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摘要:文章简要介绍采用冲击碾压法成功解决了淮安涟水机场飞行区跑道及站坪的地基土液化问题。经过冲击碾压处理后,在冲碾区内6m深度内粉土均为不液化土,消除了粉土液化沉降,保证了表层土基的密实度与稳定性。
关键词:冲击碾压;地基土液化;高真空降水
中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0144-03
一、工程概况
建设中的淮安涟水机场位于淮安涟水陈师镇,属黄泛冲积平原区。场区本次勘探深度范围内揭露地层均为第四系松散沉积物,根据地层成因、岩性特征、埋藏条件及其物理力学性质指标,将场区内地层共分为7个工程地质层,3个工程地质亚层。场区①层粉土,湿,中密,为液化土,工程地质性能较差,经处理后方可作为浅基础持力层;(1)层粘土,软塑～流塑,局部可塑,呈透镜体状分布,承载力较低,工程地质性能较差;(2)层粘土,硬塑,承载力较高,分布稳定,工程地质性能较好;②1层粉土,密实,零星分布,工程地质性能一般;(3)层粉土,湿,密实,呈透镜体状分布,工程地质性能一般;(4)层粘土,硬塑,承载力较高,厚度大,分布稳定,工程地质性能较好;(5)层粘土,可塑,承载力较高,工程地质性能较好;(6)层粉土,湿,密实,呈透镜体状分布,工程地质条件一般;(7)层粉质粘土,软塑,工程地质性能一般。
飞行跑道、垂直联络道和站坪均采用浅基础,由于浅层1层粉土为液化等级轻微-中等的可液化土,厚度3.70～7.10m,因此不宜将该层作为天然地基持力层,需根据拟建建筑物的抗震设防类别和地基液化等级对1层粉土进行处理。采用的冲击碾压法成功解决了跑道及站坪区域的地基土液化问题,经处理后,在冲碾区6m内粉土均为不液化土,保证了地基密实度与稳定性。
二、冲击碾压设计与施工
(一)为了保证原地面冲碾效果,在冲碾区采用高真空井点降水工艺
1.冲击碾压处理区外围约5m处设置外围井点降水,以阻隔外围场区的浅部土层潜水;外围井点分两排布置,排距1m,外浅内深,井点深度分别为4m和7m;浅层井点与深层井点交错布置;每排的间距为2m。
2.在冲碾区范围内布设内部井点,井点由浅层井点和深层井点交叉布置,浅层井点平面间距为4m×6m,深度3.5m;深层井点平面间距为4m×6m,深度6m。
3.高真空降水采用带有平衡装置的可调高真空系统,该系统包括:功率为15kW的SKF-3高真空泵、平衡器、离心泵、气水分离器等。并达到以下指标:(1)高真空:0～75mmHg(可调);(2)高真空泵排气量:S1≥100L/s;(3)流泵排气量:S2≥15L/s(电动功率:≥7.5kW;(4)平衡参数:0.2～1.0(可根据影响范围进行调整);(5)出水输送距离大于400m。
4.内部井点的降水时间为8～10天,降水效果以水位3.5m以下,4m内土体的最大含水量不大于23%为准,每隔50cm取一土样。外围井点的降水时间持续到原地面冲击碾压结束。
场区周围设置场外排水明沟,排水明沟距离外围井点5m,用以及时将井点管中的降水排出场外。
(二)高真空井点降水达到效果后,采用冲击碾压工艺
1.在4m内土体采用小螺钻每隔50cm取一土样,检测最大含水量不大于23%后,拔除内部井点管,对原地面进行初平。
2.采用冲击势能不小于25kJ三边形冲击式碾压机对土基进行40遍的冲击碾压,速度为12～15km/h。冲碾时实行分轮碾压,能量由低到高,每轮连续冲碾遍数为5遍。在连续冲碾5遍后孔隙水压力消散70%之后,再进行下一轮冲碾。
3.为保证冲碾效果,在冲碾过程中应避免急停、急转现象,每次冲碾交接处错开,保证冲碾的均匀性。此外,过程中还应控制 “弹簧”和大面积“出水点”现象。可分别采取及时停止冲碾,增加每轮间隙冲碾时间和及时将“出水点”中水引走的措施解决。当场地沉降量不均匀时,波浪起伏过大,立即停止冲碾,刮平后再继续施工。
4.经过40遍的冲碾碾压,放置7～10天后,进行原位检测。通过标贯和静探对场区层粉土进行液化判定,检测深度为6m,且勘探孔布设在原有勘探孔附近。检测频率各为5000m2/点。
