強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的試驗(yàn)與模擬研究：以浦東機(jī)場為例一、引言1.1研究背景與意義隨著全球航空運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，機(jī)場建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對機(jī)場場道地基的要求也日益嚴(yán)苛。機(jī)場場道作為飛機(jī)起降的關(guān)鍵區(qū)域，其地基的穩(wěn)定性、承載能力和均勻性直接關(guān)系到飛機(jī)的安全運(yùn)行以及機(jī)場的正常運(yùn)營。若地基處理不當(dāng)，可能導(dǎo)致跑道出現(xiàn)不均勻沉降、開裂等問題，這不僅會影響飛機(jī)起降的平穩(wěn)性，增加飛行安全風(fēng)險(xiǎn)，還會大幅提高機(jī)場的維護(hù)成本，縮短機(jī)場的使用壽命。強(qiáng)夯法作為一種動力加固地基的有效方法，自問世以來，憑借其施工簡便、成本較低、效果顯著等突出優(yōu)勢，在各類地基處理工程中得到了廣泛應(yīng)用。在機(jī)場場道地基處理領(lǐng)域，強(qiáng)夯法能夠有效提高地基土體的強(qiáng)度，降低壓縮性，增強(qiáng)地基的承載能力和穩(wěn)定性，減少地基沉降，從而滿足機(jī)場場道對地基的嚴(yán)格要求。然而，強(qiáng)夯法的作用機(jī)理較為復(fù)雜，加固土體存在諸多不確定因素，以往強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)大多依賴工程類比和過往經(jīng)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)深入的理論研究與定量分析。不同機(jī)場的地質(zhì)條件千差萬別，地基土的性質(zhì)、土層分布、地下水位等因素都會對強(qiáng)夯法的處理效果產(chǎn)生顯著影響。因此，深入開展強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過試驗(yàn)研究，可以在實(shí)際工程現(xiàn)場獲取一手?jǐn)?shù)據(jù)，全面準(zhǔn)確地了解強(qiáng)夯法對機(jī)場場道地基的加固效果，明確不同強(qiáng)夯參數(shù)（如夯錘重量、落距、夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距等）對地基處理效果的影響規(guī)律，為強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的科學(xué)應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)支撐。數(shù)值模擬則能夠借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立精確的數(shù)學(xué)模型，模擬強(qiáng)夯過程中地基土體的力學(xué)響應(yīng)，深入分析土體的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等變化情況，直觀形象地展示強(qiáng)夯法的作用機(jī)制，預(yù)測不同工況下強(qiáng)夯法的處理效果。這不僅有助于優(yōu)化強(qiáng)夯設(shè)計(jì)方案，提高強(qiáng)夯施工的效率和質(zhì)量，還能有效降低工程成本和風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，本研究致力于通過試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，深入探究強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的效果和作用機(jī)理，提出科學(xué)合理的強(qiáng)夯處理方案和建議，為機(jī)場場道的工程設(shè)計(jì)和施工提供極具價(jià)值的參考和借鑒，進(jìn)一步提升機(jī)場場道的使用壽命和安全性，推動航空運(yùn)輸業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀強(qiáng)夯法自20世紀(jì)60年代末被發(fā)明以來，在全球范圍內(nèi)的地基處理工程中得到了廣泛應(yīng)用，機(jī)場場道地基處理領(lǐng)域也不例外，國內(nèi)外學(xué)者圍繞強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的應(yīng)用展開了大量研究。