石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析

＇＇－＇－－＾－＾＾＾ｐ一－＇■■－／：；．分类号；ＴＵ４；１０７５８／；学校代码＾ＳＢＨＨＭ密级；公开．学号；１１３８４３００１２—Ｉ工程硕±专业学位论文石贼及觀试觀地基处理效果分析Ｄｙｎａｍｉｃｃｏｍｐａｃｔｉｏｎａｎｄｒｏｌｌｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎｔｅｓｔａｒｅａｓｈｉｈｅｚｉａｉｒｐｏｒｔｒｏｕｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔａｎａｌｓｉｓｇｙ巧究生姓杂冯慧校内导师姓名及职称张远芳教授、．達校外导师姓名及职称吴疚匡高工秦专业学位类别王程硕去．．＿＿领域葦称水利工程＇研究方向岩上工程所在学院水利与上木王程学席Ｍｉ． 独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人Ｓ经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得新疆农业大学或其他教育单位的学位或证书而使用过的材料一同工作的同志对。与我本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。：时间＾研巧生签名：瓦＞，＾年／２月日关于学位论文使用授权的说明疆农本业人大学完有全权了解保新疆农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：新留并向国家有关部鬥或机构送交论文的复印件和电子文档，可レッ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，允许论文入被查阅和借阅。本人授权新疆农业大学将学位论文的全部或部分内容编密有关数据库进行检索，可扣公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。（保的学位论研文在解密后应遵守此协议）究生签名：；＞起＃￣＾时间：年ｆ之月乂Ｗ＾日导师签名时间：许１＞月曰 石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析摘要本文以石河子机场强夯及碾压实验区地基处理为实例，研究强夯法及碾压法在本工程中各种工况下的技术参数并分析处理效果。强夯法是一种十分经济并且简便的地基加固方法，采用强夯法加固地基，加固效果明显，施工十分简单，而且经济实用。场地地基土在强夯影响深度范围内主要为粉质粘土，其地质条件适合强夯法进行地基处理，且场地位于郊外，场地空旷，具备强夯施工的外部条件。使用强夯法进行地基加固。能量主要消耗在垂直方向上，所以对低液限粘土的加固效果非常明显，土体各项指标的提高效果明显。场地夯前湿陷系数（δs）大于0.015，为湿陷性黄土。使用强夯法加固后，湿陷系数（δs）在0-3m范围内基本小于了0.015，消除了湿陷性。强夯能级在1000kN·m、2000kN·m和3000kN·m,随着强夯能级的增加，加固深度也有明显增加，而当强夯能级达到6000kN·m后，对上层0-5m的湿陷性可以达到全部消除，对于5m以下的范围，湿陷性为部分消除，有些由强湿陷性转为中等湿陷，影响深度没有很明显的增加。强夯能级6000kN·m和4000kN·m的场地密实度，干密度，含水率、压缩系数和湿陷系数比3000kN·m、2000kN·m和1000kN·m的16块场地强夯后变化更加明显。通过载荷试验数据得出，通过强夯法处理地基后，静荷载试验得到的数据显示场地的湿陷性基本消除，符合强夯处理效果的判断标准。6000kN·m强夯能级加固的在0-5m的渗透系数变化非常明显，5-6.2m的渗透系数变化不明显，4000kN·m强夯能级加固的在0-3m的渗透系数变化非常明显，3-4.2m的渗透系数变化不明显，这说明6000kN·m强夯能级的影响深度为5m，4000kN·m强夯能级的影响深度为3m。这也说明6000kN·m强夯能级对于湿陷性消除的深度为5m，4000kN·m强夯能级对于湿陷性消除的深度为3m。在处理深度范围内渗透系数明显降低，加固效果十分显著，满足了地基设计承载力要求。碾压区采用冲击碾压技术处理石河子机场跑道地基是可行的，能够实现预期的强度、承载力和差异沉降控制等技术要求。在碾压次数逐渐增加的过程中，地基沉降变形先快后慢，逐渐均匀密实，冲击碾压后，地基反应模量提高幅度较大。关键字：强夯法；地基处理；加固效果，加固深度，强夯能级，影响深度 DynamiccompactionandrollercompactiontestareashiheziairportgroundtreatmenteffectanalysisAbstractInthispaper,westudythetechnicalparametersandanalyzethetreatmenteffectofthefoundationtreatmentinShiheziairport,whichisbasedonthefoundationtreatmentinthefield.Dynamiccompactionmethodisaveryeconomicalandsimplefoundationreinforcementmethod,usingthedynamiccompactionmethodtoreinforcethefoundation,theeffectisobvious,theconstructionisverysimple,andeconomicalandpractical.Thegroundfoundationsoilinthedynamiccompactioneffectdepthrangeismainlysiltyclay,itsgeologicalconditionssuitablefordynamiccompactionmethodforfoundationtreatment,andthesiteislocatedinthesuburbs,theopenspace,withtheexternalconditionsofthedynamiccompaction.Usingthedynamiccompactionmethodforfoundationreinforcement.Energyismainlyconsumedintheverticaldirection,sothelowliquidlimitofthereinforcementeffectisveryobvious,andtheimprovementofthesoilparametersisobvious.Thewetsinkingcoefficient(s)ismorethan0.015,whichisacollapsibleloess.Afterusingthedynamiccompactionmethod,thewetsinkingcoefficient(s)waslessthan0.015intherangeof0-3m,anditeliminatedthewetsinking.Strongdynamicenergylevelsin1000mkN,2000mkNand3000kN-m,withtheincreaseoftheenergylevel,thedepthofreinforcementisalsosignificantlyincreased,andwhentheenergylevelreachedm-6000kN,theupper0-5mofthewettrappingcanbeachieved,therangeofthelower5m,someofwhichisremoved,somebythestrongwetsinkingintothemiddlewet,theimpactdepthisnotveryobviousincrease.6000kN-Mand4000kN-of-Mand-3000kNaremoreobviousthanthoseofM-1000kN,M-2000kN,-M16,andthedrydensity,drydensity,moisturecontent,compressioncoefficientandmoisturesinkcoefficient.Throughtheloadtestdata,throughthedynamiccompactionmethodtodealwiththefoundation,thestaticloadtestdatashowthatthegroundofthewetsubsidenceoftheground,inaccordancewiththeeffectofdynamiccompactiontodeterminetheeffectofthestandard.Thepermeabilitycoefficientof6000kN0-5mm4000kNisveryobvious,andthepermeabilitycoefficientof5-6.2misnotobvious.ThechangeofpermeabilitycoefficientofM0-3misveryobvious,andthechangeof3-4.2misnotobvious,whichshowsthattheeffectofM6000kNondynamiccompactionisabout4000kN,andthedepthofMisabout3m.This