(上海民航新时代机场设计研究院有限公司 广州分公司，广州 510405)

1 研究背景

随着我国民用航空事业的发展，机场建设进入一个蓬勃发展的时期。然而，由于受到规划和各种实际条件的限制，许多机场建设在软土地基之上[1-6]，从而使得如何对大面积软土地基进行处理成为机场建设中必须解决的问题。

目前，国内已有多种软土地基处理方法应用于机场建设中：虹桥机场采用插塑料排水板堆载预压法来加固扩建工程中遇到的淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土和黏土地层[1]，浦东机场在第三跑道系统场区建设中采用真空预压插排水板的方法对淤泥质黏土地基进行处理[2]；宁波机场和舟山机场采用袋装砂井超载预压方法加固由淤泥质黏土组成的软基[3-4]；在某军用机场10万m2的饱和软土处理中，采用了“高真空排水+强夯+冲击碾压”的处理技术[5]；温州机场采用堆载预压和真空预压对机场软黏土地基进行加固处理[6]。此外，冲击压实、强夯和水泥搅拌桩等技术也广泛应用于机场跑道软土地基处理[6]。以上处理技术大多应用于常见的软土地层，而对于大面积深厚淤泥土层的处理鲜有报道。

本文以潮汕机场大面积深厚淤泥质软土(60 m深)为例，探索堆载预压技术在机场软土地基处理中的应用，以期为类似条件下软土地基的加固处理提供一个新思路。

2 工程概况

2.1 工程简介

潮汕机场场址位于汕头市、潮州市和揭阳市三市的交界地带，场区多为农田、菜地、鱼塘、水渠。

机场主体工程包括跑道、航站楼等。本机场跑道为1条，跑道及滑行道系统长2 800 m，宽45 m，飞行区指标为4D；航站楼(楼高3层)建筑面积50 000 m2；机场还包括21个机位的站坪、货运区、供水供电、辅助生产及生活用房等公用设施。

2.2 工程地质条件

据钻孔揭露深度，场地岩土层按成因类型自上而下划分为：①人工填土层(Qml)；②第四系海陆交互相沉积层(Qmc)；③第四系坡积层(Qdl)；④第四系残积层(Qel)；⑤侏罗系基岩风化层(J1)。其中，第四系海陆交互相沉积层(Qmc)为机场建设所遇到的软土地层，可细分为：淤泥层(层厚0.50～21.40 m)、淤泥质土层①(层厚0.70～15.30 m)和淤泥质土层②(层厚0.90～24.30 m)。淤泥、淤泥质土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、灵敏度高、抗震强度低、承载力低等特点，为地基处理的主要对象。其主要物理力学参数如表1所示。在3层软土之间，交替出现粉细砂层、中粗砂层和粉质黏土层，形成硬夹层。

表1 软土地层物理力学参数

2.3 场地水文地质条件

拟建场地位于榕江流域中游，西面距离榕江仅5 km，为该区主要河流。填方区地表水体发育，河流主要有中离溪和永江河，人工水渠纵横，水塘星罗棋布。有多条河流贯穿建设场区。

2.4 工程难点

通过分析场地的工程地质及水文条件可知，本工程主要面临以下难题：

(1) 软土分布范围广，深度大(60 m)，同时在软土(淤泥层、淤泥质土层)之间存在硬夹层(粉细砂层、中粗砂层)。淤泥、淤泥质土均为高压缩性土层，在本场区分布范围广且分布厚度差异较大，加荷后极易引起沉降量过大及不均匀沉降的问题。根据分层总和法计算结果可知，如不采取地基处理措施，场区内工后沉降达1 m以上，差异沉降可达5‰以上。此外，在软土层中存在的砂土层等硬夹层，也给地基处理的实施带来了困难。