三、冲碾效果的检验
(一)检测方法
冲碾地基施工质量采用标准贯入试验、静力触探方法进行检测。标准贯入试验检测设备采用CXY-1型钻机,标准贯入试验标贯执行《岩土工程勘察规范》,检测深度为6.5m,穿透处理的粉土层,试验间距为1.5m以内;采用63.5kg自由落锤,落距为76cm,自动脱钩自由下落。先预打15cm不计击数,再记录贯入30cm中的每10cm的锤击数。每次标准贯入前先清孔,以保证标贯器一次到位。留取标贯中扰动粉土样,进行粘粒含量分析。
静力触探试验检测设备采用3T手摇式单桥静探仪,传感器及测试仪表均处于正常工作状态,保持探杆垂直,匀速贯入,及时调零,自动记录并绘制比贯入阻力Ps曲线。
(二)粉土液化判别计算
1.标准贯入试验粉土液化判别。地面以下15.0m深度范围内,液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算
Ncr=N0[0.9+0.1(ds-dw)]
式中:Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值;
N0——液化判别标准贯入锤击数基准值,应按下表采用:
注:括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
ds——饱和土标准贯入点深度(m);
c——粘粒含量百分率,当小于3或为砂土时,应采用3。
对存在液化土层的地基,应探明各液化土层的深度和厚度,按下式计算每个孔的液化指数,并按表1综合划分地基液化等级:
IlE=(1-)diWi
式中:IlE——液化指数;
n——在判别深度范围内每个钻孔标准贯入试验点的总数;
Ni、Ncri——分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值,当实测值大于临界值时应取临界值的数值;
di——i点所代表的土层厚度(m),可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试验点深度差的一半,但上界不高于地下水位深度,下届不深于液化深度;
Wi——i土层单位土层厚度的层位影响权函数值(单位为m-1)。若判别深度为15m,当该层中点深度不大于5m时应采用10,等于15m时应采用零值,5～15m时应按线性内插法取值。
表1液化等级
标准贯入试验粉土液化判别计算成果表2、3(一标段一区、二区)
2.静力触探试验粉土液化判别。当实测计算比贯入阻力ps或实测计算锥尖阻力qc小于液化比贯入阻力临界值pscr或液化锥尖阻力临界值qccr时,应判别为液化土层,并按下列公式计算:
pscr=ps0αwαuαp
qccr=qc0αwαuαp
αw=1-0.065(dw-2)
αu=1-0.05(du-2)
式中:pscr、qccr——分别为饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值及锥尖阻力临界值(MPa);
ps0、qc0——分别地下水dw=2.0m,上覆非液化土层厚度du=2.0m时,饱和土液化判别比贯入阻力基准值和液化判别锥尖阻力基准值(MPa),可按表B取值;
αw——地下水位埋深修正系数,地面常年有水且与地下水力联系时,取1.13;
αu ——上覆非液化土层厚度修正系数,对深基础,取1.0;
dw ——地下水位深度(m);
du ——上覆非液化土层厚度(m),计算时应将淤泥和淤泥质土层厚度厚度扣除;
p——与静力触探摩阻比有关的土性修正系数,可按表5取值。
经过上述的标贯和静探液化判别计算可见,各检验点不同深度液化判别通过标贯液化临界值Ncr与实测击数对比,静探液化贯入阻力临界值pscr或液化锥尖阻力临界值qccr与实测计算比贯入阻力ps或实测计算锥尖阻力qc对比判别,对中等液化的粉土来说,经冲击碾压后,冲碾区内6m深度之内粉土均为不液化土,保证了建筑物地基密实度与地基承载力的要求。
四、结论
检验证明,对浅层中等液化的粉土来说,在选择确定好各项技术参数条件下,采用冲击碾压法是有效可行的处理方法。不仅工期短、效果好,而且施工成本比其他处理方式低,是值得推广应用的地基处理方法之一。