在國外，強(qiáng)夯法的應(yīng)用較早，相關(guān)研究也較為深入。美國、日本、法國等國家在強(qiáng)夯法的理論研究、工程實(shí)踐和設(shè)備研發(fā)等方面取得了顯著成果。美國的學(xué)者通過現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)值模擬，對強(qiáng)夯法加固砂土、粉土等地基的效果進(jìn)行了系統(tǒng)研究，明確了強(qiáng)夯參數(shù)與地基加固效果之間的關(guān)系，提出了基于能量原理的強(qiáng)夯設(shè)計(jì)方法。日本則在強(qiáng)夯設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新方面處于領(lǐng)先地位，開發(fā)出了多種高效、節(jié)能的強(qiáng)夯機(jī)，并針對不同地質(zhì)條件下的強(qiáng)夯施工工藝進(jìn)行了深入研究，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。法國的研究人員致力于強(qiáng)夯法作用機(jī)理的研究，運(yùn)用先進(jìn)的測試技術(shù)和數(shù)值分析方法，揭示了強(qiáng)夯過程中地基土體的微觀結(jié)構(gòu)變化和力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，為強(qiáng)夯法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。在國內(nèi)，隨著機(jī)場建設(shè)的快速發(fā)展，強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的應(yīng)用日益廣泛，相關(guān)研究也不斷增多。眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員結(jié)合國內(nèi)機(jī)場的地質(zhì)特點(diǎn)，開展了大量的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐。例如，在浦東國際機(jī)場的建設(shè)中，針對場區(qū)軟土地基的特點(diǎn)，進(jìn)行了強(qiáng)夯法加固地基的現(xiàn)場試驗(yàn)，通過對單點(diǎn)夯擊試驗(yàn)測試結(jié)果、強(qiáng)夯前后地面變形和地基土性狀變化的分析，確定了適合該場地的強(qiáng)夯參數(shù)和施工工藝，為工程的順利實(shí)施提供了技術(shù)支持。此外，國內(nèi)學(xué)者還利用有限元軟件ANSYS、ABAQUS等對強(qiáng)夯過程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究強(qiáng)夯作用下地基土體的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等變化情況，模擬不同強(qiáng)夯參數(shù)對地基加固效果的影響，為強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)和施工提供了科學(xué)參考。然而，當(dāng)前強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的研究仍存在一些不足之處。一方面，強(qiáng)夯法的作用機(jī)理尚未完全明晰，雖然已有一些理論模型和研究成果，但在復(fù)雜地質(zhì)條件下，強(qiáng)夯過程中地基土體的微觀結(jié)構(gòu)變化、孔隙水壓力消散規(guī)律以及土體的動力響應(yīng)等方面的研究還不夠深入，導(dǎo)致強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)和施工在一定程度上仍依賴經(jīng)驗(yàn)。另一方面，不同地區(qū)機(jī)場的地質(zhì)條件差異較大，現(xiàn)有的研究成果難以全面涵蓋各種復(fù)雜地質(zhì)情況，針對特定地質(zhì)條件下強(qiáng)夯法的優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的研究還相對缺乏。此外，在強(qiáng)夯法與其他地基處理方法的聯(lián)合應(yīng)用方面，雖然有一些實(shí)踐探索，但相關(guān)的理論研究和系統(tǒng)性分析還不夠完善。