那拉提机场预浸水效果分析2

那拉提机场预浸水效果分析

（《机场工程》2007年第四期）

关键词：预浸水法，自重湿陷性黄土，浸水效果

摘要：本文主要介绍了预浸水在那拉提机场处理湿陷性黄土自重湿陷阶段的施工情况，并对该方法在那拉提机场处理效果进行评价、分析。

一、概况

湿陷性黄土地基常用的处理方法:垫层法、夯实法（强夯和重夯）、挤密法、桩基础、预浸水法、单液硅化或碱液加固法。

预浸水法可用于处理湿陷性土层厚度大于10m、计算自重湿陷量不小于50cm的场地.施工前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等二、机场位置与规模

那拉提机场为旅游机场，位于新源县东部别斯托别克乡，距离新源县城约12km.机场南距乌孙山前约2km，北距巩乃斯河约7km，距Ⅲ级阶地前缘约1.2～1.5km，海拔高度920～940m。

场区地貌单元为巩乃斯河Ⅲ级阶地，该阶地拔河高度约为50m，地形相对较平坦，总的地势是东南高、西北低，坡度1～3‰，局部略有起伏。

场区中部有一条北西向冲沟，冲沟西南坡较陡，坡高4～8m，东北坡较缓；东侧有一近南北向的冲沟，宽约50m，下切深度一般为10～20m，至Ⅲ级阶地前缘达35m，主沟两侧支沟发育.

机场飞行区等级指标为3C，道面厚度28cm，跑道长2000m，宽45m，两侧各设1.5m宽道肩，总宽度为48m，设计机型为CRJ-200、ERJ-145、ART-72和MA-60的等支线飞机。

三、工程地质与水文地质

根据勘察报告，在勘察深度30m范围内，场地地层主要为上更新统风积物，按其岩性可划分为耕土、黄土状粉质粘土。从上至下为：①耕土（Q4ml）：灰黑色～黄褐色，厚度0.50～0.60m，该层土上部0.15～0.20m以灰黑色的腐殖土为主，富含植物根和蜗牛壳，有机质含量18.9～53.9g/kg，稍湿，松散；②黄土状粉质粘土（Q3eol）：黄褐色～灰黄色，风成相，埋深0.50～0.60m，最大可见厚度29.4m，上部含有少量植物根系及蜗牛壳，土质均匀，大孔隙发育，具垂直节理，可见白色菌丝，有少量钙质结核，稍湿～饱和状态，坚硬～可塑，为Ⅱ～Ⅳ级湿陷性黄土地基。

位于场地东缘的冲沟，水面宽度1.0～2.0m，水深0.2～0.4m，水量不大，最大洪峰流量约2.5m3/s。

场区地下水位埋深2.0～15m以上，地下水类型为孔隙水，地下水的补给来源主要为场区南侧乌孙山北坡山前径流补给。

四、气象条件

新源县地处中纬度地区，属大陆型温带气候，具有温和湿润、光照充足、昼夜温差大、降水较丰富的特点；降水的垂直分布较明显，山区降水大于平原，春夏多阵雨性天气和暴雨，冬季降雪丰沛。

降水：新源县年降水量267～832mm，县城为488mm，4~7月份降水量占年降水量的52%。

气温与日照：本地区最高气温为39.8℃，最低气温－32.0℃，1月气温最低，多年平均为－5.8～－14.8℃，7月气温最高，多年平均为16.8～22.0℃，气温年

较差27.5～28.7℃，日较差10.9～17.0℃，≥10℃的积温在2010～3440℃，全年

可日照时数4442h，实际日照时数为2400～2700h，日照百分率64～66%。

水面蒸发：多年平均为802mm。

风速及风向：平均风速2.0～3.5m/s，主导风向为西风和西南风。

无霜期、积雪、冻土深：平均无霜期为140～180d，始于4月末，止于9月

底；县城一带平均积雪日数为114～139d，平均积雪深200～300mm，最深670mm；

区域内冻土深度60～110cm。

五、工程地质分区

按勘察报告，根据不同区段地下水位和含水量的变化，将场区划分为4

个区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）（见附图1），各区的地下水位和含水量情况如下表：

地下水位划分的工程地质分区

分区ⅠⅡⅢⅣ平面部位中部冲沟西侧中部冲沟内中部冲沟东侧东南部地下水埋深（m）>15.0 2.0～6.0 7.0～9.0 >15.0

1.0～3.0m

ω（%）7.6～11.0 10.8～19.7 7.7～11.9 7.7～11.9 γ（g/cm3） 1.41～1.57 1.27～1.58 1.38～1.58 1.25～1.64

