某机场跑道建设技术总结

卫强

中铁三局集团建筑安装工程有限公司  山西省 030006

摘要：分析某机场地基处理及道面混凝土质量控制，重点分析了道槽区地基膨胀土改良处理，对不同的改良材料及掺量进行土工试验，进行了膨胀土改良效果对比，达到了机场道槽区膨胀土改良的填筑效果。分析了道面混凝土施工重点控制手段，总结了试验、施工控制手段，给出了经济合理的改良手段，对膨胀土地区机场工程建设有参考意义。

关键词：膨胀土；改良；机场；干硬性混凝土

1引言

某机场场址地质具有弱膨胀潜势，膨胀土会随土质含水量变化产生膨胀或收缩，其胀缩特性对工程施工具有潜在的风险，对工程建设及运用形成重大影响，且机场场道混凝土采用高抗折混凝土，基础及混凝土施工的质量控制直接决定了后续使用的效果。

根据实地研究，查阅相关资料，对比场址地貌、水文、岩性等地质条件，结合室内土工试验数据及周边资源条件，现场对比分析膨胀土改良试验，经过试验段施工对比，确定出有效、经济的膨胀土改良措施及干硬性混凝土质量控制措施。

2基本概况

建设场地属冲积平原地貌，地形起伏较小，地势平坦，地面高程17.0-18.5m，场地内沟渠密布。所在场区水系发达，地下水丰富，勘探时地下水稳定水位埋深1.0-2.3m，每年5月份至8月份最高水位高程18.47m，9月份至次年4月份最高水位高程15.88m，变幅2.59m，水位变幅大。

本机场为满足25年防洪常水位要求，道面混凝土设计标高为20.0m，结构层设计为“20cm厚级配碎石垫层 +20cm厚水泥稳定碎石基层 +25cm厚水泥混凝土道面”，路基填方平均高度1.35m。

本场区初步勘察时，显示②层黏土为膨胀土，平均厚度为3.38m，膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩，开裂且反复变形的特殊工程性质，易使地基、地下构筑物产生变形，影响工程质量；膨胀土地基处理可采用换土、土性改良、砂石或灰土垫层等方法。

详细勘察时显示：项目所在区分布的特殊性岩土主要为填土、软土、膨胀土；②1层黏土，层底埋深在1.2-4.2m，自由膨胀率约51-59%，具弱膨胀潜势；大气影响深度为3.25m，大气影响急剧层深度为1.46m，可采用换填、土性改良等方法解决。

3　地基处理方案分析

根据现场土方取样及周边取土场取样试验，素土土方试验数据见表3.0.1：

表3.0.1  土方试验数据表

序号	检测项目		检测数据
			土样1	土样2	土样3	土样4
1	液限(%)		46.3	45.2	46.0	49.8
2	塑限(%)		26.0	27.5	23.4	27.5
3	塑性指数		20.3	17.7	22.6	22.3
4	液限指数		-0.18	-0.14	-0.10	0.06
5	天然含水率(%)		22.4	25.0	21.2	28.8
6	自由膨胀率(%)		61.0	56.0	48.0	51.0
7	最大干密度(g/cm3)		1.86	1.83	1.85	1.84
8	标准吸湿含水率(%)		4.40	3.72	3.86	4.38
9	压实度94%	25kPa的膨胀率(%)	2.70	1.82	1.13	1.09
10		50kPa的膨胀率(%)	1.24	0.90	0.65	0.45
11		收缩系数	0.58	0.45	0.68	0.62
12		膨胀力(kPa)	87.4	109.9	70.8	73.0
13		涨缩总率(%)	5.88	4.50	6.09	5.41
14	压实度96%	25kPa的膨胀率(%)	2.77	2.06	1.82	1.69
15		50kPa的膨胀率(%)	1.38	1.13	0.98	0.83
16		收缩系数	0.55	0.40	0.60	0.43
17		膨胀力(kPa)	98.4	146.9	75.6	95.6
18		涨缩总率(%)	5.78	4.33	5.78	4.27

