李彥杰 張偉 馬馳 劉一鳴

（1.深圳機(jī)場（集團(tuán)）有限公司，廣東深圳 518000；2.深圳市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東深圳 518000；3.鐵科院（深圳）研究設(shè)計院有限公司，廣東深圳 518050）

隨著我國的城市建設(shè)得到了飛速發(fā)展，沿海和中部發(fā)達(dá)城市逐步出現(xiàn)了城市建設(shè)棄土處置問題。自2010年以后，深圳市建設(shè)棄土的數(shù)量大幅增加，而填海規(guī)模受到了控制，不得不規(guī)劃建設(shè)了棄土受納場，采用集中填埋的方式消納城市建設(shè)棄土。2015年至2018年，深圳新建受納場27座，總庫容9 320萬m3，但按照目前的受納量測算，新建受納場僅可以使用4年。建設(shè)棄土填埋處置的方法難以為繼，研究改良城市建設(shè)棄土，減少棄土處置總量十分迫切。

改良土已應(yīng)用于道路基層、地基加固等方面。文獻(xiàn)[1-5]研究了水泥穩(wěn)定土在道路底基層中的應(yīng)用，總結(jié)了水泥穩(wěn)定土施工控制要求。文獻(xiàn)[6]利用水泥改良土加固紅山嘴電廠二級電站前池地基，取得了良好的效果。文獻(xiàn)[7]針對橋涵臺背處常見的橋頭跳車現(xiàn)象，研究采用水泥穩(wěn)定土作為臺背回填材料。文獻(xiàn)[8]針對安哥拉共和國LUENA機(jī)場跑道修復(fù)的試驗分析表明水泥穩(wěn)定土用于機(jī)場跑道基層是可行的。

本文依托深圳機(jī)場T4航站區(qū)軟土地基處理工程開展現(xiàn)場試驗，介紹試驗段設(shè)計、施工方案，研究水泥改良土地基承載力、反應(yīng)模量等物理力學(xué)性能。

1 概況

深圳機(jī)場T4航站區(qū)位于T3航站區(qū)的北側(cè)，占地面積約4.3 km2，擬建T4航站樓、衛(wèi)星廳、停機(jī)坪、飛行聯(lián)絡(luò)道、配套設(shè)施等。場地原始地貌是海域、魚塘，后經(jīng)無序回填形成陸域，地面高程（85國家高程）4～10 m，場地原始地貌及無序回填后地貌如圖1所示。場地內(nèi)土體積約1 000萬m3，包含了素填土、雜填土、建筑垃圾等，場地內(nèi)的回填土性質(zhì)復(fù)雜，分布不均勻。如何利用和處理現(xiàn)場已有的雜填土，并能滿足工程的要求，是T4航站區(qū)軟基處理工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖1 場地地貌

結(jié)合深圳市棄土處置困難的實際情況，相比置換法，就地改良雜填土在工期、經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢明顯。因此，雜填土改良技術(shù)研究成果潛在的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 試驗方案

試驗方案設(shè)計原則為：①試驗道床改良土層厚度均為1.0 m，分為上道床層（厚0.4 m或0.5 m）和下道床層（厚0.6 m或0.5 m）。②上下道床改良土層采用相同或不同配比。③改良土采用場內(nèi)素填土，摻入水泥或碎石進(jìn)行改良。

試驗共設(shè)計26種不同配合比的水泥（碎石）道床改良土層。試驗方案見表1—表3。水泥摻入量為水泥質(zhì)量占全部干燥素填土質(zhì)量的百分率，碎石摻入量為碎石體積占全部干燥素填土體積的百分率。

表1 道床改良土層試驗方案

表2 道床改良土層試驗方案

表3 道床改良土層試驗方案

3 現(xiàn)場試驗段施工

水泥改良土施工步驟一般主要包括材料選擇、拌和、攤鋪、碾壓。

1）材料選擇

選取場地內(nèi)含水量較低的素填土，不得含有淤泥、污泥、有機(jī)質(zhì)土或樹根、草皮等，控制填料顆粒最大粒徑不大于20 cm。水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。

2）拌和

水泥土采用改裝的鉤機(jī)齒耙翻拌，翻拌次數(shù)不少于8次，現(xiàn)場土按拌和水量W≤Wop+5%（Wop為最優(yōu)含水量）控制。拌和均勻后，盡快運(yùn)至攤鋪現(xiàn)場。

