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文檔簡介
機場場道地基中砂卵碎石地基穩(wěn)定性分析
西藏敏化區(qū)的平均高度為4500米。機場建設的大型飛行區(qū)為4d。機場跑道長度為4500米,寬度為60米。場道基礎(chǔ)主要是填充基礎(chǔ)。場區(qū)具有空氣稀薄、日溫差大、濕度小、降水稀少、太陽輻射強烈、蒸發(fā)量大、干濕季分明、風大而頻繁、冰雹多、霜期長等氣候特點。西藏阿里機場場址區(qū)域總體地勢平坦,平均坡度1‰~2‰,飛行區(qū)大部分為砂卵石荒灘(戈壁),僅場區(qū)西北段處于濕地邊緣。鹽漬土問題、凍土問題、稍密砂卵石層厚度不均勻問題、地下水位高問題等是飛行區(qū)的主要工程問題。強夯法是解決上述問題的有效方法,但這種方法在偏遠的西藏阿里地區(qū)使用較少,且其工程造價較高。為了找到經(jīng)濟適用的地基處理方法、保證地基穩(wěn)定,開展了機場場道地基處理試驗。試驗的主要項目有:采用沖擊碾壓、振動碾壓2種施工方法對試驗段的原地基土及填筑體進行處理試驗、采用超載預壓法對稍密砂卵礫石層進行加固試驗、采用復合土工膜隔斷層法進行凍害防治試驗,并結(jié)合試驗段沉降觀測對各種試驗的效果進行評價。本文將詳細介紹阿里機場地基處理試驗的主要成果。1從土層和工程地質(zhì)層結(jié)構(gòu)看場區(qū)主要分布在河流一級階地和河漫灘上,其中A區(qū)(砂卵石區(qū))位于一級階地;B區(qū)(鹽漬化凍土區(qū))位于一級階地和河漫灘的過渡地段;C區(qū)(濕地區(qū))位于河漫灘上。3個亞區(qū)分布示意圖見圖1。3個亞區(qū)的主要地層均以圓礫和砂卵石為主,表層結(jié)構(gòu)略有不同。其中A區(qū)表層分布有很薄的雜填土,局部有粉土、粉細砂土層,少見鹽漬化現(xiàn)象;B區(qū)表層主要以雜填土為主,局部分布粉土、粉細砂土層,表層可見白色鹽漬化現(xiàn)象;C區(qū)表層主要以耕植土、素填土及粉細砂為主,具有鹽漬化及凍土性質(zhì)。場區(qū)凍土為季節(jié)性凍土,主要分布在B區(qū)和C區(qū),以粉土和粉細砂為主,其凍脹、凍融特性為弱凍脹—強凍脹及弱融沉—融沉。場區(qū)的鹽漬土類別為亞硫酸鹽漬土,主要分布在粉土、粉細砂層中。地表以下0.05m為強鹽漬土,0.05m至地下水位埋深深度(地表下0.75m左右)為中鹽漬土,對混凝土、鋼筋的腐蝕為弱腐蝕性。場區(qū)內(nèi)粉土及粉細砂多處于飽和狀態(tài),為可液化土。場區(qū)的主要含水層為卵礫石層,其次為砂層和粉土層,賦存孔隙潛水。含水層透水性好,地下水位埋深在0~2.5m之間。豐水期(7~8月份)含水層接受噶爾河及附近山上融化雪水的補給,局部低洼地帶水深可達0.4m;枯水期地下水向噶爾河排泄。阿里機場飛行區(qū)存在的主要工程地質(zhì)問題有:(1)凍土問題;(2)鹽漬土問題;(3)軟基問題:場區(qū)西北部存在著大量的沼澤、濕地等軟基。地表下一定厚度(小于1m)土層為淤泥質(zhì)粉土層,并具有鹽漬化性質(zhì);(4)地下水位高問題;(5)稍密卵石層厚度不均勻問題:作為場區(qū)主要持力層的稍密卵石層在場區(qū)局部地段分布的厚度不均勻(0~7m),稍密卵石層在上覆荷載作用下其變形性能能否滿足機場使用要求是地基處理的主要問題。2試驗設備及內(nèi)容阿里機場場道地基為填方地基,填方高度多在3~5m、局部略高或略低。為了尋找經(jīng)濟合理的地基處理及土石方填筑施工方法,在飛行區(qū)內(nèi)選擇了T、A兩個試驗段(參見圖1)進行地基處理試驗及土石方填筑試驗,T試驗段面積12800m2,A試驗段面積14400m2。