机场工程地基处理问题

地基处理的目的是利用换填、夯实、预压、振冲、挤密和胶结等方法加固地基土，改善地基土的强度、压缩性、透水性、振动性和特殊土地基的特性，实现1)提高地基的抗剪强度，增加其稳定性。2)降低地基土的压缩性，减少地基的沉降变形。3)改善地基土的渗透特性，减少地基渗漏或加强起渗透稳定。4)改善地基土的动力特性，提高地基的抗震性能。5)改善特殊土地基的不良特性，满足工程设计要求。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。《建筑地基基础设计规范》规定,软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。

相对于其它行业的地基工程，机场工程地基问题更为特殊和复杂。首先，机场所使用的面积比其他工程的占地面积要超出许多，往往需要处理大面积的不同的地质条件、采取不同的地基处理方法，满足不同的功能需求，往往是多个设计单位、多家施工单位同时作业；采取的地基处理理念也大不相同，如土层的力学参数，必须考虑土体的非均质、各向异性以及试验属性和原状土的不同；平均值比最高值更有价值、地基处理工序简单易操作比精细化设计更加有效。

浦东机场已建设五条跑道，每条跑道都要进行大量的试验研究，第二跑道成果获民航科技进步一等奖、三跑道成果获上海市科技进步三等奖、四五跑道工程研究也获得上海市科委资助。

1、地基处理的目标与方法要一致

软土地区地基处理主要目的是解决浅部和中部土层的沉降变形、以及浅部土层的不均匀和低强度问题。浦东第一、二跑道系统的地基处理基本上以浅层处理为原则，主要解决浅部土层的不均匀和低强度问题（二跑道曾经过18个月堆载预压，由于地质条件原因和预压时间不足，中部土层的预压效果较小，仅完成30％固结度，10m以上浅部土层预压效果明显，固结度完成90％)。由于浦东机场场区总体上处于深厚软弱土基上，仅采用浅层地基处理势必带来一定的工后差异沉降。

浦东三跑道则采用“全范围浅层处理+古河道深层处理“方案。该方案在不破坏土性较好的硬土层③砂质粉上的前提下，注重解决三跑道浅部土层的场地不均匀和低强度问题，同时对横穿场区的古河道区域，采取恰当的深层处理目的是消除古河道与两侧的差异沉降变形。该方案允许工后沉降的均匀发生，但控制差异沉降坡度在1％以内。为了弥补工后沉降所带来的后遗症问题，工程设计中采取了两个措施：一是道面高程针对工后沉降预留抛高15-20cm，二是加大道面横坡至1.5%。“全范调浅层处理+古河道深层处理”方案施工工期控制在6个月内，并大面积浅层处理的工程费用节约1.8亿^[2]。

“井点降水十垫层十冲击碾压”是三跑道的浅层地基处理方案。尽管强夯法处理深度更深，但将对③₂砂质粉土层产生结构性扰动，削弱其天然的高承载力特性。三跑道地基处理的目的是有效改善浅部③₁层淤泥质粉质黏土的低强度特性，改善浅部土层不均匀状态，充分利用③₂分布广、埋深浅、厚度大的硬土层，与经过冲击碾压后的②层粉质黏土、③₁层淤泥质粉质黏土，共同形成均匀、稳定、坚实的浅部地基结构。

深层地基处理能使地基在施工期间完成一定的固结和变形，土体强度得以提高、压缩性降低，工后沉降得到有效控制，与处理区域两侧的工后差异沉降减少至可以接受的水平。预压法是深层地基处理常用的经济而有效的方法，特别是对深厚软土地基，效果更加显著，同时具有施工方便的特点。真空预压法和堆载预压法都属于预压法，对深层软弱土基处理效果显著。浦东三跑道在古河道区域采用真空预压方法，原因有四：1)避免了堆载施工和卸载时二次倒运的环节，这在土源紧张或土源不能在场区内平衡的情况下很有优势。2)施工工期较短，比堆载预压节省工期约6个月，对工程进度很有利。3)施工过程中不产生向外挤土现象，不存在场地强度稳定问题，施工管理方便。4)环保施工工艺，施工过程中避免了堆载预压施工时的扬尘问题。

2、下穿通道方案的地基处理问题

下穿通道按照施工方法可以分为明挖法和暗挖法，暗挖法对运行影响相对较小，包括盾构法、矿山法、管幕法等；明挖法要涉及不停航施工，按照结构形式的适用条件分为桥式和箱式。

桥式等同于我国公路、市政桥梁，桥梁基础大多采用刚性桩基，使基础进入强度较高的持力土层，控制桥梁结构的绝对沉降量。在地质条件较好的地区，如北京、广州，地基工后沉降较小，桥台与相邻道面间的差异沉降小，可适应滑行道的要求。但对浦东等软土地区的机场工程，由于软弱土层厚度大、压缩性高、变形大、强度低、透水性差、变形稳定历时长等特点要使处理后的相邻地基与桥梁沉降一致，不仅处理的技术难度大，处理成本也相当高。桥式方案对地下通道的道路结构及排水问题也要重点关注。

