四川成都天府国际机场建设指挥部 四川成都 610000
摘要：本文以国内某机场施工期的软土地基沉降监测为工程背景，采用静力水准仪及单点沉降计联合监测的方法，研究不同地质条件、填土高度以及地基处理方式下的施工期软土地基沉降规律和特征，为机场跑道软土地基处理及施工设计提供参考。
关键词：机场；软土地基；沉降监测
Study on Monitoring Technology of Airport Soft Soil Foundation Settlement during Construction Period
HeDong, Jin Chen, Zhang Jiake
(Sichuan Chengdu Tianfu International Airport Construction Command, Chengdu, 610000)
Abstract:This paper used the monitoring of subsidence of soft ground during the construction period of an airport in China as the engineering background. This paper Used static leveling instrument and single point settlement meter combined monitoring method to study the settlement regularity and characteristics of soft soil foundation under different geological conditions, filling heights and foundation treatment methods. It provides reference for the soft soil foundation treatment and construction design of airport runways.
Keyword:airport； soft soil foundation； settlement monitoring.
0.引言
软土地基含有丰富的压缩淤泥，同时也含有大量的吹填土、杂填土等。在软土地基进行大型工程建设常因其含水量大、压缩性高、承载力不足而容易引起工程质量事故。对于机场跑道，若地基处理不完善，将在荷载作用下，因为显著差异变形而导致平整度下降，甚至形成凹陷、积水、道面断板，对飞机起降和滑行带来安全隐患。因此，在施工过程中加强对沉降量及不均匀沉降的控制尤为重要。基于此，能否准确掌握地基填筑施工过程中的沉降变形情况，并对其进行动态的施工管理具有非常重要的意义。
目前，对于机场土石方工程中的研究文献较多，对现场监测和对实测数据的理论分析也较为丰富[1-6]，但对机场跑道软土地基施工期的沉降监测尚不多见。本文以国内某机场施工期的软土地基沉降监测为工程背景，根据机场工程中地基沉降变形特点和要求，选择合适的监测方法及监测方案，进行了现场施工观测，研究土体填筑过程中机场软基的沉降规律，为设计优化及施工安全提供科学依据，并为相关工程设计和研究提供参考。
1.工程概况
该机场场区以浅丘宽谷地貌为主，丘坡圆缓，地形起伏不大。场区内软弱土主要为丘间沟谷地带的第四系冲洪积形成的黏土、粉质黏土，主要分布于机场填方区等地势相对低洼地带，其最大埋深为14.4m，平均埋深约为4.0m。该软弱土具有含水率高、孔隙比高、渗透性差、压缩性高、强度低、固结时间长等特点，对地基承载力及地基变形有较大影响，是该工程建设的不利因素。
根据软弱土沉降分析和软弱土分布特点，对飞行区道面影响区（跑道）综合采用换填、强夯置换、碎石桩+塑料排水板、CFG桩四种地基处理方法。具体为：1）软弱土厚度＜2m时采用换填处理；2）软弱土厚度2~5m时采用强夯置换处理；3）软弱土厚度＞5m，填方高度＞5m时采用碎石桩+塑料排水板处理；4）软弱土厚度＞5m，填方高度≤5m时采用CFG桩处理。