alsoshowsthatthedepthofM5menergylevelfortheeliminationofthewetsinkingis4000kN,andthedepthofthem6000kNis3m.Inthedepthrangeofthetreatment,thepermeabilitycoefficientisobviouslyreduced,thestrengtheningeffectisverysignificant,andthebearingcapacityofthefoundationdesignissatisfied.ItisfeasibletodealwiththefoundationofShiheziairportrunwaybyimpactrollingtechnology,andcanachievetheexpectedstrength,bearingcapacityanddifferentialsettlementcontrolandothertechnicalrequirements.Intheprocessofrollingtimes,thedeformationoffoundationsettlementisslowlyandslowly,andthefoundationreactionmodulusisincreasedsignificantlyafterimpactrolling.Keywords:dynamiccompactionmethod;foundationtreatment;strengtheningeffect,strengtheningdepth,dynamiccompactionlevel,influencedepth 目录第一章绪论.............................................11.1选题的研究背景及意义..............................11.2国内外研究现状....................................21.2.1国外的研究现状........................................21.2.2国内研究的现状........................................21.2.3发展趋势..............................................31.3加固机理与设计计算................................41.3.1加固机理.......................................41.3.2设计计算.......................................61.4论文主要研究内容...................................9第二章石河子机场地基处理工程概况......................102.1工程概况.........................................102.1.1场地地形地貌.........................................102.1.2场地地层岩性及物理力学性质...........................102.1.3地下水埋藏情况、类型.................................112.1.4场地土冻胀性评价.....................................112.1.5场地土盐胀性评价.....................................122.2场地土湿陷性评价..................................122.3地基处理方法......................................132.3.1常见的地基处理方法....................................132.3.2强夯法................................................152.3.3碾压垫层法............................................16第三章强夯实验区的现场试验............................173.1强夯现场试验......................................173.1.1强夯试验方案.........................................17 3.1.2施工步骤.............................................203.1.3处理效果的判断标准...................................213.1.4结论及效果...........................................213.2碾压试验.........................................223.2.1碾压试验方案.........................................223.2.2碾压试验施工.........................................233.2.3碾压效果的判断标准...................................253.2.4结论及效果...........................................25第四章地基处理效果检测及评价..........................264.1标准贯入试验和重型动力触探试验检测及评价..........264.2湿陷性检验及评价..................................274.2.1室内土工压缩试验及评价................................284.2.2现场静载荷试验及评价..................................304.2.3渗透试验及评价........................................324.3波速试验检验及评价................................344.4反应模量检验及评价................................37第五章结论与展望......................................39参考文献...............................................41致谢..............................................43 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析第一章绪论1.1选题的研究背景及意义本文主要针对石河子机场的地基处理，根据现场的情况，选择使用强夯及碾压法进行石河子机场的地基处理。强夯法又名动力固结法或动力压实法.这种方法是反复将很重的锤(一般为10~40T)提到高处使其自由落下(落距一般为10~40米)给地基以冲击和振动，从而提高地基的强度并降低其压缩性。强夯法处理地基是60年代末由法国Menard技术公司首先创用的。开始时仅使用于对砂土和碎石地基的处理，后来由于施工方法的改进和排水条件的完善,逐步推广并应用到细粒土地基的处理。强夯法由于具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点，很快就传播到世界各地。强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、粘性土、杂填土和素填土等地基，尤其是湿陷性黄土地区，强夯法处理效果非常明显。它不仅能提高地基土的强度、降低其压缩性、还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。新疆存在大量湿陷性黄土，主要分布于下述地带：（1）、天山北麓低山丘陵地带，山前冲洪积平原中下部地带，基本是东西向的二个条带，新疆一些较大城市如乌鲁木齐、伊宁、奎屯、玛纳斯、昌吉及木垒等都位于这个地带，北疆铁路312国道也沿这个地带穿过，是目前很具有开发前景的经济区。（2）、天山南麓地带：其湿陷性黄土分布远较天山北麓少，目前仅在阿克苏——库车——库尔勒一线部分地段发现小范围的湿陷性黄土分布。（3）、昆仑山北麓山前倾斜平原：亦成东西向条带分布，目前在叶城、皮山、墨玉、和田等城市均局部发现湿陷性黄土的存在。综上所述，湿陷性黄土在新疆的分布较广，随着“一带一路”经济带的发展，从经济、快捷、方便的角度，强夯及碾压地基处理方法应用前景广泛。1 新疆农业大学硕士学位论文1.2国内外研究现状1.2.1国外的研究现状强夯法，是1969年首先由L.Menard在法国应用发展起来的。该法首次应用于法国戛纳附近纳普尔海滨采石场废土石围海造成的场地上，在该场地上建造20幢8层公寓建筑，采用强夯法进行了加固处理，加固效果明显。到1973年底，已经在12个国家在150余项地基工程中应用强夯法.1974年英国工程师协会召开深基础会议，Menard本人对强夯法作了详细介绍，并出了专册，该法随即在欧洲国家迅速推广应用。1.2.2国内的研究现状：我国的强夯技术经历了以下几个阶段的发展:（1）、从引进强夯技术到80年代初，约8年时间内。本阶段工程应用的强夯能级比较小仅为1000kN·m，处理土层的影响深度约为5m左右，主要以处理浅层人工填土为主，主要处理的项目较少。（2）、80年代初到90年代初的10年间。为了消除国家重点工程山西化肥厂的黄土地基的湿陷性，国家化工部组织开发了高能级的强夯试验，使的强夯法处理地基的影响深度提高到了10m。（3）、90年代初到2002年，为了消除国家重点工程三门峡火力发电厂的场地地基的湿陷性，国家成功开发了8000kN·m能级的强夯试验，使强夯消除黄土湿陷性的影响深度达到15m。