作者简介:陈亮,男,江苏通州人,上海华东民航机场建设监理有限公司工程师,淮安涟水机场总监,研究方向:机场软地基处理。
关键词:冲击碾压;地基土液化;高真空降水
中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0144-03
一、工程概况
建设中的淮安涟水机场位于淮安涟水陈师镇,属黄泛冲积平原区。场区本次勘探深度范围内揭露地层均为第四系松散沉积物,根据地层成因、岩性特征、埋藏条件及其物理力学性质指标,将场区内地层共分为7个工程地质层,3个工程地质亚层。场区①层粉土,湿,中密,为液化土,工程地质性能较差,经处理后方可作为浅基础持力层;(1)层粘土,软塑～流塑,局部可塑,呈透镜体状分布,承载力较低,工程地质性能较差;(2)层粘土,硬塑,承载力较高,分布稳定,工程地质性能较好;②1层粉土,密实,零星分布,工程地质性能一般;(3)层粉土,湿,密实,呈透镜体状分布,工程地质性能一般;(4)层粘土,硬塑,承载力较高,厚度大,分布稳定,工程地质性能较好;(5)层粘土,可塑,承载力较高,工程地质性能较好;(6)层粉土,湿,密实,呈透镜体状分布,工程地质条件一般;(7)层粉质粘土,软塑,工程地质性能一般。
飞行跑道、垂直联络道和站坪均采用浅基础,由于浅层1层粉土为液化等级轻微-中等的可液化土,厚度3.70～7.10m,因此不宜将该层作为天然地基持力层,需根据拟建建筑物的抗震设防类别和地基液化等级对1层粉土进行处理。采用的冲击碾压法成功解决了跑道及站坪区域的地基土液化问题,经处理后,在冲碾区6m内粉土均为不液化土,保证了地基密实度与稳定性。
二、冲击碾压设计与施工
(一)为了保证原地面冲碾效果,在冲碾区采用高真空井点降水工艺
1.冲击碾压处理区外围约5m处设置外围井点降水,以阻隔外围场区的浅部土层潜水;外围井点分两排布置,排距1m,外浅内深,井点深度分别为4m和7m;浅层井点与深层井点交错布置;每排的间距为2m。
2.在冲碾区范围内布设内部井点,井点由浅层井点和深层井点交叉布置,浅层井点平面间距为4m×6m,深度3.5m;深层井点平面间距为4m×6m,深度6m。
3.高真空降水采用带有平衡装置的可调高真空系统,该系统包括:功率为15kW的SKF-3高真空泵、平衡器、离心泵、气水分离器等。并达到以下指标:(1)高真空:0～75mmHg(可调);(2)高真空泵排气量:S1≥100L/s;(3)流泵排气量:S2≥15L/s(电动功率:≥7.5kW;(4)平衡参数:0.2～1.0(可根据影响范围进行调整);(5)出水输送距离大于400m。
4.内部井点的降水时间为8～10天,降水效果以水位3.5m以下,4m内土体的最大含水量不大于23%为准,每隔50cm取一土样。外围井点的降水时间持续到原地面冲击碾压结束。
场区周围设置场外排水明沟,排水明沟距离外围井点5m,用以及时将井点管中的降水排出场外。
(二)高真空井点降水达到效果后,采用冲击碾压工艺
1.在4m内土体采用小螺钻每隔50cm取一土样,检测最大含水量不大于23%后,拔除内部井点管,对原地面进行初平。
2.采用冲击势能不小于25kJ三边形冲击式碾压机对土基进行40遍的冲击碾压,速度为12～15km/h。冲碾时实行分轮碾压,能量由低到高,每轮连续冲碾遍数为5遍。在连续冲碾5遍后孔隙水压力消散70%之后,再进行下一轮冲碾。
3.为保证冲碾效果,在冲碾过程中应避免急停、急转现象,每次冲碾交接处错开,保证冲碾的均匀性。此外,过程中还应控制 “弹簧”和大面积“出水点”现象。可分别采取及时停止冲碾,增加每轮间隙冲碾时间和及时将“出水点”中水引走的措施解决。当场地沉降量不均匀时,波浪起伏过大,立即停止冲碾,刮平后再继续施工。
4.经过40遍的冲碾碾压,放置7～10天后,进行原位检测。通过标贯和静探对场区层粉土进行液化判定,检测深度为6m,且勘探孔布设在原有勘探孔附近。检测频率各为5000m2/点。
三、冲碾效果的检验
(一)检测方法
