强夯法在山区高填方机场地基处理工程中的推广与分析范文

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论文字数:38256 论文编号:sb2021060114313135872 日期:2021-07-03 来源:硕博论文网
笔者认为强夯法应用到复杂地基中具有很大的研究价值,虽然该方法已是一种发展很成熟的地基处理方法,但由于土体机理复杂,对于强夯的作用机理和设计方法目前尚未形成系统的理论,设发展程度也尚浅,设计和应用都不成熟,因此该方法需要在实际实施中具体问题具体分析,试夯为具体项目的实施提供了极大的帮助。本文结合实际工程,通过综合比较,充实了国内山区高填方地基处理的理论依据,填补了强夯法在包头山区高填方地基处理工程的中理论空白,具有一定的借鉴意义和深远的理论价值。

1 绪论

1.1 研究背景及理论意义
作为西部重工业城市的包头在我国具有举足轻重的地位,能否分享“一带一路”带来的红利,能否在“一带一路”中发挥作用,便利的交通是首先需要解决的问题,所以急需加快包头交通和基础设施建设。而现在国家正在实施进展的通用机场项目中,对内蒙古的规划占有重要位置。
在我国,存在许多的山区及丘陵地区,这些地区地表起伏不平,高填方地基也越来越多,工程的建设用地需要开山填谷来解决。在山区实施项目建设就会遇到很多难点,如超高挖填方、大土石方量等。包头五当召通用机场建设选址位于大山深处,中低周高,以丘陵地貌为主,地势偏高,平均海拔 1410 米,山区作为机场工程的不良地基,同时,建筑物构筑物高度和体量增加使上部结构荷载增大,对地基承载力和变形的要求也越来越严格。现在急需要采用合适的方法改善地基土工程性能,项目决策的关键就在于能否合理有效的改善。五当召通用机场位于半填半挖区域,填方厚度差异大。填方区如果不做处理就会出现地基不均匀沉降,若只采用采用分层碾压的方法处理地基,施工周期更长费、用相对较高,因此,合理使用强夯法对地基进行处理相对比较经济。
基于石拐区五当召通用机场的地理位置和地形特点,采用强夯法不仅能够促进工程的顺利进行,而且能够保障机场的高质量完成和顺利运营。在山区建设机场项目会遇到大量的高填方地基,处理地基的核心问题就是要稳定和控制沉降。而高填方地基处理后沉降与差异沉降的控制也有很大难度,主要在于填方过深、填料均匀性差、原有工程地质较复杂等。因此就要对原土地基和填方地基分别采用相应处理措施,并监测处理效果,以达到地基稳定沉降的控制要求。
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1.2 强夯法研究现状综述
强夯技术 1978 年引进中国。在 1979 年初期,塘沽率先开始对粘土地基的强夯加固进行试验研究。同年 6 月,河北省廊坊市和山西省阳泉市分别对软粘土、粉砂质细砂地基和黄土砂土地基进行了处理,是我国最早的两个强夯技术工程实例。随后,这项技术迅速普及。强夯技术在北京、天津、西安等地进行使用,在地基处理的造价上也为国家节约了许多。强夯法处理地基在过去发展的 40 多年中在包括工业和民用建筑、基础设施建筑以及生活住房等各方面有着巨大基建作用,对我国新时代社会基础建设有着巨大的贡献,而现在,由于国家发展的需求,该方法也在落实应用于生态维护方面,各种诸如垃圾处理等问题在一定程度上得到了缓解。相比其他机械、化学或力学方法处理地基,强夯法的应用范围更广泛、处理效果更好。
以国内现有文献来看:
周虎鑫等[1]研究了多个应用了强夯法的机场建设,从他们得出的相关数据和文献来看,强夯法结合山区丰富的碎石填筑体,经处理后的地基,可满足工程要求,碎石填筑体材料具有良好的机械性能。
阮文保、张学武等[4]经过不懈努力,在总结实际工程项目的数据参考之后,对相关强夯加固提出了问题,并对其处理效果进行分析。胡乃财[5]等探讨了强夯的设计理论计算方向,综合分析了各种情况,提出了求解设计参数的不同计算思路。
王文良[6]主要探讨了秦巴山区地震烈度高、地形复杂、降水丰富的条件下,某民用机场的适宜解决方案;
王程亮[7]针对高填方机场地基处理研究的一部分,研究所面临的二期工程问题,通过整理理论思路,总结以往工程经验,思考将其运用于实际情况的方案,结合相关案例分析,实事求是,具体问题具体分析,为现实项目制定科学可行的处理方案;
刘宏等[8]引用了四川九寨黄龙机场 104m 高填方地基处理工程,阐述了山区机场高填方地基变形与稳定性的系统研究方法和步骤;
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2 山区机场高填方地基处理方法的分析