3）攤鋪

主要攤鋪機(jī)械采用平地機(jī)、推土機(jī)等，必要時采用人工與裝載機(jī)配合。要求水泥土分層填筑，各層虛鋪土厚度不大于0.3 m。

4）碾壓

壓實機(jī)械選用20～22 t的振動壓路機(jī)，碾壓遍數(shù)為先光面碾壓4遍+振動碾壓2遍+最后光面碾壓2遍。碾壓完成后場地見圖2。

圖2 碾壓完成后場地

4 試驗結(jié)果分析

為合理取得道床改良土層的質(zhì)量控制指標(biāo)，須采用多種測試手段檢測其物理、力學(xué)性質(zhì)，分析其是否滿足機(jī)場道床層相關(guān)要求。測試內(nèi)容包括地基承載力、反應(yīng)模量、輕型動力觸探N10、重型動力觸探N63.5等原位測試和擊實試驗、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗等室內(nèi)試驗。

道床改良土現(xiàn)場試驗除各試驗點(diǎn)填料配合比不同外，施工過程等基本相同。為更好地總結(jié)分析試驗結(jié)果，將各試驗點(diǎn)中具有相同配合比的道床層試驗結(jié)果作為整體統(tǒng)一處理。

4.1 擊實試驗

對不同配合比的改良土進(jìn)行室內(nèi)重型擊實試驗，得到其最大干密度。試驗結(jié)果見表4。

由表4可知：①對于水泥改良土，隨水泥摻入量的增加，水泥改良土最大干密度降低。②對于水泥碎石改良土，碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，改良土最大干密度基本不變；水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，改良土最大干密度隨之增大。

表4 不同配合比改良土最大干密度

4.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗

對不同配合比的改良土進(jìn)行室內(nèi)1 d和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同摻入量改良土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

由圖3（a）可知：①水泥改良土1 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約0.7～1.4 MPa，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約1.5～2.2 MPa。②不同水泥摻入量的水泥改良土，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均較1 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有超過50%提高。③隨水泥摻入量增加，水泥改良土1 d和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均不同程度增長。當(dāng)水泥摻入量達(dá)到10%，12%時，水泥改良土7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本不增長。

由圖3（b）可知：①水泥碎石改良土1 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約1.4～1.6 MPa，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約2.3～3.0 MPa。②水泥碎石改良土7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均較1 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有超過50%提高。③保持碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，水泥碎石改良土1 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本不變，但7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有明顯增長。④水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，水泥碎石改良土1 d和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本不變。

4.3 壓實度試驗

分別對每個試驗點(diǎn)道床改良土的上下道床層進(jìn)行干密度試驗。各相同配合比改良土的壓實度統(tǒng)一取平均值，試驗結(jié)果見表5。

表5 不同配合比改良土壓實度

由表5可知：①隨水泥摻入量增加，水泥改良土壓實度增加；而當(dāng)水泥摻入量到8%后，壓實度達(dá)到最大96%，后隨水泥摻入量繼續(xù)增加，改良土壓實度減少。②水泥碎石改良土壓實度均小于90%；碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，改良土道床層壓實度增大；水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，改良土道床層壓實度增大。

4.4 加州承載比試驗

對不同配合比的水泥改良土進(jìn)行了加州承載比試驗，結(jié)果見表6?？芍核喔牧纪良又莩休d比均大于150%；隨水泥摻入量的增加，水泥改良土加州承載比增大。

表6 不同配合比改良土加州承載比

4.5 地基承載力試驗

對每個試驗點(diǎn)的道床改良土層進(jìn)行了地基承載力試驗，地基承載力特征值均大于250 kPa，滿足機(jī)場飛行場道區(qū)對于地基承載力特征值不小于140 kPa的要求。

4.6 道基反應(yīng)模量試驗

對試驗點(diǎn)A1—A4和D1—D4（共8個）的道床改良土層頂面以及其余試驗點(diǎn)道床改良土上下層進(jìn)行道基反應(yīng)模量試驗。A1—A4和D1—D4道床改良土層頂面反應(yīng)模量均大于80 MN/m3。其余試驗點(diǎn)道床改良土試驗結(jié)果見表7。

表7 不同配合比改良土道基反應(yīng)模量

由表7可知：①對于水泥改良土，道床層道基反應(yīng)模量平均值均大于60 MN/m3；隨水泥摻入量的增加，道床層道基反應(yīng)模量減小。②對于水泥碎石改良土，道床層道基反應(yīng)模量均大于60 MN/m3；保持碎石摻入量不變，隨水泥摻入量增加，道基反應(yīng)模量減??；保持水泥摻入量不變，隨碎石摻入量增加，道基反應(yīng)模量有較大增長。