2.监测方法和方案
2.1监测方法
本工程采用静力水准仪及单点沉降计联合监测的方法。静力水准仪主要由储液罐（监测基准点）、连通管、传感器等组成。储液罐安装在地质稳定的位置，连通管与其相接并预埋于填筑体内；同时在连通管内安装传感器，并注水充满。当土体发生沉降时连通管随之沉降，而储液罐位于地质稳定区域则不发生沉降，此时传感器可感知连通管内液面相对于储液罐液面的高程变化，达到监测多点相对沉降的目的。单点沉降计由位移计、锚头、法兰盘等部件组成。其底部的锚头通过钻孔设置在较稳定的土层内，顶部法兰盘位于填筑体内。当地基沉降时，法兰盘与地基协同变形，使位移计发生相对滑移，从而达到监测某个点位绝对沉降的目的。
该监测方法优点如下：①同一连通管内可测试多点的沉降值，并可绘制剖面的连续沉降曲线；②可实现连续、实时、自动化的土体沉降监侧，测试操作简单方便；③测量精度高，误差小。
2.2监测方案
本文综合考虑填土高度、软弱土分布和地基处理情况，设三个代表性断面，断面基本情况如表1所示。三个断面均采用上述联合监测方法，针对原地基软土在土石方填筑过程中的沉降情况，在地基处理完成之后，土石方填筑之前，于跑道中心线位置沿飞机滑跑方向即跑道纵断面方向布设传感器。
3.结果分析
受施工因素的影响，各断面传感器埋设和记录时间各不相同。断面Ⅰ监测起始时间为2017年7月14日；断面Ⅱ监测起始时间为2017年7月3日；断面Ⅲ监测起始时间为2017年7月14日。各监测断面数据结果及讨论如下：
3.1断面Ⅰ监测结果
断面Ⅰ埋设了静力水准测量系统（包含1个储液罐、4个静力水准传感器）以及1个单点沉降仪。利用单点沉降计获取的绝对沉降，即可将静力水准测量系统获取的相对沉降转换为绝对沉降。断面Ⅰ的填筑高度-沉降-时间变化曲线如图1所示，其中从储液罐开始，4个静力水准传感器依次编号为沉降仪1至沉降仪4；全断面的沉降-断面距离变化曲线如图2所示，该区域对应的地质及地基处理方式如表2所示。
图1 断面Ⅰ填筑高度-沉降-时间变化曲线
由图1可见，随着施工期土石方填筑，原地基承受的附加应力不断增大，沉降量也不断增大。地基沉降在荷载加载初期发展较快，沉降曲线较为陡峭；沉降趋势随时间逐渐趋于平缓，与文献[7]结果相符。填土施工在2017年12月31日基本完成，截至2018年1月15日，各监测点近1个月的沉降速率最大值位于沉降仪2，为3.9mm/月，沉降速率最小值位于沉降仪1及储液罐，为1mm/月，地基沉降发展稳定。
图2 断面Ⅰ沉降-断面距离变化曲线
由图2可见，截止2018年1月15日，断面Ⅰ累积沉降量最大值出现在沉降仪2测点，为21.3cm；最小值出现在储液罐测点，为5.5cm；平均沉降量为10.7cm。
结合表2可知，沉降仪2对应的位置处于软弱土较厚的区域，厚度达到5.2m，并采用“碎石桩+排水板”的地基处理方式，与沉降仪3、4处采用的“强夯置换法”相比，该处理方式具有加速软土地基排水固结的效果，从而加速地基沉降。因此，虽然沉降仪2与沉降仪3、4的填土高度、软土厚度相近，但由于地基处理方式不同，在施工期所表现的地基沉降差异较为明显，导致沉降仪2测点的累积沉降量最大。储液罐测点由于填土高度较低，且不存在软土层，因此沉降量最小。
3.2断面Ⅱ监测结果
断面Ⅱ埋设了静力水准测量系统（包含1个储液罐、3个静力水准传感器）以及1个单点沉降仪。断面Ⅰ的填筑高度-沉降-时间变化曲线如图3所示；全断面的沉降-断面距离变化曲线如图4所示，该区域对应的地质及地基处理方式如表3所示。
图3 断面Ⅰ填筑高度-沉降-时间变化曲线
由图3可见，随着施工期土石方填筑，原地基承受的附加应力不断增大，沉降量也不断增大。地基沉降在荷载加载初期发展较快，沉降曲线较为陡峭；沉降量随时间仍不断增长，并未出现沉降减缓的趋势。填土施工在2018年1月5日基本完成，截至2018年1月15日，各监测点近1个月的沉降速率最大值位于沉降仪3，为27mm/月，沉降速率最小值位于储液罐，为15mm/月，地基沉降发展仍不稳定。