（4）、2002年底至今，强夯工程最高应用能级已经达到10000kN·m。为了更进一步扩大强夯的应用范围，在强夯技术的基础上，还形成了强夯置换和柱锤冲扩等新技术。现如今强夯地基处理的三个主要研究方向:低能级强夯处理饱和软土为目的的技术；高能级强夯消除填土和深厚湿陷性黄土湿陷为目的的技术；强夯与其他地基处理技术优势互补，发展成为组合式地基处理技术。其中多以中低能强夯处理在机场建设中应用广泛。高能级强夯多用于工厂，发电站、油库区等建筑物的地基处理。2 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析1.2.3发展趋势强夯法的二种新工法：动力排水固结法；动静结合排水固结法。Smoltczyk认为动力固结法只适于塑性指数Ip≤10的土，Gambin也给出类似的结论。软粘土地基动力固结法失败的原因主要是对软粘土的特性了解不够，所采用的动力固结法工艺不适合软粘土地基的加固；冯遗兴等人采取了适应软粘土动力固结加固的有效排水系统，采用了适应软粘土地基的“先轻后重、逐级加能、少击多遍、逐层加固”的夯击方式，确立了一整套动力固结法新工艺。动力排水固结法的加固机理：随着土中孔隙压力消散，软土含水量和孔隙比明显降低，软土固结后变成较密实的可塑状土，强度大幅度增长，压缩性大大减低；因强夯时附加动应力很高，往往比后续使用荷载高2~3个数量级，用动力排水固结工法加固后，浅层地基土成为超固结土，即使深层土有一些差异沉降，由于地表12m已成为硬壳层，能调整地基差异沉降，从而使表层仅呈现小量的较均匀沉降，而不会出现明显的不均匀沉降。动力排水固结法的优点主要有以下几点：（1）、传统强夯法为一种大能量和能量积聚的动力固结方法，采用重锤多击，适用砂性土加固。而动力排水固结工法采用严格控制强夯动力和夯击能，使软粘土中产生的超孔隙水压力不过快上升，以确保软土不变成“橡皮土”，成功地克服了传统强夯法用于软土的致命弱点；（2）、利用塑料排水板所形成的“水柱”将强夯产生的附加应力快速向土体深部传递，从而大大扩展了强夯的影响深度，使动力排水固结工法用于加固深厚软土成为可能，已有的工程实例表明，动力排水固结工法的加固深度已超过25m，大大突破了传统强夯法有限的加固深度(6m)；（3）、巧妙利用动载压缩波在层状土中传播与反射而使软土产生的拉伸微裂纹，以及在较高孔压梯度作用下，拉伸微裂纹又贯通成水平排水通道，并与排水板构成横竖交叉的网状排水系统，从而使软土中高压孔隙水经网状排水系统很快排出，大大加速了软土的固结过程；（4）、将受到严格控制的强夯动力反复、逐步增强地作用于软土，使软土中的超3 新疆农业大学硕士学位论文孔隙水压力维持在较高的、必要的、合理的水平上，既不破坏软土的结构，又能加速软土中孔隙水的快速排出，达到快速、稳步加固软土的目的，这是传统强夯法无法做到的。动静结合排水固结法有以下几个特点：（1）、夯击前应铺设足够厚度的垫层(如砂垫层和预压填土)，避免夯锤直接接触软土而导致橡皮土现象，同时填土亦作为静荷载。（2）、必须有较好的排水条件，保证动荷载作用下产生的孔隙水压力能迅速消散，土体固结。这是软土强度得以提高的根本原因，也是该法与一般强夯法的区别所在。（3）、强调动静荷载的联合使用。静荷载作用下的固结排水份额是基本的，动荷载作用下的固结量是附加的，但其作用不是两者简单的叠加，而是相辅相承、相互作用的。（4）冲击荷载的作用不对浅层淤泥加以彻底扰动，可保持软土内某些可靠的微结构，土体再固结后强度可以迅速提高。（5）、它使经典意义上的动力固结作用得到充分发挥，即动力八面体压缩应力作用下孔压增长明显，而动力八面体偏应力幅值相对较小，孔压消散过程中土将固结得更彻底，相当于较大的超载预压。动静结合排水固结法的关键在于改善地基土的排水条件，为此可设置垂直方向和水平方向排水体。由于塑料排水板具有的优点，一般使用塑料排水板做为竖向排水体，它的布设可按静荷载作用下的设计方法来进行计算；水平排水体通常由砂垫层、排水盲沟和集水井组成。砂垫层一般要求用透水性较好的中粗砂，厚度不宜小于50cm。集水井的作用是汇集排水并用水泵及时将水排到场区外，保证排水通畅。1.3加固机理与设计计算1.3.1加固机理动力密实:加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土;动力荷载减小土孔隙，提高强度。冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相被挤出的过程，其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。4 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析图1-1夯击三遍的情况上图为动力密实的变化情况。从图1-1中可以看出，每夯击一遍时，体积变化有所减少，而地基承载力有所增长，但体积的变化和承载力的提高，并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的。动力固结:处理细颗粒饱和土;局部产生裂缝，增加排水通道；超孔隙水压力消散，土体固结。巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。弹簧活塞模型的加固机理如图1-2。(a)静力固结理论模型(b)动力固结理论模型图1-2静力固结理论与动力固结理论示意图5 新疆农业大学硕士学位论文静力固结理论(图a):不可压缩的液体;固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是不变的;弹簧刚度是常数;活塞无摩阻力。动力固结理论(图b):含有少量气泡的可压缩液体;固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是变化的;弹簧刚度为变数;活塞有摩阻力。动力置换:分为整式置换和桩式置换；加密、碎石墩置换、排水的组合。整式置换：将碎石整体挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。桩式置换：形成桩式或墩式的碎石墩或桩。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。(a)整式置换(b)桩式置换图1-3整式置换和桩式置换示意图整式置换：将碎石整体挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。见图1-3（a）桩式置换：形成桩式或墩式的碎石墩或桩。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。见图1-3（b）1.3.2设计计算（1）、整式置换有效加固深度的确定H≈αM⋅hα系数，根据地基土性质决定，对粘性土，系数取0.5，砂性土取0.7。M⋅h夯锤落距（m）对粘性土，式中的α系数取0.5，砂性土取0.7。（2）、桩式置换有效加固深度的确定强夯置换墩的深度的确定：主要对淤泥、泥炭等粘性软弱土层。单击夯击能=M·h6 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析总夯击能=N·M·h单位夯击能=N·M·h/A以上数据应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和设计要求处理深度等综合考虑，并通过试验确定。（3）、夯锤和落距的确定夯锤的选择:圆形和方形气孔式和封闭式；底面积按土的性质确定，对砂性土和碎石22填土，一般锤的低面积为2~4m，对一般第四纪粘性土建议取3~4m，对于淤泥质土建22议采用4~6m，对于黄土建议采用4.5~5.5m。同时应控制夯锤的高宽比，以防止产生偏锤现象，如黄土，高宽比可采用1:2.5~1:2.8。强夯置换锤低静接地压力值可取100~200kPa；一般国内夯锤的取值为10~25t，夯锤材质最好用铸钢，也可用钢板为外壳内灌混凝土的锤。根据要求的单点夯击能力，就能确定夯锤的落距。国内通常采用的落距是8~25m。（4）、最佳夯击能的确定砂性土中的最佳夯击能可根据绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线来确定。图1-4孔隙水压力与夯击次数的关系7 新疆农业大学硕士学位论文夯击点的布置是根据基底平面形状可设置成等边三角形、等腰三角形和正方形。在此还应考虑施工时吊机的行走通道。强夯的处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素决定。对于一般的建筑物，每边超出基础外缘宽度最好为设计深度的1/2～2/3，并不应小于3m。（5）、夯击点的间距的确定夯点布置一般为网格方式，点位形状有方形和梅花形两种。（6）、夯击击数和遍数的确定土体竖向压缩达到大，而侧向位移最小为原则，一般国内设计的夯击击数为4～10击。强夯夯点的夯击击数主要由现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，其中还必须满足下面3点。a最后两击平均夯沉量不得大于下列数值：单击夯击能级小于4000kN·m时为50mm；夯击能级为4000～6000kN·m时为100mm；夯击能级为6000kN·m以上时为200mm;b夯坑周围地面不得发生过大的隆起;c不得因夯坑过深而导致起锤困难。夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，夯击遍数可适当增加。最后再以低能能满夯2遍，场地满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤点搭接。