潘宇雄，楊永康，黃照雄

（海南有色工程勘察設(shè)計(jì)院 ?？?70100）

0 引言

某國際機(jī)場二期擴(kuò)建工程包括飛行區(qū)、航站區(qū)及工作區(qū)，飛行區(qū)包括1 條3 600 m×60 m 跑道、2 條平行滑行道、4條南北聯(lián)絡(luò)道、防吹坪、站坪及維修機(jī)坪，航站區(qū)包括航站樓、綜合交通換乘中心，工作區(qū)包括辦公區(qū)、綜合保障區(qū)、貨運(yùn)區(qū)及生活服務(wù)區(qū)。2015年起，先后啟動(dòng)了飛行區(qū)及航站區(qū)建設(shè)，其中，飛行區(qū)在多方案論證及試驗(yàn)段試驗(yàn)研究的前提下［1］，采用了強(qiáng)夯法、溝塘換填等地基處理方案，處理面積約213 萬m2，航站區(qū)均為大跨度結(jié)構(gòu)建筑，采用樁基礎(chǔ)。工作區(qū)分為A、B、C、D 四部分，均為低層單體建筑，根據(jù)各建筑物的設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高及現(xiàn)狀地表標(biāo)高，B、C、D 區(qū)以填方為主，由于工作區(qū)啟動(dòng)較晚，該區(qū)接收了飛行區(qū)、航站區(qū)土方平衡的棄土，棄土均未經(jīng)處理。

貨運(yùn)區(qū)作為工作區(qū)的一部分，包括貨運(yùn)站、特運(yùn)庫、水泵房、動(dòng)監(jiān)所及貨運(yùn)車棚等，用地面積92 696 m2，如圖1 所示，該區(qū)域地勢低洼，局部區(qū)域?yàn)轸~塘，在未進(jìn)行清表清淤的基礎(chǔ)上直接回填厚度1.3～7.5 m 的飛行區(qū)及航站區(qū)場地挖方區(qū)玄武巖風(fēng)化殘積土，頂部厚度約1.5 m 填土由于考慮載重汽車行駛進(jìn)行了分層碾壓處理?，F(xiàn)場形成了硬-軟-硬的地層結(jié)構(gòu)，若不進(jìn)行地基處理，將會(huì)產(chǎn)生較大工后沉降。

圖1 地基處理試驗(yàn)段位置Fig.1 The Location of Ground Treatment Test Section

1 地基處理試驗(yàn)方案

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程勘察報(bào)告［2］，±0.00 m 標(biāo)高為17.00 m，勘察期間地面標(biāo)高為11.12～16.99 m，屬填方區(qū)，為玄武巖臺(tái)地地貌單元，地層從上至下分別為：

①1素填土（Q4ml）：雜色、棕紅色，松散狀為主，主要填料為飛行區(qū)及航站區(qū)挖方玄武風(fēng)化殘積土、少量挖方第四系下更新統(tǒng)海相沉積粘土，混少量植物根系，堆積時(shí)間約1.5 年，未經(jīng)人工壓實(shí)，頂部1.5 m 為經(jīng)壓實(shí)后的硬殼層，該層整體均勻性差。

①2雜填土（Q4ml）：雜色、棕紅色，松散狀，成分以飛行區(qū)及航站區(qū)挖方玄武風(fēng)化殘積土為主，夾有少量塊徑30～80 cm的混凝土塊、生活垃圾、斷樹枝等。

②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4h）：黑色，主要呈軟塑狀，由淤泥質(zhì)土夾砂組成，局部手捻砂感較重，具腥臭味，土質(zhì)污手，為塘底淤積。

③粘土（Qel）：棕紅色，可塑狀，為玄武巖風(fēng)化殘積土，夾風(fēng)化碎塊，標(biāo)貫擊數(shù)N=10～13 擊，液性指數(shù)IL=0.23～0.74，平均0.39，壓縮模量Es=5.88 MPa。

④強(qiáng)風(fēng)化玄武巖、⑤中風(fēng)化玄武巖：貨運(yùn)站區(qū)域未揭露。

⑥粘土（Q1m）：灰白色、灰黃色，可塑狀，標(biāo)貫擊數(shù)N=8～12 擊，液性指數(shù)IL=0.07～0.71，平均0.29，壓縮模量Es=5.93 MPa。

