山区军用机场跑道工后沉降分析与计算

第３５卷第１２期　四川兵工学报　２０１４年１２月　【基础理论与应用研究】　ｄｏｉ：１０．１　１８０９／ｓｃｂｇｘｂ２０１４．１２．０３６　山区军用机场跑道工后沉降分析与计算　赵帅军ｈ’　，陆　新ｈ，　，孙发鑫　，王　诚　ａ　（１．后勤工程学院ａ．土木工程系；ｂ．岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室，重庆４０１３１　１；　２．重庆江北国际机场扩建指挥部，重庆４０１１２０）　摘要：首先使用ＦＬＣ　有限差分软件研究土层弹性模量、重度、填土高度对跑道道面中心点沉降的影响。数值计算结　果表明：土层弹性模量增加，沉降变形减小，但不明显；填土重度和填土高度增加，沉降变形都增加较大。然后以某　机场工程为背景选取跑道典型断面计算其在不采取任何地基处理情况下的工后沉降。填方工后沉降由原地基沉降　和填筑体沉降两部分组成。原地基变形根据太沙基一维固结理论计算，上部填方沉降由工程经验公式得出。参考　沉降计算结果，为工程后期采取合适的地基处理方案提出建议。　关键词：高填方；跑道；工后沉降；ＦＬＣ如　本文引用格式：赵帅军，陆新，孙发鑫，等．山区军用机场跑道工后沉降分析与计算［Ｊ］．四川兵工学报，２０１４（１２）：１３８　～】４２　中图分类号：ＴＵ４４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—０７０７（２０１４）１２—０１３８—０５　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｏｓｔ—ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｒｕｎｗａｙ　ｉｎ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ　Ａｒｅａｓ　ＺＨＡ０　Ｓｈｕａｉ－ｊｕｎ　，　，ＬＵ　Ｘｉｎ　，　，ＳＵＮ　Ｆａ．ｉｎ　，ＷＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇｈ　ｆ（１．ａ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｏｇｉｓｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；　ｂ．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．　Ｌｏｇｉｓｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０１３１　１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｂｅｉ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｉｒｐｏｒｔ，Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｅｔ　ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０１１２０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｌａｙｅｒ，ｕｎｉｔ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　６ｌｌ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｅｒ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｕｎｗａｙ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ＦＬＣ。ＤＡｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ：ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｈｓ　ｏｆ　ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　１ａｖｅｒ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　．ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｂｕｔ　ｎｏｔ　ｏｂｖｉｏｕｓ；ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｎｉｔ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｆｉＵ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　ｓｅｔ—　ｔｌｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ＣＲＯＳＳ—ｓｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｅｔ．　ｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｆｉｌｌ　ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｉｒ—　ｐｏｒｔ　ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｅ　ｐｏｓｔ—ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　Ｕ　ｃｏｎｓｉｓｔ　ｏｆ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｔｌｔｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｎｌ１．Ｔｈｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｎｅ—　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｔｅｒｚａｇｈｉ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｕｐｐｅｒ　ｆｉｌｌ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｍ・　ｐｉｒｉｃａｌ　ｆｏｒｍｕｌａ．Ｔｈｅ　ｌａｔｔｅｒ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｒｅｆｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ｆｉｌｌ；ｌ－ｕｎ　ｗａｙ；ｔｈｅ　ｐｏｓｔ—ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ＦＬＣ　。　Ｃｉｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒｍａｔ：ＺＨＡＯ　Ｓｈｕａｉ．ｊａｎ，ＬＵ　Ｘｉｎ，ＳＵＮ　Ｆａ—ｘｉｎ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｏｓｔ．ｃｏｎ．　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｒｕｎｗａｙ　ｉｎ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ　Ａｒｅａｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｏｒｄｎａｎｃｅ，　２０１４（１２）：１３８—１４２．　收稿１３期：２０１４—０８—２１　作者简介：赵帅军（１９９０一），男，硕士研究生，主要从事岩土工程方面的研究工作。　赵帅军，等：山区军用机场跑道工后沉降分析与计算　１４１　２．２原地基沉降　原地基土层的天然重度、压缩模量、固结系数根据工程　选择跑道典型断面，合理概化地基土原型，通过分层总　勘察情况确定（见表２、表３）。地基土重度为１９．６　ｋＮ／ｍ　，填　和法　计算确定原地基固结沉降量。根据地层特征分析确　筑体采用砂质泥岩，天然重度为２２．７３　ｋＮ／ｍ　，道面重度为　定地基固结排水模型，通过地基沉降一时间关系分析，计算　２５　ｋＮ／ｍ　，沉降经验系数取１．４。　得到地基工后沉降和差异沉降　。　表２天然地基压缩模量　２．３填筑体沉降　式中：．ｓ。为工后沉降量（ｍｍ）；Ｕｍ为施工完成时对应的固结　填筑体部分沉降主要利用工程经验公式计算。目前国　度（％）；　为设计使用年限对应的固结度（％）；Ｓ为原地基　内外若干已建高填方工程也关注过填筑体的沉降，经过监测　总沉降量（ｍｍ）；ｓ　为填筑体沉降（ｍｍ）。　得出了一些沉降与填筑体高度关系的经验公式如表４所示。　差异沉降计算计算公式为　表４国内外填筑体监测沉降与填方高度　ｂ＝ＡＳ／Ｌ　（３）　关系经验公式统计　式中：６为两钻孔间的差异沉降（‰）；△　为两钻孔工后沉降　的差值（ｍｍ），Ｌ为钻孔间距（ｍ）。　工程　填料　填筑体沉降经验公式　本次计算中把填筑体荷载和道面荷载作为模拟的附加　日本　砂性土　Ｓ　＝０．１％一Ｏ．３％×ｈ　应力。由于下部岩层的变形模量高，将其视为不可压缩层。　日本　黏性土　Ｓ　＝０．５％一２．０％×ｈ　本次沉降计算深度取至下部岩层顶面。计算点钻孔资料显　德国、日本　碎石类土　Ｓ　：０．１％～０．４％×ｈ　示计算土层下部为基岩，本次计算按照单面排水固结模型　西班牙　碎石类土　５　＝ｈ２／３０００　考虑。　