（7）、间歇时间的确定间歇时间的长短取决于孔隙水的消散速率。对砂性土，间歇时间取2min，可连续施工；对粘性土，由于其透水性差，不能连续施工，间歇时间在2周以上。（8）、现场的测试设计现场测试设计目的主要为：了解地表隆起的影响范围及垫层的密实度变化；研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量；确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究强夯的加固效果。现场测试设计的手段有地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测3种。8 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析1.4论文主要研究内容本选题以石河子机场的湿陷性黄土为工程背景，展开的主要研究内容如下：（1）、场地地质黄土的基本力学性质通过天然含水率、天然密度、比重、颗粒分析、压缩性、湿陷性等基本土工试验测得石河子机场黄土的基本力学性质。（2）、石河子机场黄土的湿陷性评价根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），判断场地土具有湿陷性。（3）、强夯法对消除场地土湿陷性的作用。通过室内压缩试验、现场静载荷试验和渗透试验，反应出强夯法对消除湿陷性的作用。（4）、不同强夯能级对湿陷性消除的影响深度设计不同能级对场地的强夯作用，通过现场试验和室内实验的分析，研究得出不同能级对湿陷性消除的影响深度。9 新疆农业大学硕士学位论文第二章石河子机场地基处理工程概况2.1工程概况2.1.1场地地形地貌场地位于农八师一四三团石南农场西南侧，距石河子市中心15km，有市区道路和县道X904相连，交通较为便利。场地范围：场址基准点（拟定跑道中心点）坐标N44°14′29.6″，E85°53′22.3″，场址为一个四边形，四个角点分别为基准点以南310.50m，以北731.00m，以东21625.00m，以西1726.00m；面积2.69km.场地内拟建跑道、停机坪、航站楼等建筑物。场地位于山前冲洪积扇，海拔500~525m，坡降由南向北变缓，坡度为10‰~15‰，2地势相对较平坦，场地跑道南线0+540~0+830段分布水粉浆池，面积约6.72万m，发育有季节性冲沟，零星分布有取土坑。2.1.2场地地层岩性及物理力学性质ml根据场地地层成因不同分为二个区;A区为第四纪全新统人工堆积层（Q4）、第四plal+pl纪全新统洪积层（Q4）和第四纪晚更新世—全新世冲洪积（Q3-4），B区为第四纪全mleol新统人工堆积层（Q4）和第四纪晚更新世风积层（Q4）。A区地层在场地内广泛分布，工作区、飞行区的停机坪、跑道及大部分巡场路均位于该区，B区地层分布在场地东南角，仅飞行区东南角巡场路位于该区。A区岩性及物理力学性质:○1层低液限粘土：土黄色、褐黄色，坚硬～可塑状态，上部0.50m含植物根系，夹中厚～厚层砾砂及圆砾层。厚度0～0.60m。○2层圆砾：青灰色、灰白色，干燥，中密～密实状态。级配不良，一般粒径10～40mm，最大粒径260mm，磨圆度较好，多呈亚圆形，颗粒成份以火成岩、变质岩为主。埋深0.60m～20.00m，未揭穿。○2-1层低液限粘土：土黄色，褐黄色，坚硬～可塑状态，夹中厚～厚层砾砂及园砾10 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析层。分布不连续，埋深3.00m～17.60m。B区岩性及物理性质:B区在20m勘察深度范围内场地土岩性为低液限粘土，土黄色，坚硬～硬塑状态。al+pl建筑区场地地层为第四纪晚更新世—全新世冲洪积层（Q3-4），在15m勘察深度范围内场地土岩性分为两层。○1层粉质粘土，土黄色、褐黄色，坚硬状态，分布于建筑区表层，揭穿厚度3.00~13.00m，场地西南部（TK17）未揭穿。上部0.50m含植物根系，夹中厚~厚层砾砂及园砾层，基本力学性质如表2-1。表2-1粉质粘土基本力学性质天然含水率天然密度液限塑限孔隙比压缩系数湿陷系数自重湿陷系数-3（%）（g/cm）（%）（%）13.11.6726.615.80.8430.320.0710.021○2层圆砾：分布于○1层之下，埋深3.00~13.00m，揭露厚度1.20~9.00m，未揭露，-3场地西南部（ZK17）未揭露。天然密度2.03g/cm，天然含水率1.8%，青灰色、灰白色，干燥，中密~密实状态。场地地基土在强夯影响深度内主要为粉质粘土，其地质条件适合强夯法进行地基处理，且场地位于郊外，场地空旷，具备强夯施工的外部条件。2.1.3地下水埋藏情况、类型场地地下水为第四系孔隙水，据临近水井资料，水位埋深大于70m，地下水对建筑物基础无影响。2.1.4场地土冻胀性评价场地低液限粘土天然含水率3.9%~27.8%，平均11.8%，塑限11.0%~20.7%，平均15.3%，依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）附录G判定，场地土冻胀评价见表2—2.11 新疆农业大学硕士学位论文表2-2土的冻胀性平均表冻胀冻胀冻前含水率ω（%）冻期地下水距冻面最小距离hw（m）等级类型ω≤ωρ+2﹥2.001不冻胀由表2-1可知，场地土不具冻胀性。但场地土本身为冻胀性土，在具备水分条件导致土壤含水率增大时（如绿化、灌溉等），仍需注意采取适当防冻措施。2.1.5场地土盐胀性评价根据勘察时采取的108组土化分样进行室内试验和依据《公路工程地质勘察规范》（JTGC20—2001）可知，飞行区中部场地土属非盐渍土，飞行区东部、西部和北部停机坪及工作区场地土属硫酸、亚硫酸型弱~中盐渍土。场地硫酸、亚硫酸型弱~中盐渍土Na2SO4含量0.182%~0.723%，小于1%，依据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）（2009版）可知，场地盐渍土不具盐胀性。2.2场地土湿陷性评价根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025—2004），对勘察采取的210组原状样试验成果分析可知跑道、停机坪场地湿陷类型为自重湿陷场地，建筑区场地湿陷类型为非自重湿陷性场地。场地低液限粘土及粉质粘土的湿陷等级Ⅱ（中等）~Ⅲ级（严重）。场地需要进行处理，以消除地基土湿陷性影响。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025—2004），场地内主要岩土工程问题为湿陷性黄土的问题。场区内土体均存在湿陷性，且大部分区域为自重湿陷性，由计算的总湿陷量可知，几乎所有的探坑的湿陷总量均大于沉降控制标准（200mm），且最大的湿陷总量为1189mm，湿陷程度很严重。综上所述，石河子机场湿陷性问题很严重，如处理不当，可能会导致严重的地基湿陷性沉降与不均匀沉降，同时，本机场土石方填筑工程量大，如填筑工程方法及施工参12 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析数选择不当，易出现填筑质量问题或者投资浪费现象。2.3地基处理方法2.3.1常见的地基处理方法（1）、强夯法适用范围：强夯法已较广泛地应用于房屋、仓库、油罐、工业设备、公路、铁路、桥梁、机场跑道、港口码头等工程的地基加固，适用于碎石土、砂土、低饱和度土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土、素填土等。优缺点：①强夯法具有施工程序及装备简单、适用面广、节省材料（钢、木材、水泥）等，易于掌握、快速、经济、效果显著等优点。②单从经济效果比较，强夯法处理地基费用比桩基便宜2～4倍。③强夯加固法存在的一般问题，主要是施工时振动和噪音大，对周围建筑物和环境带来影响。（2）、振动沉管灌注桩法概述：通过振动力将暂时堵住下端开口的桩管沉入到地基预定深度，然后向桩管内吊放钢筋笼并灌注混凝土，再用动力将桩管拔出发面，混凝土和钢筋留在地下形成的桩称为振动沉管灌注桩。振动沉管灌注桩适用于一般粘性土、淤泥或淤泥质土、砂土及人工填土等土。成桩长度可达25m，桩径可达60mm。振动沉管灌注桩已大量用于一般的工业与民用建筑，与的传统打入式钢筋混凝土预制桩相比，可以节约50%的钢筋，在相同承载力的情况下，造价一般可降低30%左右。优缺点：优点是与预制桩相比，可节约钢材，降低成本，减少噪音污染，与钻孔桩相比，施工工艺简单，速度快，无排污困扰。缺点是只能用于软土地基，桩径小，单桩承载力低。(3)、螺旋钻孔压浆成桩法概述：螺旋钻孔压浆桩是用长螺旋钻孔机，一次钻孔至设计的桩端深度，在提钻的同时向孔内注入按设计要求制备的水泥浆，注浆提钻后，向孔内安放钢筋笼并加入碎石，再经多次补浆面形成的无砂混凝土桩体。适用范围：该技术适用于填土、粘性土、粉土、砂土以及碎石类等地层的桩基工程。13 新疆农业大学硕士学位论文优缺点：优点为承载力比同尺寸的钻也桩或预制桩高；施工速度快成桩效率高，比普通桩可提高50%；无振动、低噪音、无污染适合城市基建及改、扩建工程；在地下水位以下砂、卵石等易塌孔的地层成桩时不需采取专门护壁措施。缺点为施工不当往往会引起浆液外溢；如水灰比掌握不好可影响桩体质量。(4)、钻孔灌注桩法概述：凡以机械回转钻进成孔，然后向孔中灌筑混凝土或钢筋混凝土所成的桩，都叫做钻孔灌注桩。按照成孔工艺特点，可分为正循环回转钻进、反循环回转钻进、无循环螺旋钻进三大类，各大类均有其自身的适用范围及优缺点。优缺点：优点是适应性广，适合在各种地层中施工，桩长、桩径选择范围大，单桩承载力高，与预制桩相比，可节约钢材，降低成本，施工噪音小，适合在建筑密集的市区施工。缺点是施工工艺比较复杂，影响质量的因素较多，施工质量难以控制，排污量大有时难以处置。