⑦粗砂（Q1m）：灰白色，中密狀為主，飽和狀，石英質(zhì)，級(jí)配不良，標(biāo)貫擊數(shù)N=11～26擊。

1.2 水文地質(zhì)條件

地下水主要賦存于第②、③、⑥、⑦層的孔隙型潛水，大氣降水補(bǔ)給，大氣蒸發(fā)及向低洼地段排泄。地下水的潛水穩(wěn)定水位高程9.31～11.27 m，埋藏深，可不考慮其影響。

1.3 地基處理方案的選擇

按本工程飛行區(qū)地基處理經(jīng)驗(yàn)［3，4］，強(qiáng)夯法在處理效果、進(jìn)度和投資造價(jià)上有很大優(yōu)勢，應(yīng)優(yōu)先選用［5，6］。而貨運(yùn)區(qū)場地局部上覆厚層填土下存在淤泥質(zhì)土層，不能直接采用強(qiáng)夯法。若采用大開挖清淤后回填再加固，可滿足承載力及沉降控制要求，但該法工期長、造價(jià)高，還會(huì)由于地層軟弱產(chǎn)生開挖后基坑坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)以上工程特點(diǎn)，在上覆厚層填土下存在第②層軟弱土層先采用強(qiáng)夯置換法進(jìn)行加固處理，再采用強(qiáng)夯法對(duì)上覆厚層填土處理以減少地基沉降。第②層淤泥質(zhì)土缺失區(qū)域直接采用強(qiáng)夯法處理。

1.4 試驗(yàn)段的選擇

采用強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法加固時(shí)，夯擊能量、加固深度、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)及停夯標(biāo)準(zhǔn)等都直接影響工程的進(jìn)度及造價(jià)。若強(qiáng)夯參數(shù)取值偏低，會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，若強(qiáng)夯參數(shù)偏高，缺乏經(jīng)濟(jì)性造成浪費(fèi)。

由于本工程場地地質(zhì)條件的差異，貨運(yùn)區(qū)場地地基處理設(shè)計(jì)參數(shù)不能直接套用飛行區(qū)的設(shè)計(jì)參數(shù)，應(yīng)針對(duì)擬建場地的地層特點(diǎn)，從加固效果、工期、經(jīng)濟(jì)效益等角度出發(fā)，選擇有代表性地段進(jìn)行試驗(yàn)［7-9］。根據(jù)地基處理加固深度［10］、工程地質(zhì)條件，對(duì)貨運(yùn)區(qū)劃分為強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)、強(qiáng)夯法試驗(yàn)二區(qū)、強(qiáng)夯法試驗(yàn)三區(qū)、強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)共4個(gè)區(qū)，如圖2所示。各區(qū)淤泥質(zhì)土及上覆填土厚度參數(shù)如表1所示。

圖2 地基處理試驗(yàn)段分區(qū)Fig.2 The Partition of Ground Treatment Test Section

表1 各分區(qū)的地層厚度參數(shù)Tab.1 The Soil Thickness Parameters

1.5 設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)合設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高及現(xiàn)場地標(biāo)高，強(qiáng)夯法試驗(yàn)一、二、三區(qū)直接采用強(qiáng)夯法加固；強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)先采用強(qiáng)夯置換法對(duì)②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土進(jìn)行置換，能量為1 500 kN·m，再根據(jù)現(xiàn)狀標(biāo)高與設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高超填1.5 m厚土層，如表2所示。

強(qiáng)夯法停夯標(biāo)準(zhǔn)為點(diǎn)夯、滿夯最后兩擊平均夯沉量分別≤10 cm、≤5 cm。

強(qiáng)夯置換法采用柱錘沖擴(kuò)至②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層底后，采用邊填料邊沖擊至現(xiàn)狀地面，收錘標(biāo)準(zhǔn)為沖擊數(shù)最后兩擊平均沉降量≤10 cm。柱錘直徑1.2 m，重量15 t，填料采用碎石，粒徑不大于3 cm，夯擴(kuò)墩直徑2 m，墩長6.0 m，填料量為18.84 m3。

表2 地基處理設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.2 The Design Parameters of Ground Treatment

1.6 地基處理目標(biāo)