本研究將在國內(nèi)外已有研究的基礎(chǔ)上，針對當(dāng)前研究的不足，以具體機(jī)場場道地基為研究對象，通過現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，深入研究強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的效果和作用機(jī)理，優(yōu)化強(qiáng)夯參數(shù)，提出適合該機(jī)場地質(zhì)條件的強(qiáng)夯處理方案，為強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的科學(xué)應(yīng)用提供更具針對性的參考。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容強(qiáng)夯法加固機(jī)場場道地基的理論研究：深入剖析強(qiáng)夯法加固地基的作用機(jī)理，全面梳理強(qiáng)夯法加固技術(shù)的特點(diǎn)，系統(tǒng)分析影響強(qiáng)夯加固效果的各類因素，包括夯錘重量、落距、夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距、地基土性質(zhì)、地下水位等，為后續(xù)的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的試驗(yàn)研究：精心設(shè)計(jì)現(xiàn)場試驗(yàn)方案，選取具有代表性的機(jī)場場道地基試驗(yàn)段，采用合適的強(qiáng)夯設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)夯處理。在試驗(yàn)過程中，詳細(xì)測量地基土層在強(qiáng)夯前后的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，如承載力、壓縮性、沉降性、孔隙比、含水率等，深入分析強(qiáng)夯次數(shù)、夯錘質(zhì)量、落距、夯點(diǎn)間距等處理參數(shù)對地基改良效果的影響規(guī)律。同時(shí)，通過埋設(shè)傳感器等手段，實(shí)時(shí)監(jiān)測強(qiáng)夯過程中地基土體的應(yīng)力、應(yīng)變、孔隙水壓力等變化情況，獲取強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的數(shù)值模擬：運(yùn)用先進(jìn)的有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立精確的機(jī)場場道地基強(qiáng)夯處理三維數(shù)值模型。在模型中，充分考慮地基土的非線性本構(gòu)關(guān)系、夯錘與地基土體的相互作用、土體的大變形等因素，合理設(shè)置模型參數(shù)。通過數(shù)值模擬，深入研究夯錘敲擊過程中地基土層的變形情況、應(yīng)力分布規(guī)律以及孔隙水壓力的消散過程，全面分析不同強(qiáng)夯參數(shù)對地基加固效果的影響，預(yù)測強(qiáng)夯處理后的地基沉降和承載力等指標(biāo)，為強(qiáng)夯法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的效果評價(jià)與方案優(yōu)化：綜合試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的結(jié)果，建立科學(xué)合理的強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基效果評價(jià)體系，全面、客觀地評價(jià)強(qiáng)夯法的加固效果?；谠u價(jià)結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際需求和地質(zhì)條件，優(yōu)化強(qiáng)夯處理方案，確定最佳的強(qiáng)夯參數(shù)組合，提出切實(shí)可行的施工建議和質(zhì)量控制措施，為機(jī)場場道地基的工程設(shè)計(jì)和施工提供可靠的技術(shù)支持。1.3.2研究方法理論分析法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，綜合分析強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入研究強(qiáng)夯法的作用機(jī)理、加固技術(shù)特點(diǎn)以及影響加固效果的因素，明確強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的優(yōu)點(diǎn)、局限和適用條件，為研究提供理論指導(dǎo)。試驗(yàn)研究法：通過現(xiàn)場試驗(yàn)，直接獲取強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的實(shí)際數(shù)據(jù)和效果。