3.0～5.0m

ω（%） 2.6～12.1 12.6～20.5 12.6～22.3 8.6～14.9 γ（g/cm3） 1.32～1.53 1.43～1.66 1.38～1.88 1.40～1.61

>5.0m

ω（%） 2.3～11.1 12.4～29.9 21.6～31.6 5.5～28.2 γ（g/cm3） 1.35～1.58 1.58～2.06 1.92～1.99 1.46～1.98

天然与浸水状态下的承载力与压缩模量建议值

分区ⅠⅡⅢⅣ

天然状态

f k(kPa) 170 120 150 170 E0（MPa）10 6 7 9

饱和状态

f k(kPa) 75 50 75 75

E0（MPa） 5 4 5 5 各区段的湿陷类型和湿陷等级

分区ⅠⅡⅢⅣ

湿陷性土层厚度（m）11～15 4～5 3～7 5～13 Δs(cm) 41～125 24～39 16～35 33～73

Δzs(cm) 29～92 2～5 7～11 10～42

湿陷类型自重湿陷性非自重湿陷性自重湿陷性自重湿陷性

湿陷等级Ⅲ～Ⅳ级Ⅱ级Ⅱ～Ⅲ级Ⅲ～Ⅳ级

六、场区存在的主要工程地质问题：

1.属典型的自重湿陷性黄土地，湿陷性土层厚（＞15.0m）,湿陷得等级

高（非自重Ⅱ级~自重Ⅳ级）。

2.受场区中部冲沟影响，地下水位埋深差别大（2.0m~＞15.0m）,湿陷性

土层厚度为 3.0~15.0m以上，计算湿陷量差异大（Δs=16~125cm,

Δz s=2~92cm）。

3.浸水饱和状态下的地基土强度低（f k=50~75kPa）。

七、设计阶段地基处理试验结果分析

试验区选在跑道中心点西侧430m挖方区处。根据试验区勘察结果，试验区在湿陷性黄土的湿陷类型与等级为自重湿陷Ⅲ级。(附试验区位置示意

图)

试验共分4个试验小区，每个小区面积30m×30m,总面积为3600 m2。认为进水前试验区有：自重湿陷性，不均匀性，低含水量，大空隙、高压缩性，弱渗透性；经过预浸水试验认为：通过浸水可以有效的消除15m以内的自重湿陷性；但是通过浸水并不能改变土层的大空隙及高压缩性，同时由于含水量的增加，土层强度降低，必须通过强夯提高土层的强度并降低压缩性。

八、技术要求：

浸水后地基土原地面下15.0m的自重湿陷系数δzs≤0.015。

九、浸水实施过程：

1.推浸水坑:

对场区需浸水区域按地形标高情况,对跑道按约27.5m×30m的网格,设置浸水坑,站坪及联络道浸水坑尺寸根据地形和各具体地段尺寸确定，浸水坑深度约80cm。为保证浸水效果,浸水区域内基本平整,网格内高程高差均控制在10cm以内。全场共推浸水坑:99(A标段)+76(B标段) =175个。（附图1：浸水坑布置图）

2.挖浸水孔：

从2004年8月中旬挖至九月中旬人工挖浸水孔，浸水孔间距7m左右，深度控制在10m。浸水孔为矩形，大小约为52cm×90cm，共99×16(A标段)+76×16 (B标段) =26560个。在挖浸水孔时发现从P133+10～P153+3.5（浸水坑27～浸水坑50）段出现地下水位偏高现象。（附表1：浸水坑含水量检测记录）