均勻性目標(biāo)：處理后①1素填土、①2雜填土標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N≥5 擊，修正后重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N63.5≥5擊，表面壓實(shí)度≥90%；

承載力目標(biāo)：處理后fak≥120 kPa，單墩承載力特征值Ra≥500 kN；

工后沉降目標(biāo)：處理后3個(gè)月內(nèi)的沉降≤100 mm。

2 地基處理施工階段沉降觀測

2.1 夯沉量觀測

夯沉量既是控制工期及施工造價(jià)的重要指標(biāo)，也是判斷夯擊過程是否收斂及分析加固效果的必要手段。通過對(duì)夯沉量進(jìn)行觀測，可優(yōu)化強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)及施工，典型的夯沉量曲線、各區(qū)的夯沉量觀測結(jié)果分別如圖3、表3所示。

圖3 典型夯擊次數(shù)與累計(jì)夯沉量關(guān)系Fig.3 Typical Curves of Tamping Times and Settlement

由觀測結(jié)果可知：

⑴第一擊夯沉量最大，以后每一擊的夯沉量基本上是隨著夯擊數(shù)的增加而減少的，也就說明隨著夯擊數(shù)的增加，土層在被夯擊時(shí)是逐漸被壓密，地基土的變形模量越來越大，所以每擊夯沉量越來越小。

表3 各區(qū)夯沉量結(jié)果Tab.3 The Results of Tamping Settlement

⑵從強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)夯沉量數(shù)據(jù)來看，受地表硬殼層影響，夯擊能越大，停夯擊數(shù)越高，夯沉量越大的規(guī)律并不明顯。

2.2 地面平均沉降觀測

夯區(qū)地基處理的地面平均沉降觀測是夯前與夯后的地面高程之差，即地基處理區(qū)域土體的壓縮沉降量。地基處理過程中，對(duì)各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯前、第一遍點(diǎn)夯、第二遍點(diǎn)夯、滿夯、碾壓后按10 m間距進(jìn)行沉降觀測，典型沉降曲線如圖4所示。

圖4 典型施工階段地面平均累計(jì)沉降曲線Fig.4 Typical Curves of Surface Settlement

由觀測結(jié)果分析可知：

⑴強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)在施工階段的累計(jì)沉降量分別為390 mm、310 mm、430 mm、415 mm。

⑵各區(qū)的施工沉降在地基處理前后有明顯減少，說明主固結(jié)沉降增加，工后沉降減少。

⑶由于強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)表層為①2雜填土，局部較軟弱，存在地表硬殼層的厚度不一以及回填土的堆積時(shí)間不一等因素，導(dǎo)致強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)的地面平均沉降量較大。

3 地基處理工后試驗(yàn)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)比分析

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是評(píng)價(jià)地基加固均勻性及其效果的重要手段，強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)地基處理前后均布置了18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔，共計(jì)36個(gè)，試驗(yàn)頻次為1 次∕m。各區(qū)地基處理前后分別完成了66、72 次試驗(yàn)，累計(jì)138次。典型N-h對(duì)比曲線如圖5所示。

圖5 典型N-h對(duì)比曲線Fig.5 Typical N-h Curves

由試驗(yàn)結(jié)果分析可得：

⑴由于硬殼層的影響，各區(qū)1 m處標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)均較大。

⑵強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)頂部地層為①2雜填土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔揭露較多生活垃圾、木頭碎屑、混凝土碎塊等，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性大，結(jié)果失真。

⑶強(qiáng)夯法試驗(yàn)二區(qū)夯后1～6 m 每米深度處標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均值N分別為8.8、7.8、7.5、7.3、11.2 擊，均大于5 擊，比夯前分別增加63.2%、35.4%、22.2%、13.4%、4.7%，0～5 m 內(nèi)加固效果明顯。5～6 m 處以原狀土③粘土或⑥粘土為主，加固效果不明顯。

⑷強(qiáng)夯法試驗(yàn)三區(qū)夯后1～8 m 每米深度處標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均值N分別為10.3、9.3、8.2、7.6、7.1、6.5、10.8 擊，均大于5 擊，比夯前分別增加72.5%、38.6%、28.1%、22.9%、14.0%、11.2%、-3.3%，1～7 m 內(nèi)加固效果明顯。7～8 m處為⑥粘土，由于統(tǒng)計(jì)原因呈負(fù)數(shù)。