在試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，總結(jié)強(qiáng)夯參數(shù)與地基加固效果之間的關(guān)系，為數(shù)值模擬和工程應(yīng)用提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。數(shù)值模擬法：利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，能夠彌補(bǔ)試驗(yàn)研究的局限性，深入分析強(qiáng)夯過程中地基土體的力學(xué)響應(yīng)。通過建立數(shù)值模型，模擬不同強(qiáng)夯參數(shù)下地基的加固效果，直觀展示強(qiáng)夯過程中土體的變形、應(yīng)力和孔隙水壓力等變化情況，為強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供可視化的分析手段。對比分析法：將試驗(yàn)研究結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，對比不同強(qiáng)夯參數(shù)下的試驗(yàn)和模擬結(jié)果，找出最佳的強(qiáng)夯參數(shù)組合，為工程實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。此外，還將強(qiáng)夯法與其他地基處理方法進(jìn)行對比分析，評估強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的優(yōu)勢和適用性。二、強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的理論基礎(chǔ)2.1強(qiáng)夯法的原理強(qiáng)夯法，又稱動力固結(jié)法，其核心原理是利用大型履帶式強(qiáng)夯機(jī)將重錘從一定高度自由落下，使重錘在自由下落過程中，勢能轉(zhuǎn)化為動能，夯錘在落到地面以前的瞬間，勢能的極大部分都轉(zhuǎn)換成動能。夯錘夯擊地面時(shí)，這部分動能除一部分以聲波形式向四周傳播，一部分由于夯錘和土體摩擦而變成熱能外，其余的大部分沖擊動能則使土體產(chǎn)生自由振動，使地基密實(shí)，地基土夯實(shí)，從而提高地基的承載力，降低其壓縮性，改善地基性能。這一過程通過以下三個(gè)方面得以實(shí)現(xiàn)：動力密實(shí)：該原理主要適用于加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土等。在強(qiáng)夯過程中，具有沖擊力的荷載作用于土體，使得土中的氣相被擠出，孔隙體積減小，土體逐漸變得密實(shí)，進(jìn)而提高了地基土的強(qiáng)度。以某機(jī)場場道地基處理為例，該場地地基土主要為砂土，采用強(qiáng)夯法處理后，通過檢測發(fā)現(xiàn)砂土的孔隙比明顯減小，密實(shí)度顯著提高，地基承載力得到了有效增強(qiáng)。動力固結(jié)：由梅納提出的動力固結(jié)理論認(rèn)為，一般土中存在微小氣泡，孔隙水具有一定的壓縮性。在強(qiáng)夯的沖擊力反復(fù)作用下，孔隙水壓力迅速上升，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生液化時(shí)，裂隙土接近液化或處于液化狀態(tài)，細(xì)粒土的薄膜水有一部分變?yōu)樽杂伤?，土的透水性增大。靜置一段時(shí)間后，孔隙水壓力降低，土的觸變性恢復(fù)。強(qiáng)夯法正是基于這一原理來處理細(xì)顆粒飽和土，如飽和度較高的粘性土、濕陷性黃土等。在某濕陷性黃土地區(qū)的機(jī)場建設(shè)中，通過強(qiáng)夯法處理地基，成功消除了黃土的濕陷性，提高了地基的穩(wěn)定性。動力置換：動力置換可分為整體置換和樁式置換兩種形式。整體置換是利用強(qiáng)夯機(jī)將碎石整體擠入淤泥中，其作用機(jī)理類似于換土墊層法；樁式置換則是通過強(qiáng)夯機(jī)將碎石土填筑到土體中，部分碎石墩間隔地夯入土中，形成樁式或墩式的碎石樁，其作用機(jī)理類似于振沖法等形成的碎石樁，主要依靠碎石摩擦角和墩間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與墩間土共同發(fā)揮復(fù)合地基的作用。在某軟土地基的機(jī)場跑道地基處理中，采用樁式動力置換的強(qiáng)夯法，形成了碎石樁復(fù)合地基，有效提高了地基的承載能力，滿足了機(jī)場跑道對地基的要求。