京沪高铁　粗粒土、碎石类土　Ｓ　＝０．１％一０．３％×ｈ　计算时考虑土石方施工期为２０个月，间歇期１２个月，　道面施工时间为６个月。地基沉降使得原地面下沉，而填筑　京沪高铁　细粒土　Ｓ　＝０．３％～０．５％×ｈ　体要根据设计高程来填筑，地基沉降使得填筑体实际高度相　昆明长水机场碎屑岩风化料　Ｓ　＝０．２８％Ｘｈ　应增加。计算过程根据这一情况逐次迭代，考虑了地基沉降　引起的填筑体增高，较好地模拟了实际情况。沉降计算结果　表４中昆明长水机场填筑体沉降系数０．２８％指２００９年　主要包括土基填筑结束时沉降、道面施工完成时沉降、工后　土石方填筑完成至２０１２年的观测经验，仍存在剩余沉降。　运行期（工后３０年）沉降、地基总沉降以及工后运行期差异　其他工程经验表明，采用粗粒土填筑时沉降相对细粒土填筑　沉降。计算结果如表５所示。　较小，本次工程填筑体为砂质泥岩，参考表中类似工程，采用　根据设计要求，飞行区道面影响区工后运行期（按设计　线性公式表示填筑体沉降。本次填筑体计算采用线性公　年限３Ｏ年计）的沉降量不大于２５　ｃｍ，差异沉降不大于１．　式为　５％。。跑道９７—９７剖面在不考虑任何地基处理情况下的计　Ｓ　＝０．４％×ｈ　（１）　算结果：计算钻孔总沉降为０．０３３—１．０７８　ｍ，大部分计算钻　２．４工后总沉降计算　孔在道面施工完成后沉降基本完成，钻孔ＺＹ５５工后沉降最　工后总沉降由原地基沉降和填筑体沉降组成，计算公　大，达到５３．５　ｅｍ，另ＺＹ５６、ＺＹ５４、ＺＹ１３８３工后沉降大于　式为　２５　ｃｍ，不满足设计要求；该剖面计算钻孑Ｌ差异沉降０．１６‰一　Ｓ。＝（　～Ｕｍ）×Ｓ＋Ｓ　（２）　５．１０％ｏ，其中ＺＹ５６、ＺＹ５５、ＺＹ５４之间的差异沉降大于１．５％。，　不满足设计要求。　１４２　四川兵工学报ｈｔｔｐ：／／ｓｃｂｇ．ｑｋｓ．ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ／　２．５地基处理方案建议　根据２．４中沉降计算结果，工后沉降或者差异沉降不满　足设计要求的区域应采取适当方法进行地基处理。本工程　由于素填土和粉质黏土厚度较大，根据该工程前期及其他机　场建设经验，推荐采用垫层强夯处理。　参考文献：　［１］　张占荣，刘庆辉，杨艳霜，等．高填土路堤沉降计算方法　分析［Ｊ］．铁路标准设计，２０１１（２）：５—８．　［２］　陈育民，徐鼎平．ＦＬＡＣ／ＦＬＡＣ　基础与工程实例［Ｍ］．北　３　结论　１）采用有限差分软件ＦＬＣ　对高填方沉降变形规律进　行分析，数值模拟结果基本符合沉降规律。　２）土层弹性模量增加，沉降变形减小；填土重度和填土　京：中国水利水电出版社，２００９．　［３］　张宇旭．路基施工过程变形研究的ＦＬＡＣ　数值模拟　［Ｊ］．武汉工程大学学报，２０１１，３３（６）：７３—７５．　［４］　李华，陈晨，李向群．压实度对高填方路基自身沉降影响　的数值分析［Ｊ］．铁道建筑，２００９（５）：８５—８６．　高度增加，沉降变形增加。因此在施工时，在满足规范和设　计要求范围内，应尽可能提高土层弹性模量，减小填土重度　和填土高度。　［５］　汤东，杨有辉．路堤高度与沉降变形关系的计算分析　［Ｊ］．公路交通技术，２００７（９）：１—３．　［６］ＪＧＪ７９—２０１２，建筑地基处理技术规范［ｓ］．　［７］叶观宝．地基处理［Ｍ］．３版．北京：中国建筑工业出版　社．２００９．　３）采用太沙基一维固结理论计算原地基沉降、经验公　式计算填筑体沉降的方法对跑道未经地基处理情况下的工　后沉降进行计算，过程简单，可以为工程选择地基处理方案　提供参考，具有较大的工程应用价值。　（责任编辑杨继森）　（上接第１２９页）率对连续屈服材料的断后伸长率Ａ有一定　影响，但其相对影响量可接受。　采用应变速率控制和平行长度估算的横梁位移速率控　制２种方式测定的规定塑性延伸强度　差异很小，加载速　２００８：３２．　［２］　ＧＢＴ　２２８．１—２０１０，金属材料拉伸试验第１部分：室温　试验方法［ｓ］．　［３］　柳永宁，朱金华，周惠久．普通低碳钢的强度与温度、应　变速率的关系［Ｊ］．材料科学进展，１９９０，４（４）：２８５　—率的控制方式对该性能指标无明显影响。不同控制方式在　合适时间切换对抗拉强度Ｒ　和断后伸长率Ａ也无明显　影响。　２９０．　［４］　刘伟，李志斌．应变速率对奥氏体不锈钢应变诱发　’一　马氏体转变和力学行为的影响［Ｊ］．金属学报，２００９，４５　（３）：２８５—２９１．　应变速率控制模式下，横梁位移速率是变量，应力一时　问曲线出现畸变，而横梁位移速率控制模式下应力一时间曲　线比较平滑，推荐采用横梁位移速率控制实施拉伸试验，必　要时可按试验机刚度对试验速率修正。　［５］　吕丹，苏洪英．不同控制模式下拉伸试验速率的测试及　方法比较［Ｊ］．理化检验一物理分册，２０１２，４８（１）：４７　—５４．　参考文献：　（责任编辑杨继森）　［１］　王滨．力学性能试验［Ｍ］．北京：中国计量出版社