3.2 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)分析

為分析強(qiáng)夯置換法的置換加固效果，采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)評(píng)價(jià)置換墩的長度及著底情況，強(qiáng)夯置換法處理后共完成DT1～DT3 共3 個(gè)孔的重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，典型N63.5-h曲線如圖6所示。

圖6 DT3典型N63.5-h曲線Fig.6 Typical N63.5-h Curves of DT3

由試驗(yàn)結(jié)果分析可得：

⑴0～1.5 m為強(qiáng)夯置換碎石樁上回填土。

⑵從試驗(yàn)結(jié)果看DT1～DT3修正后重型動(dòng)力觸探擊數(shù)N63.5≤5約占1∕6，局部達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

⑶按施工方的施工記錄看，設(shè)計(jì)院固定了每個(gè)置換點(diǎn)的填料為18.84 m3，該填料沒考慮填料的壓縮及骨料在擠密過程的橫向擴(kuò)徑，施工單位僅按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行備料，導(dǎo)致置換點(diǎn)的加固體碎石含量少，后續(xù)施工宜提高填料的方量。

⑷設(shè)計(jì)要求強(qiáng)夯能量1 500 kN·m，而現(xiàn)場試驗(yàn)得出的修正后重型動(dòng)力觸探擊數(shù)較小，強(qiáng)夯能量宜適當(dāng)增加。

3.3 載荷試驗(yàn)分析

地基承載力是加固效果的重要指標(biāo)，在強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)分別完成3 個(gè)平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)，共計(jì)9 個(gè)，編號(hào)分別為1#～9#，平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)在休止期后進(jìn)行。在強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)共計(jì)完成3 個(gè)單墩載荷試驗(yàn)點(diǎn)，編號(hào)分別為10#～12#。典型的P-s曲線如圖7所示。

圖7 典型P-s曲線Fig.7 Typical P-s Curves

由12 個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果可知，一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)1#～9#試驗(yàn)點(diǎn)均滿足fak≥120 kPa；強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)10#、12#試驗(yàn)點(diǎn)Ra≥500 kN，11#試驗(yàn)點(diǎn)Ra=400 kN，未滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)合本文3.2 節(jié)重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)的分析，后續(xù)應(yīng)加大置換能量及提高填料方量。

Heinzerling等[31]研究了8例使用ICIs免疫相關(guān)性嚴(yán)重心臟不良反應(yīng)的病例，其中1例88歲轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者使用帕博利珠單抗后出現(xiàn)心臟驟停，電除顫搶救4次，冠狀動(dòng)脈造影結(jié)果發(fā)現(xiàn)伴有冠狀動(dòng)脈痙攣所導(dǎo)致的冠脈一過性狹窄，超聲心動(dòng)圖提示LVEF降至45%，臨床伴隨心功能不全癥狀。Plimack等[32]在1項(xiàng)非隨機(jī)、開放的ⅠB期研究中應(yīng)用帕博利珠單抗治療局部晚期或轉(zhuǎn)移性泌尿道癌(KEYNOTE-012)，其中有33例PD-L1陽性患者，4例出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)，心臟驟停1例。帕博利珠單抗治療晚期轉(zhuǎn)移性泌尿道癌(KEYNOTE-052)的試驗(yàn)中出現(xiàn)了1例Ⅲ級(jí)心力衰竭[33]。

3.4 最大干密度及干密度試驗(yàn)分析

為檢驗(yàn)強(qiáng)夯法處理后表面的壓實(shí)度，強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)地基處理前現(xiàn)場取樣共計(jì)完成9 組重型擊實(shí)試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)分別完成3 組。碾壓及休止期后，現(xiàn)場采用環(huán)刀法共計(jì)完成9 組干密度試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)分別完成3組，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 最大干密度及干密度試驗(yàn)成果Tab.4 The Results of Maximum Dry Density and Dry Density Test

