海上机场地基处理

海上机场地基处理

王新强

摘要：结合工程实例分析不同类型海上机场地基处理方法各自的适用性，海底地基处理的新方法。

关键词：海上机场地基处理地基处理新方法机场类型

1、引言

机场可以说是建筑世界的新进入者，教堂、住宅、宫殿和其他类型建筑已有上千年甚至更久的历史。相比之下，机场的设计虽然只有一个世纪的历史，但其发展却很迅速，上个世纪末以来，海上机场逐渐受到人们的重视，特别是随着陆地资源越来越珍贵，海上机场成为未来机场的发展方向之一。本文单从海上地基处理方法入手，通过工程实例分析地基处理方法，以提供适合不同类型海上机场的地基处理方法。

2、海上机场的类型

按照机场延伸到海洋的比例，海上机场类型可分为四种类型：（一）部分填海营造的机场，如香港国际机场；（二）在海上打桩填海形成人工岛营造的机场，如关西机场、澳门国际机场；（三）在海上固定平台上营造的机场，如一些国家、跨国公司的直升机机场、小型运输机机场；（四）海上漂浮机场，如具有军事用途的机动机场（我国的永兴岛机场）、伦敦泰晤士河上拟建的漂浮机场。

3、海上机场地基处理工程实例

⑴机场跑道填海段软基强夯振密的应用

工程概况：1996年厦门机场二期扩建将

原有跑道向海中延700m使跑道总长度成为3400m达到民航总局规定的4E 级航行标准。填海区域如图所示；

主要施工工序：第一阶段是在填海区域的边缘外侧由西向东进行抛石围堰，同时在填海区域内的淤泥层上进行海砂抛填。为保证有足够的施工作业时间，根据潮汐的涨落情况，抛砂的砂面高程需达到+1.7m。第二阶段是在砂面上打插塑料排水板，并穿透淤泥层，目的是加速下卧淤泥层的排水固结，兼起振密砂层的作用。第三阶段是在砂面上分层回填碾压土方至设计高程。

强夯振密的工程效果：厦门机场跑道延长段填海工程节约投资达31.57%；由于设计正确，施工质量优良，两道地基预沉期由两年缩短为半年，提前一年半完成填海工程；此外使用过程中!经受住两次海峡地震和多次热带风暴巨浪袭击，未出现任何毁损事故，始终保持着美观形象和良好使用功能；工程被评为年度全国民航科技进步二等奖。

强夯振密对跑道填海施工或其它类似海（水）上建筑施工的可行性：应用范围在跑道填海施工或其他类似海（水）上建筑施工中，对于砂层厚度小于4.5m的砂填筑层，在用插板机进行塑料排水板的插板振动过程中，即可使砂振密达到符合要求的密实度。而对于砂层厚度大于4.5m的砂填筑层，则需用强夯振密或其他有效方法对底部区域的砂层进行有效的强制振密，

使之达到设计要

求。

⑵振冲碎石桩在大面积人工填海的应用

工程概况：本工程场地占地面积为 3. 1 ×102 m2 ,为人工填海造地,土层主要为杂填土、淤泥质粉砂、红黏土及石灰岩,工程具有占地面积大,地质条件差的特点。具体各地层详细物理、力学特性见下表。

主要施工工序：清淤排水、整平场地→铺设垫层并碾压→放样定孔位→启动水泵振冲器→振冲器下沉至设计深度→记录电流、电压及深度→振冲器提至孔口→往孔口缓慢倒第一批碎石→振冲器下沉振密→重复往孔口倒碎石并振密直至孔口。

振冲碎石桩在填海施工或其它类似海（水）上建筑施工的可行性：(1)采用大功率、大直径碎石桩对含有饱和度较高的黏性土、较大碎石的软弱地基进行加固是可行的,效果明显。 (2)采用碎石桩加固该类型地基,复合地基承载力可提高2～3倍,沉降变形能明显减小。

⑶真空预压法的应用

工程概况：上海浦东国际机场第三跑道包括1 条主跑道、2 条平行滑行道、6 条快速滑行道。主跑道总长3 400 m,宽60 m。在第三跑道地基处理施工中, 遇到较大面积的古河道区域( 第一跑道西侧) , 若不加以特殊处理, 则该范围日后沉降较其他区域偏大, 即出现不均匀沉降, 甚至会导致混凝土面层断裂, 影响飞行区的正常使用。真空预压平面图如下所示。

上海浦东国际机场第三跑道是我国机场工程建设以来第一次采用真空预压深层地基处理加浅层后续地基处理的组合方案施工的。其施工工序及工程效果不多做赘述。

真空预压法在类似海（水）上建筑施工的可行性：真空预压地基处理区排水垫层为砂砾石垫层, 因其整体固结及板结性较山皮石垫层差, 砂砾石颗粒之间相互嵌固能力亦较山皮石弱, 在冲击碾压作用下, 砂砾石垫层颗粒之间会产生滑动, 甚至使冲击碾压机械无法行走, 更无法进行冲击碾压施工, 故原设计的采用砂砾石替代山皮石垫层是不可行的, 必须将真空预压区砂砾石垫层全部清除后, 再采用加厚山皮石垫层的方案。