浸水坑27～浸水坑50含水量检测记录

取样位置取样深度含水量备注

27浸水坑10m 26.1%

28浸水坑9.7m 20.4%

29浸水坑9.8m 20.8%

30浸水坑2m 13.5%

30浸水坑4m 19.0%

同一坑不同深度30浸水坑6m 23.1%

30浸水坑8m 25.6%

31浸水坑9.0m 23.9%

32浸水坑9.2m 23.1%

33浸水坑9.3m 25.9%

34浸水坑8.7m 22.7%

35浸水坑8.7m 30.3%

36浸水坑7.4m 27.4%

37浸水坑 2 m 14.0

37浸水坑 4 m 16.5

同一坑不同深度37浸水坑 6 m 26.0

37浸水坑8m 25.6

38浸水坑7.2m 23.1%

39浸水坑 6.5m 23.3%

40浸水坑 6.4m 27.3%

41浸水坑2m 13.8%

41浸水坑4m 18.5%

同一坑不同深度41浸水坑6m 26.8%

41浸水坑8m 26.1%

42浸水坑 6.4m 25.0%

43浸水坑 6.5m 27.0%

44浸水坑 6.4m 24.4%

45浸水坑 6.5m 27.9%

46浸水坑 6.4m 23.1%

47浸水坑2m 15.6%

47浸水坑4m 18.0%

同一坑不同深度47浸水坑6m 26.0%

47浸水坑8m 25.5%

48浸水坑 6.4m 25.5%

49浸水坑 6.1m 30.3%

50浸水坑 6.0m 25.5%

该段施工单位及时向甲方及设计单位提出该段不浸水的请求，即直接进行强

夯。但设计方根据前期勘测认为：该段虽从地面下最浅6m开始含水量较大，但

未消除0~15的自重湿陷，仍按原设计要求浸水，挖孔深度可降至6m。

3.浸水：

浸水工作从2004年9月27日~2004年11月20日实施。在每个浸水坑中心

位置浸水前设置一个沉降标。沉降标采用砼桩或小钢管（Φ100mm）。按设计要

求：为达到完全消除自重湿陷量的目的，浸水时间不宜过短，浸水时间均在20

天以上，每天早九时、晚九时对沉降标进行高程测量，详细记录沉降情况，待沉

降稳定后才能停止浸水，沉降稳定的控制标准为以最后5天浸水的平均湿陷量小

于5mm。（附填方区原地面沉降记录表）。

浸水坑号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 原地面高程927.502 928.123 928.741 928.497 929.794 928.99 930.645 929.975 930.761 930.902 浸水后地面高程927.421 927.976 928.653 928.152 929.79 928.879 930.231 929.709 930.389 930.549 沉降量0.081 0.147 0.088 0.345 0.004 0.111 0.414 0.266 0.372 0.353 浸水坑号11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 原地面高程931.282 931.438 931.437 931.843 931.635 931.398 931.078 931.157 930.841 930.733 浸水后地面高程930.798 931.073 931.064 931.389 931.38 931.398 931.053 931.146 930.841 930.73 沉降量0.484 0.365 0.373 0.454 0.255 0 0.025 0.011 0 0.003 浸水坑号21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 原地面高程930.467 930.481 929.961 930.065 929.651 930.122 929.308 930.112 929.339 929.849 浸水后地面高程930.45 930.47 929.96 930.06 929.65 930.12 929.288 930.11 929.35 929.84 沉降量0.017 0.011 0.001 0.005 0.001 0.002 0.02 0.002 -0.011 0.009 浸水坑号31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

原地面高程 929.208 929.773 929.268 929.938 929.529 929.974 929.645 929.893 929.945 930.149 浸水后地面高程

929.2 929.77 929.268 929.925 929.52 929.97 929.64 929.89 929.94 930.14 沉降量 0.008 0.003 0 0.013 0.009 0.004 0.005 0.003 0.005 0.009 浸水坑号 41

原地面高程 930.288 930.589 930.306 930.606 930.095 930.399 930.839 930.217 929.688 930.121 浸水后地面高程

930.28 930.58 930.25 930.606 930.064 930.371 930.832 930.152 929.68 930.051 沉降量 0.008 0.009 0.056 0

0.031 0.028 0.007 0.065 0.008 0.070 浸水坑号 51 52

原地面高程 929.892

930.3

浸水后地面高程

929.892 930.145 沉降量

0.155

填方区原地面浸水沉降量不大，效果不是很明显；挖方区沉降在38~48cm 范围内，最大沉降为55cm 。

4. 晾晒：

设计认为：在有良好晾晒条件时，晾晒时间不宜小于40天。从2004年12月21日~2005年6月10日晾晒, 良好晾晒条件天数（除去雨天20天）共约80天。挖方区原地面浸水晾晒后，基本达到了设计要求，但填方区原地面浸水晾晒后，含水量普遍较高，难以进行下一步强夯工作。