箱式结构以地基不协调变形控制为核心，使联络滑行道通过的场道地基强夯处理区、下穿地下通道、强夯与下穿通道之间的过渡区以及两条通道之间的过渡区整体变形协调。从理论上讲，这种补偿式平衡设计箱体像浮在水上的船一样，下卧地基除施工期间的再加载压缩变形外，不会有更大的沉降增量，也不会存在地基承载力不足的问题。所以箱式地下通道的沉降能够与周围天然地基相协调。

桥式结构和箱式结构都属于地下穿越工程停航施工比较成熟的工艺，前者适用于比较好的地质条件。箱式结构也能满足通道顶部所受的大型飞机荷载作用和机场严格的不协调变形控制的要求。浦东机场多次下穿通道工程实践证明，适当的地基加固、正确的施工工艺、合理的施工顺序，箱式地下通道在变形协调、沉降控制等方面技术可行、经济合理。

3、体会

1)机场工程地基处理问题基本是“水”的问题，软土地区地基处理重点解决地下水位高、软弱层渗透系数低等问题；强夯和冲击碾压首先要降水，否则容易产生“弹簧土”；水稳后铺设土工布或近期诟病的沥青封层是解决水的问题；湿陷性黄土处理的有效途径是防止水的浸入或身体；西南地区的溶洞处理与水关系不大，但水是产生溶洞的主要因素，没水不会有溶洞……因此要关注潜水、承压水、孔隙水压力、超孔隙水压力等。关注区域排水问题，结合永久排水沟, 设置临时排水沟、动态设置强排点, 采取自排与强排相结合的方式，保证道槽不积水。严格控制真空降水拔管的时间, 同时铺设山皮石前换填50cm粉细砂形成渗流层。

2)时间是最好的手段和措施,若土方充裕且工期不进展，堆载预压可以有效解决深层土的沉降问题；场地原状填挖不均匀情况较复杂，可以先行开展地基处理，完成水稳层后放置一年或经历一个雨季，可以有效暴露地基处理的问题，这个方法在处理湿陷性黄土应该也有效；填海工程若技术复杂，解决填料问题先行堆载，也许专家们担心的问题随着时间推移都不是问题了……

3)服务场道问题是地基处理的边界问题和管理界面问题，我们航站楼设计和施工范围包括服务车道，方便航站楼单位的施工作业，由于飞行区的站坪要地基处理、航站楼是桩基工程，作为界面的服务车道不进行任何处理，服务车道的不均匀沉降作为病害困扰了我们多年！不少机场是将服务车道纳入飞行区的作业范围，能够有效解决该问题，实际上只要扩大地基处理的范围无论标段如何划分都没关系。还要关注飞行区冲击碾压、强夯同航站楼桩基的施工顺序，最好是先地基处理再桩基施工，若工期安排紧张，要先行完成桩基承台及冲碾隔振沟。

4)地道问题，近年来多有地道周边断板的消息……实际上不同地基处理方法的施工搭接区的问题，由于两侧处理方法的施工过程、标准、质量不同而易产生差异沉降，严重则产生断板。在施工时，搭接区的地基处理应采取相应的过渡措施，及时控制变形，保证施工效果的完整性。但通道和道面往往属于不同的设计单位，建设单位一定要关注设计单位的技术界面要求，通道结构和上覆道面结构最好一并设计、同时施工、同时运行。若采用暗挖法，要做好跟踪注浆，做好地道施工对道面的保护。盾构穿越后不得进行强夯和冲碾作业，最好是在穿越前完成飞行区水稳铺筑，穿越过程要考虑道面荷载的变化等条件。尽量避免道面施工跨越轨道交通下穿通道，保护区不能强夯和冲碾作业，往往采用换填、搅拌桩或者保护通道的“板凳”结构(在飞行区道面结构增设1m厚混凝土板，在隧道中间和两侧各设置直径600mm钻孔灌注桩。通过混凝土板和钻孔桩的组合对约束周围土体，隔断运营与隧道之间的相互影响，控制道面和隧道变形)。(上海机场王晓鸿)

感谢范永平副局长和王曰承副总经理！

参考文献

1.吴念祖、张光辉主编，机场场道工程技术与管理——浦东国际机场第二跑道建设，中国民航出版社，2005

2.吴念祖主编，浦东国际机场三跑道工程，上海科学技术出版社，2010

3.王晓鸿等，高等级飞机起落道的地基处理——上海浦东国际机场第三跑道施工方案研究，建筑施工，2007

4、王晓鸿等，浦东国际机场第三跑道地基处理研究，上海空港Vol.5，上海科技出版社，2007