采用不同材料，不同掺量的改良方法，做出3%掺量石灰土、6%掺量石灰土、8%掺量石灰土及3%掺量水泥土、5%掺量水泥土、6%掺量水泥土试验分析，测得相关数据显示见表3.0.2：

表3.0.2  不同掺量改良数据

序号	检测项目	3% 石灰土	5% 石灰土	8% 石灰土	6%-32.5 水泥土	3%-32.5 水泥土	5%-42.5 水泥土
1	线缩率（%）	1.10	1.10	0.80	0.7	1.5	1.3
2	体缩率（%）	3.3	3.4	3.8	6.3	3.2	3.9
3	缩限（%）	13.1	12.7	11.3	11.1	10.6	11.1
4	收缩系数	0.20	0.13	0.10	0.11	0.18	0.18
5	25kPa的膨胀率（%）	/	-0.14	-0.14	-0.15	-0.09	-0.19
6	50kPa的膨胀率（%）	-0.30	-0.45	-0.27	-0.43	-0.42	-0.43

通过数据分析，通过水泥、石灰的改良的方式可有效减少土质涨缩率。

以此，进行膨胀土改良方案比选。

3.1　采用水泥改良膨胀土方法

水泥改良是因为钙酸盐和铝的水化物互相产生的作用，改变了液限和体变，增强稳定土强度。

水泥稳定土基本可改良一切土质，基本采用初凝3h以上和终凝6h以上的32.5水泥，水泥掺量不大于6%。

3.1.1  采用水泥稳定土改良具有以下优点：

① 强度高、稳定性好；

② 整体完整性好、承载力高；

③ 对土质适应性好，基本所有土质均可稳定；

④ 施工便利，可适用厂拌及路拌方法。

3.1.2  采用水泥稳定土改良具有以下缺点：

① 收缩系数大，容易产生收缩裂缝；

② 水泥水化和板结时间快，一般水泥初凝时间在3h以上和终凝时间6h以内，有效施工时间短；

③ 受雨水影响大，雨季施工较困难；

④ 车辆对水泥稳定土磨损大。

3.2　采用石灰改良膨胀土方法

石灰改良膨胀土只能用于底基层，是目前普遍使用的膨胀土掺合料，石灰改良通过Ca与Mg置换黏土Na与K，减小了膨胀土的涨缩性，增加了稳定土强度。

石灰改良掺量一般在2%～8%之间，石灰作为改良材料有以下优点：

① 改良效果明显，具有较高的承载力和较好的水稳定性；

② 石灰资源丰富，成本低；

③ 施工过程中碾压时，对含水量偏差允许范围较宽，施工便利，可有效缩短工期。

针对以上分析，结合项目实际情况及考虑工期、成本、施工、环保等方面，综合考虑采用石灰土改良膨胀土方案。

4　改良参数确定

根据现场土样，对比了3%掺量石灰土、5%掺量石灰土、8%掺量石灰土土工试验数据，数据显示见表4.0.1：

表4.0.1 不同掺量实验数据

序号	检测项目		实验室一			实验室二
			3%	5%	8%	3%	5%	8%
1	最大干密度（g/cm3）		1.84	1.82	1.75	1.84	1.78	1.74
2	压实度94%	25kPa的膨胀率（%）	-0.25	-0.09	-0.22	-0.24	-0.17	-0.27
3		50kPa的膨胀率（%）	-0.34	-0.13	-0.31	-0.38	-0.39	-0.38
4		收缩系数	0.27	0.22	0.31	0.27	0.34	0.25
5		膨胀力（kPa）	16.5	16.1	8.3	12.1	17.0	8.6
6		涨缩总率（%）	1.82	1.73	1.62	2.02	1.78	1.62
7		线缩率（%）	1.91	1.67	1.59	1.71	2.00	1.82