十、浸水后检测、效果分析：

1. 拟挖方区挖方浸水后消除自重湿陷性，符合设计要求（典型区域检测结

果）。拟挖方区(强夯前)地基含水量、湿陷性检测记录表

探坑号土样编号深度（m ）含水率（%）湿容重（g/cm 3）干容重（g/cm 3）自重/湿陷系数试验时间备

注开始2005.4.24 结束2005.4.24 50#

1 17.49 1.53 1.3 0.0015 10:30

22:30

（孔深

15.0m ） 2

3 17.1 1.5 1.28 0.0087 3 5 15.59 1.68 1.45 0.0013

17.67

1.74

1.48

0.0011

927

9289299309319329330

3040

坑号

高程

原地面高程浸水后高程

5 9 27.01 1.83 1.44 0.0031

6 11 28.84 1.86 1.44 0.0014 开始2005.5.9

结束2005.5.9

7 13 32.85 1.9 1.43 0.0013 0:00

19:30

8 15 33.3 1.89 1.42 0.001 开始2005.4.24 结束2005.4.24

55# 1 2 16.26 1.64 1.41 0.0038 10:30 22:30

（孔深15.0m ）

2 4 15.06 1.64 1.4

3 0.0042 3 6 22.72 1.78 1.45 0.002

4 4 8 22.51 1.76 1.44 0.0019

5 10 31.14 1.81 1.43 0.0012 开始2005.5.9

结束2005.5.9

6 12 32.26 1.88 1.42 0.0015 0:00 19:30

7 14 33.15 1.9 1.43 0.0008

拟填方区由于含水量过大，为查明那拉提民用机场拟填方区浸水地基中软弱土的类型、深度、分布及工程特性。2005年6月19日，那拉提民用机场建设指挥部委托伊犁地区钻探公司对该地段进行了钻探工作。在拟探明场地中，共布置了10个钻孔，钻孔间距为100.0－150.0m 。在钻孔中进行了标准贯入试验，及地层含水率测试。标准贯入试验竖向间距为2.0m 。根据钻探资料：按标准贯入击数N ≤4击判定，在拟查明场地，均有软弱土层分布。该岩土层层顶埋深为1.5－8.5m ，厚度为1.5－6.5m ，标准贯入击数N=0.9－4.3击，天然含水率ω＝24.17－30.35％，接近或大于液限，承载力较低。其上部土层为软可塑状态粉质粘土，其下部土层为硬可塑～硬塑状态粉质粘土。总体而言：原地面下10.0m 范围内，地基土标准贯入击数N ＝0.9－10.7击；含水率ω＝15.95－32.26％，呈流塑～软塑～软可塑状态；（个别地段如A74区块附近，软弱层层底深度为13.5m,厚度为8.0m ；10.0～15.0m 地基土标准贯入击数N ＝10.0－29.5击；含水率ω＝19.68－25.80％，呈软可塑～硬可塑～硬塑状态。可见，拟填方区浸水后未达到设计情形，故另行设计变更处理。 2.

前期勘测试验时，对填方区取样代表性差，未能反映该段地层含水的实际情况。

3. 浸水试验段偏小、偏少，只在挖方区进行一60m ×60m 区域，在整个区域地形变化较大的情况下，很难代表填方区的情况。

4. 浸水过程中，特别是填方区原地面并未出现大面积的明显沉降。原因为原地面下0~6m 含水量过大，地下水位相对较高所致。

通过浸水仅可以消除15m 以内的自重湿陷，但通过浸水并不能改变土层的大空隙及高压缩性，但由于含水量的增加，土层强度降低，承载力下降严重。含水量对湿陷性黄土的承载力有着强烈的影响，当含水量过大，土的抗剪强度迅速降低，承载力也会大幅度降低。

6. 中部冲沟年复一年春季受雪水浸泡，夏季晒干，浸水后,成为过饱和土。

该区土质粘性颗粒偏大，粘性小，低液限，浸水后晾干困难，预浸水方法不宜贸然使用，可采取增湿即可。挖方区在浸水后尚可进行下一步强

夯施工，若在西安等地，三年或五年也难以进行后续强夯工序。

8.预浸水后影响工期，拟填方区在进行设计变更后，整体取消强夯才能施

工。

十、建议：

1.该场区土质颗粒偏大，低液限，浸水后晾干困难。针对填方区，预浸水方

法不宜贸然使用，更不宜大范围提倡；原地面以下0.00~6.00m 地段，应采取较少水量增湿，是含水量达到设计要求后，采用强夯法即可。

2.地基处理深度：本设计处理湿陷性黄土为15米自重湿陷。笔者认为不必处

理到到该深度，因为：波音747的飞行载荷影响为6米以上。

3.对浸水后地层含水量过高的填方区，在满足地基强度和变形的前提下，尽

可能利用地表硬壳层，采用逐层填筑法处理。对软弱下卧层应注意保持土的原状结构，避免结构扰动后使其力学指标弱化。

4.由于场区地形起伏较大，受融雪、降雨等气候、气象条件影响，所以对飞

行区可分段设计处理方案，并在土基顶层设计为一定厚度掺拌3%的水泥稳定整片碾压层，以消除由于分段处理可能引起的不均匀沉降。