由試驗(yàn)結(jié)果分析可知：

⑴各區(qū)壓實(shí)度僅1 組滿足設(shè)計(jì)要求，大于90%，其余壓實(shí)度在77%～89%之間。

⑵ 填土層重型擊實(shí)法試驗(yàn)的最優(yōu)含水率為21.9%～24.0%之間，而現(xiàn)場環(huán)刀法試驗(yàn)的含水率為23.4%～27.4%之間，控制含水率滿足要求。結(jié)合施工記錄，施工單位只為找平采用平碾，碾壓2～3遍，碾壓的能量及遍數(shù)不足，導(dǎo)致表層壓實(shí)度未能滿足設(shè)計(jì)要求。

⑶強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)①2雜填土成分復(fù)雜，局部含較多生活垃圾、木頭碎屑、混凝土碎塊等，壓實(shí)度最差。

3.5 室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)比分析

為進(jìn)一步分析強(qiáng)夯法對(duì)①1素填土的加固效果，在強(qiáng)夯法試驗(yàn)二、三區(qū)及強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)地基處理前后分別采取了78、86個(gè)土樣，共計(jì)164個(gè)，進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)，剔除異常值后統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。

表5 地基處理前后物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)綜合統(tǒng)計(jì)Tab.5 The Physical and Mechanical Properties before and after Ground Treatment

強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)為①2雜填土，土工試驗(yàn)離散性大，統(tǒng)計(jì)對(duì)比無意義。

由表5分析可知，地基處理后①1素填土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均有明顯改善，特別是土的壓縮模量提高幅度最大，從側(cè)面也反映了土的承載力得到了幅度較大的提高，最終沉降會(huì)減小。

3.6 工后沉降觀測

圖8 典型累計(jì)沉降量s隨時(shí)間變化曲線Fig.8 Typical T-s Curves

由工后沉降觀測結(jié)果分析可知：

⑴強(qiáng)夯法試驗(yàn)二、三區(qū)及強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)地基處理后，6 個(gè)月的累計(jì)平均沉降分別為66.5、79.3、53.3 mm，均小于100 mm，強(qiáng)夯法試驗(yàn)一區(qū)采用換填方案，未觀測至3個(gè)月。

⑵根據(jù)圖8 沉降量曲線趨勢分析，地基處理后3個(gè)月內(nèi)沉降較大，3～6個(gè)月沉降趨于平穩(wěn)。

4 后續(xù)大面積施工建議

通過強(qiáng)夯法試驗(yàn)一、二、三區(qū)及強(qiáng)夯+強(qiáng)夯置換法試驗(yàn)區(qū)地基處理前后沉降觀測、原位試驗(yàn)及室內(nèi)土工試驗(yàn)等結(jié)果分析，提出后續(xù)大面積施工建議：

4.1 換填法建議

①2雜填土成分復(fù)雜，局部含較多生活垃圾、木頭碎屑、混凝土碎塊等，壓實(shí)效果差，層厚1.50～2.50 m，平均厚度1.95 m，厚度薄，建議采用換填法，換填后再采用強(qiáng)夯法處理。

4.2 分區(qū)處理建議

對(duì)于場地分布的①1素填土、②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土應(yīng)按處理厚度進(jìn)行分區(qū)處理：

⑴①1素填土處理厚度＜3、3～5、6～7 m 其點(diǎn)夯能量分別建議采取1 500～2 000、2 500～3 000、3 500～4 000 kN·m，點(diǎn)夯遍數(shù)建議2 遍；滿夯能量建議采取800～1 000 kN·m，滿夯遍數(shù)建議1～2遍；

⑵當(dāng)場地同時(shí)分布有①1素填土、②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土?xí)r，先采用強(qiáng)夯置換法加固②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，然后按①1素填土的處理厚度選擇點(diǎn)夯、滿夯能量及夯擊遍數(shù)。

4.3 強(qiáng)夯能量建議

強(qiáng)夯置換區(qū)的夯擊能量宜適當(dāng)增加，建議采用2 000～2 500 kN·m。

4.4 碾壓建議

滿夯后碾壓建議采用振動(dòng)碾，碾壓遍數(shù)建議6～8遍。

4.5 有效加固深度的確定

對(duì)處理①1素填土，夯擊能2 500、4 000 kN·m的有效加固深度分別建議采用4、7 m。

4.6 強(qiáng)夯置換填料建議

置換墩體的填料應(yīng)考慮其壓縮及骨料在擠密過程的橫向擴(kuò)徑，并通過試驗(yàn)確定增強(qiáng)體最佳填料方量。