3、海底地基处理新方法

⑴真空井点降水联合低能量强夯法

方法概述：真空井点降水联合低能量强夯法主要由真空井点降水和低能量强夯两道工序组成。真空井点降水就是用改善过的真空井点对需要加固地基的区域进行强制性排水，因为采用的设备功率大于一般所使用的轻型井点，所以排气量和真空度都比较大；就算是对于粘性土质渗透性较差的，也可以通过水头梯度来让地下水加快渗透流动的速度。

作用机理：就是使用锤击的强夯法。将真空井点降水和低能量强夯两种工序反复循环使用，可以让地基的密实度得到提高，起到加固效果。

关于能量控制方面：1）激发土体孔压，让土方产生微裂缝，但又要确保土体的结构强度不被完全破坏，不会产生橡皮土；2）先轻后重，少击多遍，至上而下，逐步地增大加固的深度和范围。

⑵深层爆破挤淤法

方法概述：该方法是对深厚淤泥软基（包括防波堤、护岸、海堤和围堤等）进行处理的最新技术。简单的施工工艺、施工速度快、对地质干扰少、后期沉降小是该方法显见的优点。深层爆破挤淤法和浅层淤泥的爆填施工在原理上不同，在装药施工工艺和爆炸参数的选取上也有区别。主要要点是在淤泥软基上抛填块石，形成一定的堤长之后在堤头和堤身两侧一定距离和深度的淤泥内实施控制性爆破，使药包周围的淤泥受到强力扰动并丧失强度，软基上的填石块体按一定方向定向滑移，在重力及多次爆炸振动的双重作用下沉入淤泥下部的持力层。

作用机理：深层爆坡挤淤法用于对地基处理是在堤头一定位置的淤泥层厚度的位置内埋置药包。药包爆炸以后会把淤泥向四周挤压出形成坑，堤头附近的抛石体在震动重力和爆炸形成的负压的双重作用下定向滑移动到坑内，与此同时，药包爆炸时所产生的强大冲击波强烈扰动了爆破源附近一定范围的淤泥，极大地降低了其强度，承载力急速降低减弱，抛石体在自重的作用下将沿着滑移线继续定向下沉落底，增加堤身石料的密实度，减小后期沉降度。随着多次的不同参数爆破，堤头石体越来越接近硬土层，重复进行爆破施工直到全堤符合设计需求。

⑶堆载预压联合塑料排水板法

方法概述：塑料排水板堆载预压排水固结法是处理软土地基的有效方法之一。采用此预压排水固结法可以使地基的固结、沉降在加载预压期间大部分或基本完成，并加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。

堆载预压联合塑料排水板特点如下：一是排水板质量轻，强度高，单孔过水断面大，排水畅通；耐久性好，成本较低，塑料排水板适合在缺乏砂源的地区使用，可以节约投资。二是堆载预压材料可就地取材，成本较低。三是塑料排水板断面小，对地基扰动小；在施工过程中其排水沟槽截面不易因受土压力作用而压缩变形。四是采用机械埋设，施工效率高，可缩短地基加固周期。

作用机理：塑料排水板的内部是聚乙烯或聚丙烯加工而成的多孔道板带，外包土工织物滤套，具有隔离泥土颗粒和渗透功能，通过在软土地基中设置竖向塑料排水板，水平方向设置排水通道，然后在地面分级堆载预压，将土体中的孔隙水排出，从而使地基发生沉降，地基土逐渐固结，达到提高地基承载力和稳定性的目的。

堆载预压联合塑料排水板法适用性：堆载预压联合塑料排水板法适合应用于淤泥质海岸且附近有山体可以利用的淤泥质地基。根据堆载预压联合塑料排水板法在舟山海工基地的深厚淤泥质地基处理中实际效果，固结时间相对于单独堆载预压提前了40 天左右。这表明如果有充足的砂石料，堆载预压联合塑料排水板法是几种排水固结法的有机结合，经济性较好，值得推广使用，如后期要求提高地基处理强度，不影响后续方法实施。

⑷超高能量强夯法

方法概述：碎石填海地基具有造价低、工期短、环保等特点, 因此被广泛应用于填海造地的地基处理工程中, 但其处理的能级一般低于10000KN.m, 处理深度小于15m。超高能量强夯法用于工程填土厚度大, 粒径大, 承载力和变形要求高的工程。通过检测, 超高能量强夯法的处理效果达到了设计提出的地基承载力、压缩模量的要求。

超高能量强夯法的特点：经施工后各项实验测试分析, 沿海地区通过开山填海形成陆域后, 采用超高能量强夯方法处理巨厚层的回填碎石土地基是经济可行的；施工完成后, 通过现场夯间与夯点的静力载荷试验检测发现, 夯后P一S 曲线为缓降型, 地基承载力均满足设计要求。说明夯后地基均匀性良好；施工中, 每夯击一击夯坑周围都会向