強(qiáng)夯法通過動力密實(shí)、動力固結(jié)和動力置換三種作用機(jī)制，對地基土進(jìn)行綜合加固，從而顯著提高地基的承載能力，降低地基的壓縮性，改善地基的整體性能，為機(jī)場場道的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.2強(qiáng)夯法的特點(diǎn)2.2.1優(yōu)點(diǎn)施工簡便高效：強(qiáng)夯法施工工藝相對簡單，主要設(shè)備為強(qiáng)夯機(jī)，無需復(fù)雜的施工機(jī)械和技術(shù)。施工過程中，重錘自由下落對地基進(jìn)行夯擊，操作便捷，施工速度快，能夠大大縮短工程工期。在某機(jī)場場道地基處理工程中，采用強(qiáng)夯法施工，施工效率相比其他地基處理方法提高了30%以上，有效加快了工程進(jìn)度。加固效果顯著：強(qiáng)夯法能夠使地基土體在強(qiáng)大的夯擊能作用下，孔隙體積減小，密實(shí)度提高，從而顯著提高地基的承載力，降低地基的壓縮性。對于濕陷性黃土、砂土等多種地基土，強(qiáng)夯法處理后，地基承載力可提高2-5倍，壓縮模量可提高2-4倍，能有效滿足機(jī)場場道對地基承載能力和穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。適用范圍廣泛：強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。無論是在山區(qū)、平原還是沿海地區(qū)的機(jī)場建設(shè)中，只要地基土符合上述條件，強(qiáng)夯法都能發(fā)揮良好的加固作用。例如，在某山區(qū)機(jī)場場道地基處理中，地基土主要為碎石土和砂土，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理后，地基的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)濟(jì)成本較低：與其他地基處理方法如樁基礎(chǔ)、換填法等相比，強(qiáng)夯法不需要大量的建筑材料，主要消耗的是設(shè)備能源和人工費(fèi)用，總體成本相對較低。在滿足相同地基處理要求的情況下，強(qiáng)夯法的工程造價(jià)通常比樁基礎(chǔ)低30%-50%，具有較高的性價(jià)比，能為機(jī)場建設(shè)節(jié)省大量資金。加固深度較大：根據(jù)不同的強(qiáng)夯能級，強(qiáng)夯法的有效加固深度可達(dá)3-10m，甚至更深。對于一些深層地基存在軟弱土層的機(jī)場場道，采用高能級強(qiáng)夯可以有效加固深層地基，提高整個(gè)地基的穩(wěn)定性。以常用能級強(qiáng)夯為例，單層加固深度在6-8m；存在特殊需求時(shí)，可采取高能級強(qiáng)夯的方法，此時(shí)能夠?qū)螌蛹庸躺疃仍黾又?2m。綜合應(yīng)用效果突出：施工中，施工人員可靈活調(diào)整強(qiáng)夯法作業(yè)參數(shù)，規(guī)范作業(yè)，在此前提下可大幅度提高地基的壓實(shí)度和承載力，而對于地基土存在的濕陷性問題，在經(jīng)過強(qiáng)夯后也能夠有效消除。在某濕陷性黃土地區(qū)的機(jī)場建設(shè)中，通過強(qiáng)夯法處理地基，成功消除了黃土的濕陷性，提高了地基的穩(wěn)定性。2.2.2局限性對細(xì)粒飽和土處理效果有限：雖然強(qiáng)夯法理論上可以處理細(xì)粒飽和土，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于細(xì)粒飽和土的透水性較差，孔隙水壓力消散緩慢，強(qiáng)夯過程中容易出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象，導(dǎo)致地基強(qiáng)度降低，影響強(qiáng)夯加固效果。因此，在處理細(xì)粒飽和土?xí)r，通常需要結(jié)合其他輔助措施，如設(shè)置排水砂井、鋪設(shè)排水墊層等，以加速孔隙水壓力的消散。施工噪音和振動較大：強(qiáng)夯施工過程中，重錘夯擊地面會產(chǎn)生較大的噪音和振動，可能對周圍環(huán)境和建筑物造成一定的影響。在機(jī)場周邊存在居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等對噪音和振動敏感的區(qū)域時(shí)，需要采取有效的隔音和隔振措施，如設(shè)置隔音屏障、開挖隔振溝等，以減少強(qiáng)夯施工對周邊環(huán)境的干擾。難以精確控制加固效果：強(qiáng)夯法的加固效果受到多種因素的影響，如地基土性質(zhì)、強(qiáng)夯參數(shù)、施工工藝等，這些因素的不確定性使得難以精確控制強(qiáng)夯的加固效果。即使在同一施工場地，不同位置的地基土性質(zhì)也可能存在差異，導(dǎo)致強(qiáng)夯后的加固效果不完全一致，增加了質(zhì)量控制的難度。