A試驗段位于跑道中點偏東南向,屬于工程地質(zhì)A區(qū)-砂卵石區(qū)。T試驗段位于跑道中點偏西北向,包含有工程地質(zhì)B區(qū)-鹽漬化區(qū)、C區(qū)-濕地區(qū)。試驗段原地基及填筑體處理后計劃達到以下目標:(1)土基頂面的反應模量不低于50MN/m3;(2)填筑體不均勻沉降差小于1.5‰;(3)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.30。試驗過程及主要內(nèi)容如下:(1)原地面振動碾壓、沖擊碾壓試驗:試驗段表層存在軟土、粉細砂等細粒土,厚度0~2m不等,試驗時首先將其清除,并換填為砂卵礫石填料。要求換填材料的含鹽量小于0.3%、土含量不大于15%;換填的粗顆粒土至少要高出原地面1.0~1.5m以上。經(jīng)試驗檢測,附近料場的砂卵礫石填料滿足上述要求。換填后進行原地面振動碾壓、沖擊碾壓試驗。(2)填筑體振動碾壓、沖擊碾壓試驗:對原地面地基采用振動碾壓、沖擊碾壓處理并進行檢測后,開始對填筑體進行振動碾壓、沖擊碾壓試驗。(3)復合土工膜防凍害、鹽害試驗:為了檢驗復合土工膜對凍害、鹽害的防治效果,在A3試驗區(qū)選擇40×40m2、T1試驗區(qū)選擇30×40m2,當填筑至道槽土基設計標高下1.8m時,采用完全包裹方式鋪填復合土工膜,然后再進行上部填筑。采用的復合土工膜為二布一膜,其基材為短纖針刺非織造土工布基,膜材為PE膜,膜厚0.3mm(300g/m2),單位總質(zhì)量不低于600g/m2,性能指標不低于表1。(4)超載預壓試驗:為了檢驗超載預壓對稍密砂卵礫石層的加固效果,在T1、T3試驗區(qū)選擇60×80m2面積進行了超載預壓試驗。當填筑至道槽土基設計標高、埋設沉降標后,再填筑2m厚的砂卵礫石作為預壓荷載。考慮枯水期1m的水位降深,預壓荷載可達到60kPa。(5)沉降觀測:在各試驗區(qū)選擇有代表性的地點,當填筑碾壓至土基設計標高后埋設沉降標,對地基及填筑體的沉降進行觀測;對于超載區(qū),當填筑至道槽土基設計標高、埋設沉降標、再填筑2m厚的砂卵礫石后,沉降標相應上接2m,對地基及填筑體的沉降進行觀測。(6)動力觸探、波速測試:采用動力觸探(N120)、波速測試等手段檢測地基及填筑體處理前后的效果。(7)地下水位觀測:除了在各小區(qū)布設水位觀測孔外,在T試驗段垂直跑道軸線的斷面上的噶爾河一側(cè)以及雪山一側(cè)布設3~5個水位觀測孔,對地下水位變化做長期觀測。3試驗結(jié)果的分析3.1機械壓實深度原地基處理試驗主要進行了原地面振動碾壓試驗和原地面沖擊碾壓試驗,現(xiàn)場表土清理后,T試驗段原地面土料擊實試驗結(jié)果表明,土料最佳含水量約為5%左右,最大干密度2.22g/cm3左右。在A試驗段———砂卵石區(qū),通過A1區(qū)振動碾壓和A3區(qū)沖擊碾壓效果比較可知:A1區(qū)檢測深度為0.5m,振動碾壓10遍后,0.25m處干密度平均值2.18g/cm3,0.5m處干密度平均值2.19g/cm3;A3區(qū)檢測深度為0.6m,沖擊碾壓20遍后,0.3m處干密度平均值2.16g/cm3,0.6m處干密度2.17g/cm3。通過2種不同碾壓機械壓實后測得的干密度相差不大,沖擊碾壓稍低于振動碾壓,但沖擊碾壓的瞬間沖擊能較大,動能的傳遞深度優(yōu)于振動碾壓,其影響深度大于振動碾壓。在T試驗段———鹽磧化濕地區(qū),T1、T2區(qū)振動碾壓10遍后,0.25m處壓實度為98.1%;T3、T4沖擊碾壓20遍后,0.3m處壓實度96.24%,0.6m處壓實度97.64%,0.9m處壓實度95.92%。受地下水位的影響,振動碾壓和沖擊碾壓檢測時處于不同的深度,所以壓實后不能給出類比結(jié)論。