（5）、人工挖孔灌注桩法概述：大直径人工挖孔灌注桩，以人工挖掘成孔，配以相应的提升运土工具，达到设计深度后，下入钢筋笼并灌注混凝土形成的桩。适用范围：挖孔桩最小直径为800mm，单桩承载力可达几千KN，甚至上万KN，从工程角度考虑，对于承受较大荷载的一些大型工业建筑和城市高层建（构）筑物，采用这类桩型能充分发挥大直径灌注桩承载力高的优势。该桩主要适用于无水或渗水量较小的填土、粘性土、粉土、砂土、风化岩地层。当穿越流砂、淤泥、松散砂土等易坍塌地层必须采取井壁护圈支护措施。对于地下水位以下，涌水量大的以及水头压力大和地下有瓦斯、沼气等有害气体的地层不宜采用这类桩型。从区域方面来看，由于北方地下水位较低，采用这种桩比南方要多。优缺点：优点为单桩承载力高，充分发挥桩端土的端承力。单桩可以承受几千KN乃至几万KN荷载，能满足高层建筑及重型设备基础的需要。嵌入地层一定深度，抗震性能好；挖孔桩成孔直径，施工时下放钢筋笼方便，桩底虚土厚度清理较彻底，为提高单桩承载力打下了基础；人工开挖，质量易于保证。在机械成孔困难狭窄地区亦能顺利成孔；当土质复杂时，可以边挖掘边用肉眼验证土质情况；无噪音，无振动，无废泥浆14 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析排出等公害；可利用多人同时进行若干根桩施工，桩底部易于扩大。缺点为挖孔桩直径大，每m3混凝土所提供的承载力比小直径灌注桩小，因而混凝土用量较大；人工消耗较大，人工开挖效率低；在扩底时往往因支护方案不当，造成扩底部位土层坍方。通过上面几种地基处理方法的适用范围和优缺点的对比，石河子机场更适合使用强夯及碾压法进行地基处理。2.3.2强夯法（1）、强夯法的试验目的通过现场强夯试验（包括强夯施工及处理效果检测），在选定的强夯施工参数（能级、夯点间距、夯击遍数及强夯间隔时间等）条件下，通过室内土工试验和现场原位试验对地基处理效果进行检测，得出地基湿陷性的消除和各强夯能级对消除地基湿陷性的有效深度。（2）、强夯法的试验检测项目施工前检测项目包括：由室内试验检测的指标应包括基本物理性质指标、界限含水率试验、渗透试验、压缩试验（需测定指标有压缩模量、湿陷系数、自重湿陷系数、起始湿陷力等）：由现场原位测试检测的指标应包括标贯击数、波速测试；施工后的检测项目包括：施工前所检测的项目，且还应增加颗粒级配、CBR、反应模量的检测。检测及取样频次：平面分布上，每单独区块（按能级计）不少于3点，应尽量在区块中心位置选取，且夯坑位置、非夯坑位置均应涉及：竖向分布上，取样或测试深度应不小于相应的处理深度，室内试验取样频次沿深度方向间隔为每1m。侵水试验：检测完成后应在场地中心位置选择一块面积不小于2m×2m区块进行侵水试验，侵水试验应记录湿陷沉降量、渗水量与试验时间的关系曲线图，试验后取样进行室内试验，确定渗水影响深度和影响深度内土体的物理力学性质情况。（3）、强夯施工的设备选择的要求①起重机：根据设计要求的强夯能级，选用带有自动脱钩装置、与夯锤质量和落距相匹配的履带式起重机或其它专用设备，本次强夯中选择W1001履带式起重机，其具15 新疆农业大学硕士学位论文有稳定性好，行走方便等优点；②夯锤：夯锤底面宜为圆形，锤底均匀设置4排气孔，强夯置换夯锤在周边设置排气槽。强夯锤锤底静接地压力宜为20kPa~80kPa，强夯置换锤锤底静接地压力宜为100kPa~300kPa；③自动脱钩装置：应具有足够的强度和耐久性，且施工灵活、易于操作。④推土机：是强夯法必不可少的辅助机械，作为场地整平压实之用。2.3.3碾压垫层法（1）、碾压垫层法的试验目的通过现场试验，了解飞行区挖方土料压实特性，确定其作为道槽区填料的适宜性，并优化松铺厚度、压实遍数、松铺系数等施工参数，提出相应的质量控制标准。(2)、碾压垫层法的试验检测项目现场检测项目：包括压实度、颗粒级配。压实度试验在碾压过程不同碾压遍数均应检测，颗粒级配试验应在碾压试验前进行。室内试验项目：包括界限含水率试验，重型击实试验、加州承载比实验（CBR）、反应模量实验。界限含水率试验、重型击实试验应在碾压试验前进行，确定填料最大干密度、最优含水率；加州承载比实验（CBR）、反应模量实验在碾压过程不同碾压遍数均应检测。16 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析第三章地区处理的现场试验方法根据场地情况，本次试验采用了二种试验方法，分别为强夯法和碾压垫层法。3.1强夯现场试验3.1.1强夯试验方案图3-1施工平面示意图根据设计初步设计文件，场区内湿陷性土层采取强夯法进行处理，厂区施工平面示意图如图3-1所示，拟定的强夯设计参数如表3-1所示，开始场地共16块，强夯能级分别采用3000kN·m（满夯1000kN·m）、2500kN·m（满夯1000kN·m）、2000kN·m（满夯1000kN·m）、1500kN·m（满夯1000kN·m）及2500kN·m（满夯800kN·m）、2000kN·m（满夯800kN·m）、1500kN·m（满夯800kN·m）、1000kN·m（满夯800kN·m），夯锤间距分别为2D和2.5D，对应的处理深度为6m、5m及3m。后又增加了2块场地，强夯能级采用了6000kN·m和4000kN·m，总共场地为18块。部分强夯参数示意图见下图：17 新疆农业大学硕士学位论文3000KN·m、2000KN·m点夯+1000KN·m满夯，2500KN·m点夯+1000KN·m满夯第一遍点夯布置点第二遍点夯布置点图3-2强夯参数示意图6000、4000、2000、KN·m点夯+1000KN·m满夯2500、1500KN·m点夯+800KN·m满夯点夯布置点图3-3强夯参数示意图18 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析表3-1初步设计方案强夯处理参数表夯点夯点夯击单点最后二击夯型间距布置遍数击数平均夯沉量（cm）点夯4.5m正方形2遍10~12≤5d/4满夯搭接型1遍4~5≤5搭接表3-2强夯试验参数组合表夯锤间距夯击遍数试验区块数强夯能级（KN·m）（D锤径）（遍）（个）1000~60002.0/2.51/216根据表3-1，可进行优化的参数有夯击能、夯点间距、夯击遍数，以及点夯与夯、点夯与满夯、强夯完成后检测之间的间隔时间，因此，各参数组合下，拟开展5（能级）×2（夯锤间距）×2（夯击遍数）组试验，由于夯击遍数为1遍时，间距不宜过大，因此当夯击遍数为1遍时夯锤间距仅为一组；强夯能级小时，强夯夯锤间距不宜过大，因此当夯击能小于1000是不适合进行较大夯锤间距的组合参数。强夯施工过程中：(1)、强夯施工前应进行标准贯入试验、波速测试、探坑取样进行室内试验，作为基础数据，用于强夯前后的土体各项工程指标的对比。(2)、强夯施工中，应进行孔隙水压力的监测，根据超孔隙水压力消散程度确定每遍点夯之间、点夯与满夯之间、强夯施工结束于效果检测之间的间隔时间。(3)、强夯施工中，应有每次夯击时的夯沉量、周边土体的隆起量以及强夯完成后总的夯沉量的详细记录。(4)、强夯施工后，应进行标准贯入试验、波速测试、探坑取样进行室内试验，与强夯前数据进行对比，确定强夯后土基是否满足土石方工程中对道槽区土基的相关要求，19 新疆农业大学硕士学位论文最终进行侵水试验，观测地基湿陷沉降量、土体渗水情况3.1.2施工步骤现场强夯法施工的步骤（施工现场情况见图3-4,3-5）：(1)、清理并平整强夯施工场地；（2）、施工前应先铺设垫层，使在地表形成硬层，用以支承起重设备，确保机械通行和施工。同时可加大地下水和表层面的距离，防止夯击的效率降低;（3）、标出第一遍夯击点的位置，并测量场地标高；（4）、起重机就位，使夯锤对准夯点位置；（5）、测得夯锤的落距；（6）、将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤顶高程；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；(7)、开始按照设计规定的夯击次数进行强夯；(8)、用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；(9)、在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击点的夯击遍数，最后用设计的低能量满夯，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。图3-4强夯现场施工照片20 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析图3-5强夯现场施工照片3.1.3处理效果的判断标准(1)、取样或测试深度范围内，强夯后土体相关试验指标比强夯前是否有明显改善；(2)、表层一定深度范围内土体压实度、CBR、反应模量符合道槽区土基的设计要求；(3)、取样深度范围内，湿陷系数、自重湿陷系数是否小于0.015，或大气影响深度（也可采用由浸水确定的渗水影响深度）范围内计算的总湿陷沉降量是否小于道槽区沉降控制标准（20cm）；(4)、浸水试验中，总沉降量是否小于20cm，地基处理深度范围内土层渗透性是否明显改善。3.1.4结论强夯法所用设备简单，原理直观、适用范围广泛，对于加固湿陷性黄土具有加固速度快、施工简便、效果好、投资少等优点。21 新疆农业大学硕士学位论文3.2碾压试验3.2.1碾压试验方案为确定大面积施工的填筑控制指标，根据地勘报告提供的料场土料的室内击实试验参数，确定各料场土料的压实标准、控制压实度、控制含水量等技术参数，同时为研究挖方区土料不同碾压层厚、不同碾压遍数情况下的压实特性，计划在3个区块开展4组试验（根据3种铺土厚度开展3组，再利用最佳铺填厚度开展1组验证试验），根据现场情况可适当调整。碾压方式优先使用平碾，若平碾后土基可满足道槽区相关要求，冲碾试验可取消。