(2)淤泥、淤泥质土层具软土震陷特征。强震可能产生触变，失去强度而震陷，对机场抗震设计不利。

(3)规划中飞行跑道跨越河道，而河道处地质条件与周边有较大差异，因此该处沉降控制较困难。

3 地基处理方案

3.1 方案选择

根据已有的软土地区机场建设经验，排水固结法在多个机场软土地基处理中得到了广泛应用。塑料排水板和砂井(或袋装砂井)是常用的竖向排水通道，真空预压和堆载预压是常用的加载方式。本场地内河流众多，水源补给充分，不能完全隔断水源，淤泥质土层深厚(深达60 m)，且伴有夹层。真空预压主要用于处理一定深度的土体，且费用较高，因此本工程不宜采用真空预压方法。本场地存在大面积的填方(填方高度5～10 m，最大填方荷载200 kPa)，可以将填方土体作为堆载，施工较为简单，且经济性好，故选择堆载预压方法。上海虹桥机场软基处理中也使用了该方法[1]。另一方面，水泥搅拌桩也广泛应用于软土地基处理，但造价较高，可以在本工程局部要求严格的区域内使用。

由于该场地地质条件复杂，软弱土层厚度变化较大，因此采用分段处理的原则对不同区段软土按照不同方案进行处理。场地划分为：土基区(包括道面影响区)、边坡稳定影响区和土面区。对于土基区而言，根据软土分布、填土厚度及功能分区分布采用塑料排水板、砂井作为竖向排水体，堆载系统采用填土荷载。对于边坡稳定影响区分别采用排水固结法、水泥搅拌桩进行处理。土面区一般不进行特殊的地基处理，沉降较大时采用相对简单的处理方法进行处理。

为了确保施工方案的可行性，正式施工前在场地试验段内对所用地基处理方案进行试验，根据试验结果，得到如下设计参数：塑料排水板间距为1.3 m，插入深度根据土层厚度变化进行调整(16～25 m)。砂桩桩径为377 mm，桩间距为2.5～3 m，桩长根据具体土层进行调整，一般为16～30 m。典型的地基处理方案剖面如图1所示。

图1 地基处理方案剖面图

飞行区各功能区的工后沉降量和差异沉降要求如下：按使用年限20 a计，土基区工后沉降不大于20 cm，差异沉降不大于1.5‰；土面区工后沉降不大于40 cm，差异沉降不大于3.0‰。

3.2 主要施工技术要求

土基区地基处理施工按照以下顺序进行：降水、清表(清淤)→回填山皮土整平→铺设砂垫层→打设塑料排水板(砂井)→铺设山皮土垫层→冲击压实补强→埋设排水盲沟→填土→超(等)载预压→冲击压实补强→填土。

边坡稳定影响区水泥搅拌桩处理软土地基的施工按照以下顺序进行：降水、清表(清淤)→回填山皮土整平→工艺性试桩→水泥搅拌桩施工→场地平整→铺设碎石垫层→铺设土工格栅→填土。

边坡稳定影响区排水固结法(塑料排水板)处理软土地基的施工按照以下顺序进行：降水、清表(清淤)→回填山皮土整平→铺设砂垫层→打设塑料排水板→铺设土工格栅→填土。

主要施工阶段技术要求如下：

(1) 原地面回填山皮土整平。回填山皮土采用粉土或粉质黏土进行，土基区一般段厚度为150 cm，特殊段(河道穿越段)厚度为200 cm，边坡稳定影响区厚度为80 cm。

(2) 砂垫层施工。垫层采用透水性较好的中砂或中粗砂，其含泥量不得大于4%，砂垫层的干密度应大于1.5 t/m3。土基区一般段厚度为50 cm，特殊段(河道穿越段)厚度为100 cm，边坡区厚度50 cm。

