以风化砂岩为骨架、膨胀土填充风化砂岩骨架孔隙的密实混合土体地基；Ⅲ区为强夯影响区，膨胀土部分被风化砂岩稀释，该区地基密实度主要由分层碾压形成，强夯有一定的加密作用。强夯后，土基表面采用砂砾土找平（厚0.3m～0.5m）。

2.3 点夯收锤标准

最后二击平均沉降量不大于50mm；夯坑周边土体不发生过大隆起；不因夯坑过深而起锤困难[3]。

3、强夯施工技术参数的确定

3.1 强夯机具

选用W2000A型50t履带式强夯机，起重臂长25m，最大起重量20t，最大起重高度19m。夯锤16t～18t，直径2.6m，4个通气孔（直径300mm）。

3.2 有效加固深度

有效加固深度由式（1）估算[4]，通过现场试夯确定。

式中： --加固影响深度，m；

--锤重，t；

--落距，m；

--不同土质对能量的吸收系数，一般为0.5～0.8，但软土取0.5，黄土取0.34～0.6。

本工程锤重选16t，落距为16.5m；土基为填土，根据经验取系数k值为0.60，则由式（1）求得 为9.8m。强夯区填土平均厚度8.5m，有效加固深度（h）满足强夯处理深度要求。

3.3 现场试夯及强夯施工技术参数

在停机坪西南角选择一块20m×20m的场地试夯。试夯分别采用等腰三角形和矩形两个布点方案，每夯点点夯过程中，测量每击夯沉量及夯坑周边隆起量、夯坑深度。现场实测点坑夯坑深度为1.8m～2.5m。坑夯填入风化砂岩、推平，然后满夯，满夯平均夯沉量约0.45m。试夯结束后，挖探坑观察强夯土基断面膨胀土的"稀释"情况、检测压实度。通过试夯，确定强夯施工技术参数为：

1）夯击能2600kN·m～3000kN·m（160kN×16.5m～18.5m）；

2）点夯两遍，等腰三角形布点，间距4.24m，如图5所示，每遍间隔时间为7天；

3）点夯击数为9～12击（最后二击平均沉降量不大于50mm）；

4）满夯一遍，夯击能量1200kN·m（160kN×8m），锤与锤之间搭接1/4，每点夯击二次。

4、结语

本文以某机场工程填方区膨胀土地基处理为研究背景，分析了设计特点，确定了施工方案，通过对比分析，設计了强夯处理方案，提出了强夯施工的技术参数，较好的解决了该工程的实际问题，对今后在膨胀土地区修建机场有一定的参考意义。

参考文献

[1]汪双杰等.高速公路不良地基处理理论与方法[M].人民交通出版社.2004.10：138-146

[2]孙发根.公路路基膨胀土填料工程特性及其处理[C].石家庄铁道学院学报.2003.7