2.1 机场项目概况及气候特征
五当召通用机场位于内蒙古包头市石拐区五当召镇白草沟村北山上,总占地面积 570 亩,工程总面积约 23.5 万平方米。本期建设跑道长 1200m,宽 30m。整个场地设计地势为西北高东南低,与现状地势一致。
拟建机坪处现自然地面标高为1 393.3~1 438.8m,场地现状起伏不平,设计地坪标高为1 409.35~1 414.25m,飞行区及航站区较多地段需进行挖、填方处理,填方高度一般为4.8~28m不等,局部约达47m,挖方最大厚度约为20m。
五当召通用机场位于内蒙古包头市,气候四季分明,属于典型的温带气候,由于位于内陆,季风难以到达,降水少,而光照强度大,场址区全年能见度较好,统计年中出现能见度小于10米的次数仅6次;云层较高,基本在500米以上,区域内常年风速较小,基本在0-3.0m/秒范围内,冬季受冬季风影响时间长,气温下降,有冰冻期。
与此同时,由于相关的原料填方使用问题和设备运输问题的存在,要通过精密计算控制机场高填方地基工后沉降与差异沉降也很有挑战性。对原地基和填方体分别采用相应的处理措施,并为了达到稳定沉降的控制要求,还要对处理效果进行检测。本章通过对五当召通用机场项目的前期勘察,获取现场水文地质信息和岩土力学性能资料,以便于对强夯法在高地山区机场建设应用中的实际操作。
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2.2 机场地形地貌及区域水文地质条件
场址区地处阴山山脉大青山腹地一处狭长的山梁上,属山丘地带,四面临沟,中部为山顶,多呈浑园形的石质山丘,中高周低,略有起伏,根据相关设计方案,该机场建设需要呈现西北—东南走向,自然地面高程处在1 374-1 449米之间,相对高差75米,地面坡度一般3%~12%,局部32%~56%,地形起伏较大,局部沟坡接近直立。场地地形条件较复杂,场地四周冲沟发育,大多呈“V”型,沟中及部分沟坡、斜坡地段基岩裸露由侏罗系粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩及煤系地层组成;多数地表覆盖有残积或坡积物。地表植被发育一般。场地地貌属中等复杂地貌。区域内平时无地表径流及水体,仅在雨后地表存在阵性面流。地表不易积水,易于流失,蒸发迅速,但突降暴雨时易引起山洪暴发,区域内地势呈现西北东南走向,河水由高向低走,属于外流河,土地松软易带走,植被覆盖少,下渗少,构成场地地下水相对贫乏,又为构造剥蚀地貌,斜坡地段及坡顶排泄大气降水条件较好。土层上层以沙土为主,泥土覆盖少,下层基岩多为砂质泥岩,虽然有隔水性,但由于该地相对降水较少,地表水流失,下渗的地下水位于深层,数量少,对飞行区跑道及机坪无影响。
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图 2.1 土石方平整平面示意图
图 2.1 土石方平整平面示意图