8		体缩率（%）	9.5	6.9	5.4	7.2	6.40	8.9
9		缩限（%）	9.3	10.7	11.0	11.7	11.3	9.7
10	压实度96%	25kPa的膨胀率（%）	-0.28	-0.14	-0.14	-0.10	-0.28	-0.14
11		50kPa的膨胀率（%）	-0.45	-0.20	-0.29	-0.33	-0.59	-0.17
12		收缩系数	0.29	0.24	0.22	0.26	0.29	0.2
13		膨胀力（kPa）	10.2	12.3	11.3	17.6	14.4	25.0
14		涨缩总率（%）	1.87	1.72	1.47	1.75	1.67	1.43
15		线缩率（%）	2.83	1.84	1.02	1.76	1.80	1.99
16		体缩率（%）	7.1	7.4	5.4	7.6	5.90	7.3
17		缩限（%）	10.6	11.0	10.4	11.8	10.6	11.4

通过数据对比可发现，随着掺灰量增加，涨缩总率随之减小，在充分考虑大气影响的情况下，结合结构层荷载压力的影响，在保证膨胀土改良满足施工需要的条件下，确定结构层下80cm使用8%改良土填筑，80cm以下的土基填筑使用5%的改良土填筑。

通过试验段施工及土工数据显示，改良方案可行。

图4.0.1  改良前后情况对比

5　地基处理施工注意要点

5.1　材料

土质硫酸盐含量超过0.8%和有机质含量超过10%，不得采用石灰改良。

底基层石灰改良土最大粒径不应超过37.5mm，宜选用粘性大，团块状膨胀土，反复多次粉碎后掺和。

石灰应采用磨细生石灰，技术指标应满足表5.1.3要求。

表5.1.3  石灰的技术指标

项目 指标 类别	钙质生石灰			镁质生石灰
	等级
	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
氧化钙加氧化镁含量（%）	≥85	≥80	≥70	≥80	≥75	≥65
未消化残渣含量 (5mm圆孔筛的筛余,%)	≤7	≤11	≤17	≤10	≤14	≤20
钙镁石灰的分类界限， 氧化镁含量(%)	≤5	≥5	—	—	—	—

5.2　掺灰拌和

要确保石灰改良膨胀土的效果，最重要的是掺灰量及掺灰均匀性。通过现场施工方法的总结，施工采用二次掺灰工艺，即第一次在存土场掺灰剂量为2%～3%的石灰，让石灰与膨胀土初步发生反应，并快速降低膨胀土的含水量，使土方可快速摊铺。第二次掺入设计要求的剩余灰量，按照打灰布格的方式计算掺灰量，施工实际掺和灰剂量应比室内土工试验计量多0.5%左右，确保掺量满足设计要求。一次摊铺松铺厚度为20cm至25cm，采用划犁翻拌、路拌机拌和、平地机精平的方式翻拌均匀。

5.3　碾压养护

先采用压路机将拌和均匀的土静压1～2遍，用平地机精平找坡，确保土面平整，再静压2～3遍，保证压实度满足要求。

雨季施工碾压前，填土含水量可较最佳含水率小1%-2%，其他季节碾压前，填土含水率可较最佳含水率大1%。

石灰改良土施工时期，如果采用分层施工时，一层石灰改良土碾压完成后，可立刻摊铺下一层石灰改良土，不需要专门的养护。最上层石灰改良土施工完成后，养护期不小于7天，养护期间保持一定的湿度。

5.4　常见病害防治

5.4.1　弹簧、起皮、鼓包的防治

部分位置含水量过大，会产生弹簧现象，拌和不均匀会造成石灰或粗细料集窝产生松散，薄铺或平地机薄层找补会造成大面积起皮，碾压不利会造成鼓包。为避免相应病害，施工中需要注意以下几点：