碾压试验参数组合如表3-3和表3-4.表3-3土料填筑试验（冲碾）参数组合表试验条块尺碾压机铺土厚度碾压遍数行车速度试验土料寸具（cm）（遍）（km/hr）（m·m）场区内挖方区挖平碾30/40/50122~350×50出的土料表3-4土料填筑试验（平碾）参数组合表试验条块尺碾压机铺土厚度碾压遍数行车速度试验土料寸具（cm）（遍）（km/hr）（m·m）25（铺土厚度场区内挖方区挖冲碾60/80/10060cm），30（铺土10~1550×50出的土料厚度80、100cm）碾压前应先进行室内试验确定土料最大干密度、最优含水率、颗粒级配等基本指标，碾压过程中应进行标高测量和原地基沉降测量，以计算填料碾压压缩量，碾压后的检测项目包括压实度、反应模量试验。22 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析3.2.2碾压试验施工步骤碾压试验施工步骤（碾压试验情况见图3-6,3-7）(1)、当碾压试验区在强夯区时，必须待强夯施工完成且检测符合要求后，才能开展碾压试验。(2)、当碾压试验在其他土面区时，虽然根据初步设计方案，土面区可不清表层土，但由于表层土工程性能一般较差，且分布不均匀，碾压施工原地基容易产生较大的不均匀沉降，对试验结果造成一定的误差，因此在碾压施工前，仍考虑清除表层杂填土、耕植土等不利于碾压试验进行的土层。(3)、本次碾压试验主要考察对象全厂区内挖方填料区，试验目的为验证该土料的压实特性以及作为道槽区填料的适宜性，因此在试验场次安排上，应首先安排平碾铺填厚度较薄的组别，（1）当结果表明其不适宜作为道槽区填料时，平碾铺填厚度较厚的组别取消，直接进行冲碾试验；（2）反之，则取消冲碾试验，进行平碾厚度较厚的组别。(4)、试验开始前，应确保场地平整，并测得试验前场地平均标高，并根据场地面积和虚铺厚度，计算出场地所需虚铺土方量。同时要求填料必须级配良好，填料尽量接近最优含水率。(5)、将该方量土方运至试验区并推平，复核场地平均标高后开始碾压施工。碾压施工过程中，分别在平碾遍数为0、2、4、6、8、10、12遍，冲碾遍数为0、5、10、15、20、25、30遍时进行场地标高测量、压实度、反应模量的检测。(6)、通过标高计算填料碾压压缩量时，应注意扣除因碾压造成的原地基沉降量，通过设置沉降板进行观测。23 新疆农业大学硕士学位论文图3-6碾压现场施工照片图3-7碾压现场施工照片24 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析3.2.3碾压效果的判断标准碾压区最大碾压遍数完成后，应测得填筑体压实度、反应模量是否符合道槽区土基设计的相关要求。3.2.4结论(1).采用冲击碾压技术处理石河子机场跑道地基是可行的，能够实现预期的强度、承载力和差异沉降控制等技术要求。(2).在碾压次数逐渐增加的过程中，地基沉降变形先快后慢，逐渐均匀密实。(3).冲击碾压后，地基反应模量提高幅度较大。25 新疆农业大学硕士学位论文第四章地基处理效果检测及评价4.1标准贯入试验和重型动力触探试验检测及评价标准贯入试验（简称标贯试验）采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击（下图为标准贯入实验现场照片），贯入器打入土中15cm后，开始记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N。重型动力触探试验也采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击，穿心锤自由落距76cm，记录每贯入土层10cm的锤击数N。现场标贯试验情况见图4-1.图4-1标贯试验现场照片26 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析经18块场地135组强夯前后的标贯试验数据见表4-1：表4-1部分强夯前后标贯和动弹击数对比表夯前击数夯后击数夯前击数夯后击数强夯能级夯锤间距（0-3m）（0-3m）（3m以下）（3m以下）（kN·m）（D）NNNN27~209~3211~2912~3610002.57~207~3211~2915~3627~2012~3611~2929~5720002.57~2015~3511~2927~5327~2024~3711~2933~5730002.57~2026~3611~2942~6327~2032~4211~2959~7740002.57~2032~4211~2956~7627~2036~5711~2962~8860002.57~2036~5811~2960~83通过表4-1数据得出，18块强夯区经强夯加固后，在检测范围内，粉质粘土0-3m强夯前3~22击，强夯后9~58击，3m以下强夯前9~25击，强夯后12~88击，经过强夯处理后击数有所增加，强夯处理起到了一定的作用。而且从试验数据中可以明显看出强夯加固的影响深度主要是由强夯能级来控制的，夯锤间距对强夯加固的影响深度影响不大。4.2湿陷性检验及评价测定黄土湿陷性的试验，本文采取了室内压缩试验、现场静载荷试验和渗透试验三种。27 新疆农业大学硕士学位论文4.2.1室内土工压缩试验及评价在石河子机场扩建工程施工场地内，在进行强夯能级6000kN·m、4000kN·m、3000kN·m，2000kN·m和1000kN·m的18块场地中夯前共取了296组细粒土，夯后共取了260组细粒土，进行室内土工试验，取得岩土测试参数进行对比（见表4-2和表4-3）。本次主要对比的是夯击前后土层的密实度，干密度，压缩系数，含水率，湿陷系数。1000kN·m、2000kN·m和3000kN·m强夯区在含水量3.3~28.2%范围内，经二遍强夯加固后，在检测范围0~3m以内湿陷系数（δs）小于了0.015，湿陷性全部消除，3~6m除个别点湿陷性没消除外，其它点基本消除；1000kN·m、2000kN·m和3000kN·m能级强夯消除湿陷性的影响深度约为3m、5m和6m。4000kN·m强夯区在含水量6.7~10.6%范围内，经二遍强夯加固后，在检测范围0~3m以内湿陷系数（δs）小于了0.015，湿陷性全部消除，3~4m除个别点湿陷性没消除外，其它点基本消除；4000kN·m能级强夯消除湿陷性的影响深度约为3m。6000kN·m强夯区在含水量6.7~11.0%范围内，经二遍强夯加固后，在检测范围0~5m以内湿陷系数（δs）小于了0.015，湿陷性除个别点外基本消除，5~6m湿陷性由强湿陷性转为中等湿陷，有明显的改善；6000kN·m能级强夯消除湿陷性的影响深度为5m。由于6000kN·m强夯场地内含建筑垃圾，可能导致强夯的影响深度有所变化。通过上面数据可以得出，强夯能级在1000kN·m、2000kN·m和3000kN·m随着强夯能级的增加，加固深度也有明显增加，而当强夯能级达到4000kN·m，甚至6000kN·m时，对上层0-5m的湿陷性可以达到全部消除，对5m以下的范围，湿陷性为部分消除，有些由强湿陷性转为中等湿陷，影响深度没有很明显的增加，可能是由于5m以下为圆砾层，强夯加固对圆砾层的影响不大导致的。28 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析表4-21000kN·m场地强夯前后岩土参数对比表干密度（ρd/土层状态密实度(ρ)含水率（%）压缩系数湿陷系数（δs）（g·cm-3））夯前1.66~1.861.44~1.736.5~20.20.14~0.750.012~0.091农田区夯后1.78~1.921.62~1.783.3~18.70.12~0.450.001~0.024非农田夯前1.40~1.741.20~1.553.80~17.70.09~0.480.026~0.188区夯后1.47~1.881.35~1.752.3~20.70.10~0.380.004~0.067表4-32000kN·m场地强夯前后岩土参数对比表干密度（ρd/土层状态密实度(ρ)含水率（%）压缩系数湿陷系数（δs）（g·cm-3））夯前1.72~1.861.42~1.636.50~22.20.09~0.650.015~0.081农田区夯后1.84~2.021.60~1.875.3~18.70.16~0.420.001~0.024非农田夯前1.52~1.641.20~1.554.80~20.70.12~0.480.018~0.108区夯后1.49~1.861.45~1.662.1~18.70.06~0.280.008~0.065表4-43000kN·m场地强夯前后岩土参数对比表干密度（ρd/土层状态密实度(ρ)含水率（%）压缩系数湿陷系数（δs）（g·cm-3））夯前1.45~1.831.34~1.737.50~21.20.14~0.750.015~0.085农田区夯后1.78~2.091.50~1.873.3~16.70.12~0.450.001~0.014非农田夯前1.56~1.621.22~1.523.80~16.70.12~0.480.032~0.168区夯后1.62~1.841.38~1.732.8~15.70.10~0.380.004~0.05829 新疆农业大学硕士学位论文表4-54000kN·m场地强夯前后岩土参数对比表干密度（ρd/状态密实度(ρ)含水率（%）压缩系数湿陷系数（δs）（g·cm-3））夯前1.52~1.761.23~1.563.00~17.00.09~0.370.012~0.045夯后1.76~2.081.67~1.951.2~12.20.10~0.250.000~0.018表4-66000kN·m场地强夯前后岩土参数对比表干密度（ρd/状态密实度(ρ)含水率（%）压缩系数湿陷系数（δs）（g·cm-3））夯前1.41~1.811.33~1.625.00~14.00.09~0.570.015~0.065夯后1.66~2.111.57~1.951.2~10.20.10~0.270.000~0.011通过表4-2到表4-6得出，场地夯前湿陷系数（δs）大于0.015，为湿陷性黄土。