但可以看出,在地表下30cm范圍內(nèi),振動碾壓效果優(yōu)于沖擊碾壓,這與兩種機械的本身特性相符合。3.2原測試結(jié)果分析試驗段地基處理后進行動力觸探、波速測試及地基反應模量檢測等原位測試。3.2.1地基土動探擊數(shù)N120動力觸探試驗結(jié)果如下:(1)原地面以下沖擊碾壓影響深度范圍內(nèi)(約1~2m)的地基土動探擊數(shù)明顯增加,達到密實程度,平均增加2~3擊,增幅大于50%,見表2。這與原地面沖擊碾壓壓實度和干密度檢測分析的結(jié)果相呼應,表明原地面經(jīng)過沖擊碾壓處理后,地基處理效果明顯得到改善。(2)沖擊碾壓只能加固淺部土層,不能加固深部(3~7m)砂卵礫石土層。3.2.2沖擊水壓影響深度A、T試驗段道槽區(qū)沖擊碾壓前、后進行波速測試,檢測結(jié)果列于表3中。從表中可以看出:在沖擊碾壓影響深度范圍內(nèi)(約1~2m),剪切波速Vs、動剪切模量Gd、動彈模量Ed、動探擊數(shù)N63.5都有不同程度的提高;處理后地基土承載力特征值達250kPa以上。3.2.3現(xiàn)場地基反應模量試驗成果本次地基反應模量試驗按照民航相關(guān)規(guī)范進行。地基反應模量的計算公式如下:式中:ku為現(xiàn)場測得的地基反應模量,MN/m3;pB為承載板下沉量為0.127cm時所對應的單位面積壓力,MPa。試驗段現(xiàn)場地基反應模量試驗成果見表4。可見,采用沖擊碾壓或振動碾壓施工方式進行施工,地基反應模量大多可以達到70mN/m3以上,建議大面積施工時以地基反應模量不小于70mN/m3做為道槽區(qū)施工質(zhì)量控制指標。4場區(qū)地基處理方案通過阿里機場試驗段地基處理試驗,得出以下結(jié)論及建議:(1)對場區(qū)不同工程地質(zhì)分區(qū)及不同功能區(qū)的原地基,應采用不同的地基處理深度。對于道槽及其影響區(qū),應清除地表及其下的耕植土、粉土及粉細砂土等至圓礫或稍密砂礫石層;對于土面區(qū),僅清除表層草根即可;但對于邊坡及其影響區(qū)范圍,由于場址為Ⅶ度抗震設防,場內(nèi)地下飽和土(粉土、粉細砂層等)為液化土層,應予清除,以保證邊坡的穩(wěn)定性。(2)原地面經(jīng)振動碾壓處理后,地表下50cm范圍內(nèi)的壓實度與干密度都有較大的改善,能夠達到設計要求。但鑒于振動碾壓機械的局限性,原地面下影響的深度較淺;原地面經(jīng)沖擊碾壓機械處理后,地表下90cm范圍內(nèi)的壓實度與干密度都有很大的改善,地基土承載力可達250kPa以上,能夠達到設計要求。地基處理后的壓實度及干密度檢測結(jié)果表明,對淺層地基(地面下30cm左右),振動碾壓效果優(yōu)于沖擊碾壓;對深層地基(地面50~90cm),沖擊碾壓的效果要優(yōu)于振動碾壓效果。(3)“粗顆粒砂卵礫石換填+沖擊碾壓”處理后,地表下90cm范圍內(nèi)的壓實度與干密度都有很大的改善,有效地防止了凍害與鹽害的發(fā)生,可做為阿里機場場道地基處理的基本方法。“沖擊碾壓+填筑體荷載+超載預壓”的地基處理方法適合阿里機場的地基處理,但鑒于超載預壓區(qū)與非超載預壓區(qū)的沉降量差別不大、且均較小,說明填筑體本身的荷載已經(jīng)足以使稍密砂卵礫石的沉降在施工期完成,場道工程施工時可以不考慮超載預壓處理。試驗段模擬工程實體沉降觀測結(jié)果表明:“換填+沖擊(振動)碾壓”處理后的砂卵礫石地基工后沉降量及鼓脹量均較小,在毫米級,地基穩(wěn)定性較好,滿足場道對地基的要求。(4)建議施工時以地基反應模量不小于70MN/m3作為道槽區(qū)施工質(zhì)量控制指標。(5)阿里地區(qū)雨季在
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