對場地條件要求較高：強(qiáng)夯施工需要較大的施工場地，以滿足強(qiáng)夯機(jī)的作業(yè)空間和材料堆放需求。此外，場地的平整度和承載能力也會影響強(qiáng)夯施工的順利進(jìn)行。如果場地不平或承載能力不足，可能導(dǎo)致強(qiáng)夯機(jī)傾斜、下陷，影響夯擊效果和施工安全。存在有效區(qū)和影響區(qū)的差別：夯擊時(shí)僅是動力壓密，由于存在有效區(qū)和影響區(qū)的差別，深層難于達(dá)到壓密的效果，加固深度受到限制。對于有深層軟弱下臥層的地基，只有增大吊車起重能力和增大吊錘重，才可奏效。2.3強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的適用條件強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中具有一定的適用范圍，這與機(jī)場場道地基的特點(diǎn)以及強(qiáng)夯法自身的作用機(jī)理密切相關(guān)。機(jī)場場道地基作為飛機(jī)起降的支撐基礎(chǔ)，具有一些獨(dú)特的特點(diǎn)。首先，機(jī)場場道通常占地面積較大，地基所承受的荷載不僅來自飛機(jī)自身的重量，還包括飛機(jī)起降過程中產(chǎn)生的動荷載，這對地基的承載能力和穩(wěn)定性提出了極高的要求。其次，機(jī)場場道地基的不均勻沉降必須嚴(yán)格控制在極小的范圍內(nèi)，否則可能導(dǎo)致跑道表面出現(xiàn)不平整，影響飛機(jī)起降的安全性和舒適性。此外，機(jī)場場道地基所處的地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，可能涉及多種土層類型和地質(zhì)構(gòu)造。強(qiáng)夯法適用于多種地質(zhì)條件和土層類型，在機(jī)場場道地基處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。對于碎石土、砂土等地基，強(qiáng)夯法通過動力密實(shí)作用，能夠有效減小土顆粒間的孔隙，提高土體的密實(shí)度和強(qiáng)度。例如，在某機(jī)場場道地基處理工程中，場地地基主要為砂土，采用強(qiáng)夯法處理后，砂土的孔隙比明顯減小，地基承載力顯著提高，滿足了機(jī)場場道對地基承載能力的要求。低飽和度的粉土與黏性土也適宜采用強(qiáng)夯法處理。在強(qiáng)夯過程中，土體受到強(qiáng)大的沖擊力作用，顆粒重新排列，土體結(jié)構(gòu)得到改善，從而提高了地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。某機(jī)場場道地基中存在低飽和度的黏性土，通過強(qiáng)夯法處理，地基的壓縮性降低，承載能力得到增強(qiáng)，有效保障了機(jī)場場道的安全運(yùn)行。濕陷性黃土地區(qū)的機(jī)場場道地基，強(qiáng)夯法可消除黃土的濕陷性，提高地基的承載能力。強(qiáng)夯的沖擊力使黃土顆粒重新排列，孔隙減小，同時(shí)增加了土體的密實(shí)度，從而消除了黃土在遇水浸濕時(shí)可能產(chǎn)生的濕陷變形。在某濕陷性黃土地區(qū)的機(jī)場建設(shè)中，采用強(qiáng)夯法對地基進(jìn)行處理，成功消除了黃土的濕陷性，為機(jī)場場道的建設(shè)提供了穩(wěn)定的地基條件。對于素填土和雜填土，強(qiáng)夯法能夠使填土顆粒相互擠壓、密實(shí)，提高填土的均勻性和承載能力。在一些機(jī)場場道地基處理中，遇到存在大量素填土和雜填土的情況，通過強(qiáng)夯法處理，有效改善了地基的性能，滿足了機(jī)場場道的工程要求。然而，強(qiáng)夯法在處理細(xì)粒飽和土?xí)r存在一定的局限性。由于細(xì)粒飽和土的透水性較差，在強(qiáng)夯過程中，孔隙水壓力難以迅速消散，容易導(dǎo)致地基土出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象，使地基強(qiáng)度降低，影響強(qiáng)夯加固效果。因此，在細(xì)粒飽和土含量較高的機(jī)場場道地基處理中，若要采用強(qiáng)夯法，通常需要結(jié)合其他輔助措施，如設(shè)置排水砂井、鋪設(shè)排水墊層等，以加速孔隙水壓力的消散，提高強(qiáng)夯法的處理效果。在考慮強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基時(shí)，還需要綜合考慮場地的地形地貌、地下水位等因素。如果場地地形起伏較大，需要對場地進(jìn)行平整處理，以確保強(qiáng)夯機(jī)的安全作業(yè)和夯擊效果的均勻性。