使用强夯法加固后，湿陷系数（δs）在0-3m范围内基本小于了0.015，消除了湿陷性。对于粉质粘土和圆砾，采用强夯法加固地基后，土层强度和土性参数提高了很多，湿陷系数基本消除，强夯能级6000kN·m和4000kN·m的场地密实度，干密度，含水率、压缩系数和湿陷系数比3000kN·m、2000kN·m和1000kN·m16块场地强夯后变化更加明显。这也说明了强夯的影响深度随着强夯能级的增大，加固效果更加明显。强夯过后的承载力特征值满足地基设计承载力要求。4.2.2现场静载荷试验及评价在现场6000kN·m、4000kN·m2块场地中测定湿陷性黄土的湿陷起始压力，本工程采用双线法载荷试验。(1)在同一场地的相邻地段的相同标高下，设置2个静力荷载试验。其中一个设在天然湿度的土层上，然后分级加压，加至到规定压力，等到下沉稳定后，测得数据，试验终止；另1个设在浸水饱和的土层上，然后分级加压，加至到规定压力，等到附加下沉30 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析稳定后，测得数据，试验终止。(2)在现场采用静力荷载试验测定湿陷性黄土的湿陷起始压力时还应符合下列要求。2a．承压板的底面积为0.50m，试坑直径应为承压板直径的3倍，安装载荷试验设备时，注意保持试验湿陷性土层的天然湿度和原状结构，压板面底下应用10~15mm厚的粗砂或中砂进行找平。b．每级加压增量不得大于25kPa，试验终止压力不得小于200kPa。c．每级加压后，按每隔15、15、15、15min各测得和读取1次下沉量，以后为每隔30min观测和读取一次，当试验连续进行2小时内，每1小时的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋近稳定，可以加下一级压力进行试验。通过试验得到以下数据：强夯区4000kN·m，2组天然状态载荷试验最大沉降量为3.03-6.05mm，稳定时间15-16小时。2组浸水载荷试验最大沉降量为7.62-24.60mm，稳定时间达23.5-80小时。在2组浸水载荷试验中，其中一组第一级载荷下沉降就达4.24mm，稳定时间长达13小时，8级荷载过后，累计沉降量达24.60mm，累计稳定时间80小时，于天然状态下载荷试验相比，有明显的湿陷量。2组天然状态载荷试验第8级荷载稳定后，做了浸水试验，湿陷量分别为2.85mm和3.85mm强夯区6000kN·m，2组天然状态载荷试验最大沉降量为5.43-8.21mm，稳定时间16-18小时。2组浸水载荷试验最大沉降量为32.85-45.44mm，稳定时间65.5-78.5小时。与天然状态下荷载试验相比，也有明显的湿陷量。其中一组浸水载荷试验第一级载荷沉降为8.37mm，第二级载荷沉降量达25.62mm，明显大于4000kN·m强夯区沉降量。2组天然状态下在8级荷载稳定后也进行了浸水试验，湿陷量达3.99-8.67mm。通过载荷试验数据得出，通过强夯法处理地基后，静荷载试验的到的数据显示场地的湿陷性基本消除，符合强夯处理效果的判断标准。还表明强夯能级的增加对载荷试验的最大沉降量没有很大的影响。而且强夯区6000kN·m还没有4000kN·m的场地处理效果好，可能是由于6000kN·m的影响深度下面的场地中含有建筑垃圾和下层多为圆砾层造成的。31 新疆农业大学硕士学位论文4.2.3渗透试验及评价在本次试验分析中选择了6000kN·m、4000kN·m2块场地进行了渗透试验分析，渗透试验的方法采用变水头渗透试验。具体的试验步骤为：(1)将装有试样的环刀放入渗透容器中，用螺母旋紧，密封，使其达到不漏水不漏气。对不易透水的试样，按规范规定进行抽气使其饱和；对饱和的试样和较易透水的试样，直接用变水头装置的水头进行试样饱和。（2）将渗透容器的进水口与变水头管连接，利用供水瓶中的纯水向进水管注水至满，使其渗入渗透容器，开启排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出的水中没有气泡，关闭排水阀，放平渗透容器，关闭进水管夹。（3）向变水头管中注入纯水。使水位升至预定高度，水头高度根据试样结构的疏松程度，确定一般不应大于2米，待到水位稳定后切断水源，开启进水管夹，使水通过试样，当出水口有水溢出时开始测记变水头管中起始水头高度和起始时间，按设计的预定时间间隔测量并记录水头和时间的变化，并测量和记录出水口的水温。（4）将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化，重复进行该试验5到6次。当不同高度开始水头下测定的渗透系数在允许差值范围内时，整理记录的数据，结束试验。表4-7部分强夯前后渗透系数对比表渗透系数×kt（cm/m）渗透系数×kt（cm/m）孔号深度（m）夯前夯后-5-81.0-1.23.55×107.43×10-5-82.0-2.27.07×109.67×10-5-73.0-3.28.50×103.06×101—6—1-5-74.0-4.27.20×104.25×10-5-75.0-5.23.65×106.64×10-4-66.0-6.21.89×101.24×10-5-81.0-1.22.67×105.43×10-5-82.0-2.21.24×109.44×102—6—2-5-83.0-3.21.25×108.71×10-6-74.0-4.24.33×107.79×1032 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析渗透系数×kt（cm/m）渗透系数×kt（cm/m）孔号深度（m）夯前夯后-5-75.0-5.25.82×108.21×102—6—2-5-66.0-6.22.28×101.14×10-6-81.0-1.26.58×105.79×10-6-82.0-2.26.75×108.92×10-6-73.0-3.23.67×101.47×103—6—3-6-74.0-4.25.01×101.98×10-5-75.0-5.25.22×106.40×10-5-66.0-6.21.10×101.24×10-5-81.0-1.23.76×105.34×10-5-82.0-2.22.41×108.15×10-5-83.0-3.23.21×109.12×104—6—2-6-74.0-4.25.49×108.78×10-5-75.0-5.24.83×109.33×10-5-66.0-6.23.42×102.21×10-6-81.0-1.21.64×105.54×10-5-82.0-2.23.19×107.65×105—4—1-5-73.0-3.23.71×108.85×10-5-74.0-4.22.51×108.26×10-6-81.0-1.22.61×106.74×10-6-82.0-2.25.45×108.55×106—4—2-6-73.0-3.28.58×101.47×10-5-74.0-4.27.03×101.28×10-5-81.0-1.23.27×105.51×10-5-82.0-2.22.61×104.08×107—4—3-6-83.0-3.27.51×108.93×10-6-74.0-4.29.14×102.14×10-5-81.0-1.25.45×104.67×10-5-82.0-2.23.21×105.18×108—4—4-6-83.0-3.26.41×107.91×10-6-74.0-4.28.34×103.15×1033 新疆农业大学硕士学位论文通过表4-7得出，6000kN·m强夯能级加固的在0-5m的渗透系数变化非常明显，5-6.2m的渗透系数变化不明显，4000kN·m强夯能级加固的在0-3m的渗透系数变化非常明显，3-4.2m的渗透系数变化不明显，这说明6000kN·m强夯能级的影响深度约为5m，4000kN·m强夯能级的影响深度约为3m。这也说明6000kN·m强夯能级对于湿陷性消除的深度为5m以上，4000kN·m强夯能级对于湿陷性消除的深度约为3m以上。采用强夯法加固地基后，在处理深度范围内渗透系数明显降低，加固效果十分显著，满足了地基设计承载力要求。4.3波速试验检验及评价本次测试工作选用Pds-LV无限面波仪和配套解释软件。工作方法：试验在工作现场首先进行工作方法试验，选取最佳工作方案：(1)、激发方法使用锤击法，用24磅的大锤，衬铁采用20×20（cm），厚1.5cm的钢板，炮检距采用范围为3—7m；（2）、接收方法为使用12道，道间距为1m检波器；（3）、仪器参数设置方法为采用间隔为0.3ms、0.5ms的。根据设计要求，在场地中的126个点进行了面波法波速测试工作。波速测试采用了瞬态面波法。以下是在18块场地中各取了1个点的夯前和夯后的波速对比图。图4-2场地1强夯前后对比图图4-3场地2强夯前后对比图34 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析图4-4场地3强夯前后对比图图4-5场地4强夯前后对比图图4-6场地5强夯前后对比图图4-7场地6强夯前后对比图图4-8场地7强夯前后对比图图4-9场地8强夯前后对比图图4-10场地9强夯前后对比图图4-11场地10强夯前后对比图35 新疆农业大学硕士学位论文图4-12场地11强夯前后对比图图4-13场地12强夯前后对比图图4-14场地13强夯前后对比图图4-15场地14强夯前后对比图图4-16场地15强夯前后对比图图4-17场地16强夯前后对比图图4-18场地17强夯前后对比图图4-19场地18强夯前后对比图36 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析从图4-2到4-19中可以看出场地经过强夯作用后波速值有了一定的变化，起到了一定的作用。