① 土块要粉碎，拌和要均匀，严格控制松铺厚度，确保路拌机可拌和粉碎到底。

② 控制含水量，时刻关注天气情况及施工安排，严格执行“三阶段、四区段、八流程”的施工工艺，合理安排施工时间，调整填料含水量，摊铺时，一般情况下，填料含水率大于最佳含水率1%左右。

③ 碾压时控制碾压速度，确保轮迹重合，遵循“先轻后重”“先边后中”“先慢后快”的方式，严禁压路机随意掉头，急停急开现象。

5.4.2　初期隆起、开裂的防治

生石灰要经过充分消解后，才可以做为掺料掺入，并需要经筛网过筛。因消解不到位或因大颗粒未消除，会造成填筑的拌合料消解反应产生隆起或开裂现象。

所以石灰土在摊铺前，要做好石灰消解，成型后保湿养护，减少初期病害发生。

6　干硬性混凝土施工注意要点

干硬性混凝土具有高抗折强度，用于荷载路面，坍落度基本为零，采用维勃稠度来控制干硬性混凝土的性能指标。

6.1  在机场道面干硬性混凝土施工中，重点控制以下方面：

① 原材料控制：干硬性混凝土水泥要选用低碱、耐磨、抗冻、收缩小的水泥，同时细集料的细度模数应在2.65～3.20之间，粗骨料应坚硬、耐久、耐磨、洁净，最大粒径不大于40mm。

② 平整度控制：机场跑道对平整度要求非常高，在施工过程中对标高控制尤其重要，特别对于大面积混凝土施工，需采用分仓法施工，平整度控制不好会造成积水、错台现象，严重影响使用效果。

③ 混凝土强度控制：混凝土的强度决定了飞机场道的使用寿命，强度保证是必备条件。

6.2  在本项目混凝土施工质量控制中，总结了下列有效经验：

① 配合比方面：通过多组配比试验调试，并自主研发一种外加剂，对干硬性混凝土强度及性能均有所改善。

② 材料控制方面：项目安装材料过磅系统及材料监视系统，对进场原材料严格把关并留存监督记录，确保采用优质材料。

③ 运输方面：干硬性混凝土因坍落度小，采用自卸车运输，项目修建专用运输通道，减少运输过程中对混凝土的颠簸造成混凝土离析或性能受损。

④ 振捣方面：运用自行式高频振捣设备，消除了人工振捣漏振、振捣不密实现象。

⑤ 高程控制方面：运用高精度测量电子水准仪进行高程测量，电子水准仪通过识别配套铟钢尺上的条形码读取数据，减少了人为误差，并通过内置系统自动计算高程。

⑥ 养护方面：混凝土养护是至关重要的，在养护方面，重点做好冬季施工及夏季施工养护措施，在冬季施工中，混凝土施工完成后立即喷洒专用养护剂并覆盖薄膜、土工布、棉被保温；在夏季施工中，采用覆盖土工布并配备自动喷淋养护系统，自动化保湿养护。

⑦ 早期病害控制方面：为控制早期混凝土因强度上涨产生的早期病害，采用分仓法施工，并在混凝土中添加聚酯纤维控制早期开裂。

⑧ 应急措施方面：成立了专项质量控制小组，凡场道混凝土施工，小组成员各司其职，从拌和、运输、振捣、养护等方面严格控制，一旦有特殊情况，立刻应急，避免对施工造成不可逆影响。现场制作防风棚、防雨棚，应对风雨天气对混凝土产生的不利影响。

7　结束语

本文结合工程实例，对机场膨胀土地基改良方案进行了分析，通过实验数据，从方案比选，方案确定，施工要点及病害防治方面做了总结，通过工程实践，充分印证了采用石灰改良膨胀土方案的可行性及准确性，从多工序控制手段加强干硬性混凝土质量控制，总结了一套优质做法，从施工便利、节约工期、节约成本、保证质量等多方面考虑，分析了在膨胀土地区机场建设方面控制要点。

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