4.7 輕型動力觸探試驗

對不同水泥摻入量的水泥改良土道床層進(jìn)行輕型動力觸探試驗，道床層每10 cm觸探試驗結(jié)果見圖4。

圖4 不同水泥摻入量改良土輕型動力觸探擊數(shù)

由圖4可知：①水泥改良土1 d輕型動力觸探N10均大于15擊；7 d輕型動力觸探N10均大于34擊。②水泥改良土7 d輕型動力觸探N10擊數(shù)均較1 d輕型動力觸探N10擊數(shù)有較大提高，強(qiáng)度增長超過40%。③隨水泥摻入量增加，水泥改良土1 d輕型動力觸探N10擊數(shù)增長不明顯；而7 d輕型動力觸探N10擊數(shù)增長明顯。

4.8 重型動力觸探試驗

對不同配合比的水泥碎石改良土道床層進(jìn)行重型動力觸探試驗，道床層每10 cm觸探試驗結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 不同碎石摻入量水泥碎石改良土重型動力觸探擊數(shù)

圖6 不同水泥摻入量水泥碎石改良土重型動力觸探擊數(shù)

由圖5（a）可知：①水泥碎石改良土1 d和3 d重型動力觸探N63.5均大于13擊；7 d重型動力觸探N63.5均大于18擊。②碎石摻入量不變，隨水泥摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)降低；7 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)無顯著規(guī)律，但摻8%水泥的改良土擊數(shù)最大。

由圖5（b）可知：①水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5均大于14擊；7 d重型動力觸探N63.5均大于16擊。②碎石摻入量不變，隨水泥摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)增大；3 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)無顯著規(guī)律，但摻8%水泥的改良土擊數(shù)最大。

由圖6（a）可知：①水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5為14～15擊；7 d重型動力觸探N63.5為19～20擊。②水泥摻入量不變，隨碎石摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)稍微減小。

由圖6（b）可知：①水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5為14擊；7 d重型動力觸探N63.5為16～18擊。②水泥摻入量不變，隨碎石摻入量的增加，水泥碎石改良土1 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)基本不變，7 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)減小。

由圖6（c）可知：①水泥碎石改良土1 d和3 d重型動力觸探N63.5為13～15擊；7 d重型動力觸探N63.5為18～19擊。②水泥摻入量不變，隨碎石摻入量的增加，水泥碎石改良土7 d重型動力觸探N63.5擊數(shù)稍微減小。

水泥碎石改良土1 d和3 d重型動力觸探N63.5不小于10擊，根據(jù)現(xiàn)行DBJ 15‐31—2016《廣東省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，其地基承載力特征值不小于400 kPa。

5 結(jié)論與建議

1）水泥改良土能有效改善原狀土的道基反應(yīng)模量、加州承載比、地基承載力等力學(xué)性能指標(biāo)，且隨著時間延長，改良土力學(xué)性能會繼續(xù)增強(qiáng)。

2）隨水泥摻入量的增加，改良土道床層加州承載比、1 d和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長明顯，但地基承載力和道基反應(yīng)模量增長不明顯。改良土壓實度隨水泥摻入量的增加，摻入量從5%，6%到7%，改良土壓實度增加，但小于96%；當(dāng)摻入量到8%后，壓實度達(dá)到最大96%；而后隨水泥摻入量繼續(xù)增加，改良土壓實度減少。隨水泥（碎石）摻入量增加，改良土1 d和3 d動力觸探擊數(shù)增長不明顯，但7 d動力觸探擊數(shù)較1 d和3 d均有明顯增長；水泥摻入量為8%的改良土的7 d動力觸探擊數(shù)最大，且隨時間延長繼續(xù)增長。綜合分析現(xiàn)場試驗結(jié)果，改良土最優(yōu)配合比為素填土摻8%水泥。

道床改良土層選用的場內(nèi)素填土應(yīng)滿足設(shè)計要求，且大面積施工前應(yīng)進(jìn)行顆分試驗，篩選滿足要求的土料。為保證水泥改良土拌和施工質(zhì)量，建議大規(guī)模推廣應(yīng)用時需建立集中拌和站。水泥土攤鋪應(yīng)分層填筑分層碾壓。