4.4反应模量检验及评价（1）、计算公式Ku=PB/0.00127式中3Ku——现场测得的土基反应模量（MN/m）；PB——承载板下沉量为0.127cm时所对应的单位面积压力（MPa）（2）、不利季节修正计算将现场测得的土基反应模量Ku换算成不利季节的土基反应模量，K0=d·Ku/du式中d——现场原样试件在0.07MPa压力下的下沉量（cm），在实验室用固结仪测得；du——现场试件浸水饱和后在0.07MPa压力下的下沉量（cm），在实验室用固结仪测得。表4-8碾压区地基反应模量ddu3位移不利季节弯沉仪平均荷（0.（0.表整理下沉量Ku修正反应标号d/du整理所载301mm01mm所得值（m）（MN/m）模量Ko得值（MPa）（MPa）3））（MPa）（MN/m）40cm37.438.30.980.090.0480.06900.0012754.33153.0594%-140cm37.438.30.980.1120.0830.09750.0012776.77274.9794%-240cm37.438.30.980.1580.1290.14350.00127112.992110.3494%-337 新疆农业大学硕士学位论文50cm33.133.90.980.1120.0210.06650.0012752.36251.1393%-150cm33.133.90.980.0920.020.05600.0012744.09443.0593%-250cm33.133.90.980.0380.0520.04500.0012736.43334.6093%-3表4-9强夯区地基反应模量ddu3位移弯沉仪不利季节平均荷Ku（0.（0.表整理整理所下沉量修正反应3标号d/du载（MN/m01mm01mm所得值得值（m）模量Ko（MPa））3））（MPa）（MPa）（MN/m）4000KN-140.592.10.440.0440.0210.03250.0012725.59111.254000KN-240.592.10.440.0840.070.07700.0012760.63026.666000KN-134.335.40.970.0420.0290.03550.0012727.95327.086000KN-234.335.40.970.0590.0470.05300.0012741.73240.44通过以上数据可以看出，场地经过强夯和碾压作用后反应模量达到了道槽土的设计要求。也体现出了土的压缩变形越小，土的压缩性越低。38 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析第五章结论与展望5.1结论本论文的内容，主要是从不同角度对强夯夯实情况进行了分析和评价，得出了以下结论。（1）、该工程采用强夯法加固地基，加固效果良好，施工简单，经济实用。（2）、强夯法加固地基，能量的主要消耗集中在垂直方向上，所以对低液限粘土的加固效果明显，土体的各项指标的提高效果明显。（3）、强夯能级在1000kN·m、2000kN·m和3000kN·m随着强夯能级的增加，加固深度也有明显增加，而当强夯能级达到4000kN·m，甚至6000kN·m后，对上层0-5m的湿陷性可以达到全部消除，对5m以下的范围，湿陷性为部分消除，其他点的湿陷性由强湿陷性转为中等湿陷，影响深度没有很明显的增加，可能是由于5m以下为圆砾层，强夯加固对圆砾层的影响不大导致的。（4）、场地夯前湿陷系数（δs）大于0.015，为湿陷性黄土。使用强夯法加固后，湿陷系数（δs）在0-3m范围内基本小于了0.015，消除了湿陷性。对于粉质粘土，采用强夯法加固地基后，土层强度和土性参数提高了很多，湿陷系数基本消除，强夯能级6000kN·m和4000kN·m的场地密实度，干密度，含水率、压缩系数和湿陷系数比3000kN·m、2000kN·m和1000kN·m16块场地强夯后变化更加明显。这也说明了强夯的影响深度随着强夯能级的增大，加固效果更加明显。强夯过后的承载力特征值满足地基设计承载力要求。（5）、通过载荷试验数据得出，通过强夯法处理地基后，静荷载试验的到的数据显示场地的湿陷性基本消除，符合强夯处理效果的判断标准。还表明强夯能级的增加对载荷试验的最大沉降量没有很大的影响。（6）、6000kN·m强夯能级加固的在0-5m的渗透系数变化非常明显，5-6.2m的渗透系数变化不明显，4000kN·m强夯能级加固的在0-3m的渗透系数变化非常明显，3-4.2m的渗透系数变化不明显，这说明6000kN·m强夯能级的影响深度为5m，4000kN·m强夯能级的影响深度为3m。这也说明6000kN·m强夯能级对于湿陷性消除的深度为5m39 新疆农业大学硕士学位论文以上，4000kN·m强夯能级对于湿陷性消除的深度约为3m以上。采用强夯法加固地基后，在处理深度范围内渗透系数明显降低，加固效果十分显著，满足了地基设计承载力要求。（7）、场地经过强夯作用后波速值有了一定的变化，说明地基处理效果明显。5.2展望通过本文对强夯法的研究，我们可以得出以下几点的展望：（1）、由于被加固土体的复杂多样性，以及强夯法加固地基的机理和设计目前没有统一的标准，故规范要求强夯施工前必须现场试验确定施工参数，如何用最简单的试验快速、准确的确定强夯的施工参数（夯击能、有效加固深度、有效加固宽度等）和检验强夯的加固效果具有实际意义，值得进行这方面的研究。（2）、强夯法补强加固路基还应有更广阔的前景，高速公路、高速铁路、机场、油库等对工后沉降要求较高的工程部位均可通过强夯法提高地基的承载力，大大降低或基本消除工后沉降，这为上述工程的尽快投使用创造了时间经济效益。（3）、强夯冲击波作用下会导致砂土液化，能否利用这一特性对建设在砂土地基上的大型油库、粮仓等建筑物进行纠偏值得进行这方面的探讨。（4）、强夯过程中普遍存在土石飞溅现象，威胁到强夯施工人员及的安全，能否通过在夯锤周边设置一刃口，来减少土石飞溅，确保施工安全，值得实践。同时设置刃口能否使冲击波传播更有利于加固土体，值得进行这方面的研究。40 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析参考文献[1]周健.强夯理论的研究现状及最新技术发展[J].地下空间与工程学报2006.[2]徐至钧.强夯和强夯置换法加固基础[M].北京：械工业出版社，2004.[3]刘肖龙.强夯法施工技术[J].泸天化科技2011.[4]石贞文.地基处理中强夯施工的应用[J].经营管理者2011.[5]殷宗泽.土工原理[M].北京：中国水利水电出版社，2007.[6]GB/T50123-1999,土工试验方法标准[S].北京：中华人们共和国建设部，1999.[7]GB50021-2011,建筑地基处理技术规范[S].北京：中华人们共和国建设部，2011.[8]水伟厚，王铁宏，王亚凌，高能级强夯作用下地面变形试验研究[J].港土技术，2005，2[6]：50-52.[9]JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S].北京：中华人们共和国建设部，2002.[10]于海波,付崇明.地基强夯工程施工技术应用，2007.[11]焦勇,付光艳.地基处理-强夯法，2007.[12]闫续屏李锋瑞.浅谈强夯法处理地基，山西建筑，2007.[13]张利洁,聂文波,刘贵应,等.强夯效果浅析[J].土工基础,2002(1):75277.[14]周健,张思峰,贾敏才,等.强夯理论的研究现状及最新技术进展[J].地下空间与工程学报,2006(3):29230.[15]徐颖，强夯处理地基及工程实例分析，2007.[16]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京：中华人们共和国建设部，2002.[17]左名麒,朱树森.强夯法地基加固[M].北京:中国铁道出版社,1990.[18]张信贵,吴恒,易念平,欧鸥.基于土体细观结构的土质加固分类方法初步分析[J].工程地质学报,2005,13.[19]白新权.强夯法在软土地基中的应用[J].山西建筑,2005,31(15):89290.[20]黄熙龄,秦宝玟.地基基础的设计与计算[M].[21]尧义珉,吴定纬.强夯法处理地基[J].四川建筑,2006,26(4):7-10.41 新疆农业大学硕士学位论文[22]地基处理手册编写委员会.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.[23]工程地质手册[M].3版.中国建筑工业出版社.[24]缪林昌,刘松玉.振冲动力法加固地基的机理.东南大学学报,2001,(7):71～74.[25]孔令伟,袁建新.强夯法施工实践中加固深度问题浅析.岩土力学,2000,(1):76～80.[26]黄晓波,周立新.路基强夯处理孔隙水压力监测及参数确定.公路交通科技,2005,(12):58～61.42 -石河子机场强夯及碾压试验区地基处理效果分析致谢岁月如歌，光阴似箭，两年的研究生生活即将结束。经历了工作的喧嚣与坎坷，我深深体会到了写作论文时的那份宁静与思考。回首两年的求学历程，对那些引导我、帮助我、激励我的人，我心中充满了感激。首先要感谢导师张远芳教授，论文定题到写作定稿，倾注了张老师大量的心血。在我攻读硕士研究生期间，深深受益于张老师的关心、爱护和谆谆教导。她作为老师，点拨迷津，让人如沐春风；作为长辈，关怀备至，让人感念至深。能师从张老师，我为自己感到庆幸。在此谨向张老师表示我最诚挚的敬意和感谢！同时特别感谢的是我的父母。父母的养育之恩无以为报，他们是我十多年求学路上的坚强后盾，在我面临人生选择的迷茫之际，为我排忧解难，他们对我无私的爱与照顾是我不断前进的动力。43