冲碾地基施工质量采用标准贯入试验、静力触探方法进行检测。标准贯入试验检测设备采用CXY-1型钻机,标准贯入试验标贯执行《岩土工程勘察规范》,检测深度为6.5m,穿透处理的粉土层,试验间距为1.5m以内;采用63.5kg自由落锤,落距为76cm,自动脱钩自由下落。先预打15cm不计击数,再记录贯入30cm中的每10cm的锤击数。每次标准贯入前先清孔,以保证标贯器一次到位。留取标贯中扰动粉土样,进行粘粒含量分析。
静力触探试验检测设备采用3T手摇式单桥静探仪,传感器及测试仪表均处于正常工作状态,保持探杆垂直,匀速贯入,及时调零,自动记录并绘制比贯入阻力Ps曲线。
(二)粉土液化判别计算
1.标准贯入试验粉土液化判别。地面以下15.0m深度范围内,液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算
Ncr=N0[0.9+0.1(ds-dw)]
式中:Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值;
N0——液化判别标准贯入锤击数基准值,应按下表采用:
注:括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
ds——饱和土标准贯入点深度(m);
c——粘粒含量百分率,当小于3或为砂土时,应采用3。
对存在液化土层的地基,应探明各液化土层的深度和厚度,按下式计算每个孔的液化指数,并按表1综合划分地基液化等级:
IlE=(1-)diWi
式中:IlE——液化指数;
n——在判别深度范围内每个钻孔标准贯入试验点的总数;
Ni、Ncri——分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值,当实测值大于临界值时应取临界值的数值;
di——i点所代表的土层厚度(m),可采用与该标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试验点深度差的一半,但上界不高于地下水位深度,下届不深于液化深度;
Wi——i土层单位土层厚度的层位影响权函数值(单位为m-1)。若判别深度为15m,当该层中点深度不大于5m时应采用10,等于15m时应采用零值,5～15m时应按线性内插法取值。
表1液化等级
标准贯入试验粉土液化判别计算成果表2、3(一标段一区、二区)
2.静力触探试验粉土液化判别。当实测计算比贯入阻力ps或实测计算锥尖阻力qc小于液化比贯入阻力临界值pscr或液化锥尖阻力临界值qccr时,应判别为液化土层,并按下列公式计算:
pscr=ps0αwαuαp
qccr=qc0αwαuαp
αw=1-0.065(dw-2)
αu=1-0.05(du-2)
式中:pscr、qccr——分别为饱和土静力触探液化比贯入阻力临界值及锥尖阻力临界值(MPa);
ps0、qc0——分别地下水dw=2.0m,上覆非液化土层厚度du=2.0m时,饱和土液化判别比贯入阻力基准值和液化判别锥尖阻力基准值(MPa),可按表B取值;
αw——地下水位埋深修正系数,地面常年有水且与地下水力联系时,取1.13;
αu ——上覆非液化土层厚度修正系数,对深基础,取1.0;
dw ——地下水位深度(m);
du ——上覆非液化土层厚度(m),计算时应将淤泥和淤泥质土层厚度厚度扣除;
p——与静力触探摩阻比有关的土性修正系数,可按表5取值。
经过上述的标贯和静探液化判别计算可见,各检验点不同深度液化判别通过标贯液化临界值Ncr与实测击数对比,静探液化贯入阻力临界值pscr或液化锥尖阻力临界值qccr与实测计算比贯入阻力ps或实测计算锥尖阻力qc对比判别,对中等液化的粉土来说,经冲击碾压后,冲碾区内6m深度之内粉土均为不液化土,保证了建筑物地基密实度与地基承载力的要求。
四、结论
检验证明,对浅层中等液化的粉土来说,在选择确定好各项技术参数条件下,采用冲击碾压法是有效可行的处理方法。不仅工期短、效果好,而且施工成本比其他处理方式低,是值得推广应用的地基处理方法之一。
作者简介:陈亮,男,江苏通州人,上海华东民航机场建设监理有限公司工程师,淮安涟水机场总监,研究方向:机场软地基处理。