3 山区机场高填方强夯法有效加固深度的研究..........................21
3.1 强夯加固深度研究....................21
3.2 山区杂填碎石土地基有效加固深度计算方法...........................21
4 试夯方案及强夯后检测结果分析....................................33
4.1 强夯试夯设计方案.....................33
4.1.1 试夯目的.......................................33
4.1.2 试夯施工设备.....................................33
5 地基处理方案设计...........................................53
5.1 机场地基处理强夯工程重难点分析.............................53
5.1.1 基岩开挖..........................................53
5.1.2 填筑体处理..................................53

5 地基处理方案设计

5.1 机场地基处理强夯工程重难点分析
根据项目条件及结合试夯结果综合分析,本工程的重难点主要为基岩挖方、填筑体处理、挖填协调变形、填挖交界面抗滑处理、边坡防护等。
5.1.1 基岩开挖
基岩天然抗压强度较高,需要采用爆破处理,为避免超挖和少挖,确保软化褥垫层厚度一致,地基均匀性得到保证,要求基岩采用光面爆破,不平整度的允许值为±15cm。
5.1.2 填筑体处理
填筑体材料主要为细砂、粉土、粉砂岩层、泥质粉砂岩、泥岩、细颗粒土,填筑体含水量低,不易压实;挖方区土石方爆破开挖完成后,填筑体颗粒大,且极不均匀,因此应对大块进行破碎处理,并依据粒径大小进行划分,道面标高以下 2.0-10.0m 范围内采用细颗粒土填筑,最大粒径不大于 20cm,道面标高 10.0m 以下范围以外采用粗颗粒填筑,要求最大粒径不大于 50cm,填筑时应级配良好,含泥量不大于 5%,含石量不小于 70%,不均匀系数大于 10;填方区高度局部达 47m,边坡稳定影响区填筑体处理要求高。
应优先选用级配良好的碎石土、砂土作为场外回运填料;以砾石、卵石或块石做填料时,强夯时其最大粒径不宜大于 50cm,不得掺杂淤泥、耕土、冻土、膨胀性土以及有机质含量大于 5%的土。
图 2.2 1-1 剖面图(单位:m)
图 2.2 1-1 剖面图(单位:m)

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结论


本文结合五当召通用机场地基处理工程,对强夯工程的加固机理和加固效果进行了分析,得出以下几点结论:
(1)强夯加固的实践历程,是不同材质性质的检验,通过不同的数据对比分析,有关机理理论可以得到参考依据,得以证实。
(2)根据相关实验数据整体分析,纵观各国权威学者的相关著作,对相关结论进行论证考核并加以总结,对相关强夯技术有新的认知和创造创新,从而形成土体在强夯过后的加固理论。由此,理论源于实践,实践受理论指导,为新的工程项目提供参数参考,经过加固后的土体符合相关使用规范,在落实方面具有重要意义。
(3)根据以往专家学者所提出的经验公式进行对比,结合规范及实际工程中能考虑到的影响因素。
(4)通过案例分析可以得出,有效加固深度在一定程度上受夯锤底面积的一定影响,当夯击能不变时,有效加固深度随着底面积的增大而减小,所以以后的相关工程建设中,此类问题也应当纳入考虑范围,实际实施时,加以充分利用。
(5)借助点夯试验过程记录、动力触探、静力载荷及密实度检测等各项夯后加固效果检验试验,压实度均不小于 0.91,地基承载力不低于 200Kpa,综合判断强夯设计工程参数选取有效,本工程强夯设计参数选择较合理。
(6)由强夯记录数据分析成果得出,夯锤底部垂直方向上的土体发生的位移最大,而夯锤四周的土体离中心位置越远,则受到的影响越小,当超出一定的范围时,地基土体将不再受影响,这说明夯点位置的布置是否合理也会影响加固效果。土体在垂直方向的位移在最后两击之间不大于 50mm,这说明强夯存在最优夯击次数,由试夯可得夯击次数在 8-12 击之间较为合理,本工程的有效加固深度为 7m。
参考文献(略)


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