(4) 塑料排水板施工。塑料排水板选用原生B型板，宽度100 mm，厚度4 mm，芯板抗拉强度不应小于130 N/cm，排水能力应不低于30 cm3/s。由于硬夹层的存在，无法直接将塑料排水板压入土中，因而采用先用潜孔钻机引孔，然后采用静压法或振动沉管法打设的工艺：定位→将塑料排水板通过导管从管靴中拔出→调整排水板与桩尖→插入排水板→拔管、剪断排水板。

(5) 砂井用砂要求选用中粗砂，含泥量小于4%，细度模数不小于2.3，灌砂量不小于0.11 m3/m。砂井呈梅花形布置，采用振动沉管法施工。

(6) 原地面回填山皮土冲击压实补强。塑料排水板打设完成之后进行，在砂垫层之上铺设50 cm厚的山皮土后进行2遍冲击碾压，提高压实度。

3.3 工程问题及处理对策

3.3.1 工程问题

飞行跑道穿越原河道区在施工过程中出现大面积的裂缝(图2)。裂缝主要分布于主河道靠河岸侧，且大致沿河道轴线方向延伸。裂缝宽度为0.3～35 cm，长度为10～180 m，主裂缝可见深度达1～2 m。

图2 裂缝区域及测点位置

3.3.2 原因分析

对比该区域原地面沉降观测资料可知，裂缝主要发生在Z8测点处(图2，主河道靠河岸侧)。该点在填土加载完成后至2010年5月10日这段时间内，沉降量为59 cm，而同时期周围测点(Z6，Z7，Z9)沉降量高达99～107 cm，正是这种沉降不同步引起填土顶面出现裂缝。另一方面，通过实地勘察发现河道内Z8点区域内存在砾石层，因而在施工时未能按照原设计将排水板(或砂井)打入预定深度，进而减小了该区域的处理深度，产生差异沉降并引起裂缝。

3.3.3 处理对策

根据现场条件和该区域的地质条件，对该区域进行二次处理：Z8区仍采用原设计方案，在现有超载填土面用潜孔钻机引孔后直接施工砂井，砂井直径为325 mm，等边三角形布置，间距2.2 m，利用超载填土预压3个月，预压结束后卸载，对于表面尚有裂缝的区域卸载时开挖到设计槽底高程以下2 m，再分层填土并铺设2层土工格栅，回填碾压至设计槽底高程。根据二次处理后的沉降观测资料和现场巡视结果可知，Z8测点与周围测点沉降差逐渐减小，已存在的裂缝逐渐闭合，说明二次处理方案较为合理。

图3 原地基表面沉降曲线

4 处理效果分析

根据原地面沉降监测结果对地基处理的效果进行评判。图3为不同阶段跑道轴线上某处(测点1)原地基表面沉降实测值与分层总和法预测值的对比。由图3可知，随着荷载的不断增加，原地基表面沉降逐渐加大，在荷载稳定一段时间后，沉降变缓。分层总和法预测值略大于实测值，二者发展趋势一致，表明处理方案是合理可行的。

工后沉降和差异沉降可以由沉降监测曲线采用双曲线预测法进行预测。表2为根据跑道轴线上3个测点(测点1、测点2和测点3)的沉降曲线预测得到荷载作用20 a后的工后沉降和差异沉降。测点2和测点1之间的距离为150 m，测点3与测点2之间的距离为250 m。由表2可知，3个测点工后沉降均小于20 cm，差异沉降均小于1.5‰，这表明该方案的处理效果良好，满足工程使用要求。

表2 工后沉降和差异沉降

5 结 论

(1) 采用塑料排水板和砂井作为竖向排水通道的堆载预压技术，可较好地解决大面积深厚软土地基的沉降变形问题。分层总和法预测值略大于实测值，二者发展趋势一致，工后沉降和差异沉降均符合设计要求，这表明本设计方案可行，处理效果良好，符合预期目标。

(2) 通过采用潜孔钻机引孔，解决了有硬夹层存在时塑料排水板难以施工的问题，既有效控制了沉降，又节省了时间。

参考文献：

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