由表3可见，该断面的软弱土为软塑状黏土及可塑状黏土。根据室内固结试验，在200KPa条件下，软塑状黏土的固结系数为0.45×10-3cm2/s；可塑状黏土的固结系数为1.35×10-3cm2/s。而与断面Ⅰ的可塑状粉质黏土及软塑状粉质黏土相比，可塑状粉质黏土的固结系数为1.8×10-3cm2/s，软塑状粉质黏土的固结系数为0.8×10-3cm2/s，粉质黏土的固结系数是黏土的1.3~1.8倍，粉质黏土的固结速率更快。即使断面Ⅰ的填土高度较高，软土较厚，由于软弱土固结性质的不同，导致断面Ⅰ的沉降逐渐趋于平缓，而断面Ⅱ的沉降发展仍不稳定的现象。
由图4可见，截止2018年1月15日，断面Ⅱ累积沉降量最大值出现在沉降仪3测点，为13.4cm；最小值出现在储液罐测点，为7.4cm；平均沉降量为10cm。
结合表3可知，沉降仪3对应的位置处于软弱土较厚的区域，厚度达到2.47m，并采用“强夯置换”的地基处理方式，而其他几处测点填土高度相对较低，软土较浅或无软土，导致沉降仪3测点的累积沉降量最大。储液罐测点由于填土高度最低，且不存在软土层，因此沉降量最小。
3.3断面Ⅲ监测结果
断面Ⅲ埋设了静力水准测量系统（包含1个储液罐、3个静力水准传感器）以及1个单点沉降仪。以下数据和图表同样是经过转换后的绝对沉降值。断面Ⅲ的填筑高度-沉降-时间变化曲线如图5所示；全断面的沉降-断面距离变化曲线如图6所示，该区域对应的地质及地基处理方式如表4所示。
图5 断面Ⅰ填筑高度-沉降-时间变化曲线
由图5可见，地基沉降在荷载加载初期发展较快，沉降曲线较为陡峭；沉降量随时间逐步增长，并未出现沉降减缓的趋势。填土施工在2017年12月26日基本完成，截至2018年1月15日，各监测点近1个月的沉降速率最大值位于沉降仪2、3，为60mm/月，沉降速率最小值位于储液罐，为6mm/月，地基沉降发展仍不稳定。由于断面Ⅲ的软弱土与断面Ⅱ一致，均为黏土，因此沉降发展与断面Ⅱ一样不稳定。由表4可知，相比于断面Ⅱ，由于断面Ⅲ的填土高度较高，软土普遍较厚，导致该断面的沉降速率较断面Ⅱ高。
由图6可见，截止2018年1月15日，断面Ⅲ累积沉降量最大值出现在沉降仪3测点，为30.3cm；最小值出现在储液罐测点，为4.5cm；平均沉降量为20.9cm。
根据表4可知，沉降仪2、3对应的位置处于软弱土较厚的区域，厚度达到1.76m、2.21m，采用“换填”的地基处理方式，因此该位置的沉降量相对较高。储液罐、沉降仪1测点由于填土高度较低，且不存在软土层，因此沉降量较小。
4.结论
本文以某机场工程为实例，对施工期的软土地基沉降监测结果进行分析，得到了以下主要结论：
1）本文所采用的“静力水准测量系统及单点沉降仪联合应用”的监测方法，可得到全断面的绝对沉降曲线，其监测精度高，监测数据稳定。
2）一般而言，地基沉降在荷载加载初期发展较快，沉降-时间曲线较为陡峭；随着时间的推移，沉降逐渐收敛，沉降-时间曲线趋于平缓。监测资料表明：软弱土的固结性质对地基沉降的收敛时间有较大影响，断面Ⅰ为粉质黏土，固结系数相对较高，沉降已逐渐趋于稳定；而断面Ⅱ、Ⅲ的黏土，由于固结系数较低，目前沉降仍未稳定。
3）监测数据表明：填土高度较高，软弱土较厚的位置的地基沉降量较大；而“碎石桩+排水板”的地基处理方式，具有加速软土地基排水固结的效果，从而加速地基沉降，导致累积沉降量较大。
参考文献
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论文作者:何东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/26
标签：断面论文; 地基论文; 黏土论文; 静力论文; 单点论文; 软弱论文; 施工期论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;