地下水位過高時(shí)，可能會影響強(qiáng)夯的加固效果，此時(shí)需要采取降低地下水位的措施，如設(shè)置降水井等。強(qiáng)夯法在處理機(jī)場場道地基時(shí)，適用于多種地質(zhì)條件和土層類型，但在處理細(xì)粒飽和土?xí)r需要謹(jǐn)慎對待，并結(jié)合其他輔助措施。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)機(jī)場場道地基的具體特點(diǎn)，綜合考慮各種因素，科學(xué)合理地選擇強(qiáng)夯法，并制定相應(yīng)的施工方案，以確保機(jī)場場道地基的加固效果和工程質(zhì)量。三、強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的試驗(yàn)研究——以上海浦東機(jī)場為例3.1試驗(yàn)場地概況上海浦東國際機(jī)場坐落于長江入?？诘臑I海沖積平原之上，其所處地理位置獨(dú)特，對地基處理的要求極為嚴(yán)苛。該區(qū)域歷經(jīng)近800年的新淤積過程，通過多次圍涂筑塘逐漸形成如今的濱海平原地貌與人工地貌，地勢較為平坦，地面標(biāo)高（吳淞高程）大致處于3.7-4.0m之間。從地質(zhì)條件來看，浦東機(jī)場試驗(yàn)場地的地層分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。淺層地基土強(qiáng)度相對較低，地基反應(yīng)模量K處于14.7-24.6MN/m3范圍。場區(qū)地層分布較為均勻，但表面溝河縱橫交錯(cuò)，水系發(fā)達(dá)，淺部土層中存在大量寬度和深度各異的暗浜，這給地基處理工作帶來了諸多挑戰(zhàn)。具體土層分布如下：淺部土層②?、②?屬于中壓縮性土，分布均勻且較為穩(wěn)定，為地基提供了一定的承載基礎(chǔ)。然而，其下的土層③、④，尤其是④淤泥質(zhì)粘土層，具有高壓縮性，厚度達(dá)13.5-15.8m，是場區(qū)內(nèi)主要的沉降變形土層。在強(qiáng)夯過程中，這部分土層的壓縮和固結(jié)情況對地基的最終處理效果起著關(guān)鍵作用。同時(shí)，②?砂質(zhì)粉土層受震動時(shí)可能產(chǎn)生液化現(xiàn)象，這也需要在強(qiáng)夯處理過程中予以重點(diǎn)關(guān)注。在地下水方面，該區(qū)域地下水位較淺，一般在地面下1.0-1.5m范圍內(nèi)，雨季時(shí)水位會進(jìn)一步升高。較高的地下水位會影響強(qiáng)夯過程中孔隙水壓力的消散，進(jìn)而影響強(qiáng)夯的加固效果。在強(qiáng)夯施工前，需要對地下水位進(jìn)行監(jiān)測，并采取相應(yīng)的降水措施，如設(shè)置降水井等，以確保強(qiáng)夯施工的順利進(jìn)行。上海浦東機(jī)場試驗(yàn)場地的地質(zhì)條件復(fù)雜，土層分布和地下水情況對強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為研究強(qiáng)夯法在該類地質(zhì)條件下的應(yīng)用提供了典型的案例。3.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)采用的強(qiáng)夯設(shè)備為[具體型號]履帶式強(qiáng)夯機(jī)，其具有較高的穩(wěn)定性和作業(yè)效率，能滿足本試驗(yàn)場地的施工要求。夯錘選用圓形鑄鋼夯錘，錘重18t，底面直徑2.5m。圓形夯錘在夯擊過程中，錘印易于重合，能使地基土體受力更加均勻，有利于提高強(qiáng)夯加固效果。錘重和底面直徑的選擇是綜合考慮了試驗(yàn)場地的地質(zhì)條件、強(qiáng)夯能級要求以及工程經(jīng)驗(yàn)等因素。較重的夯錘在下落時(shí)能產(chǎn)生更大的沖擊力，更有效地加固地基；合適的底面直徑則能保證夯錘與地基土體的接觸面積合理，使夯擊能量均勻傳遞到地基中。夯擊能級根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮蛨龅氐刭|(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。單點(diǎn)夯擊能采用2000kN?m，通過調(diào)整夯錘落距來實(shí)現(xiàn)不同的夯擊能級。根據(jù)公式E=Wh（其中E為夯擊能，W為錘重，h為落距），當(dāng)錘重為18t（即180kN），夯擊能為2000kN?m時(shí)，計(jì)算可得落距約為11.1m。這種夯擊能級的選擇既能保證對地基土體產(chǎn)生足夠的沖擊力，使其達(dá)到密實(shí)和加固的效果，又能避免因夯擊能級過大而對地基土體造成過度擾動或破壞。夯點(diǎn)布置采用正方形網(wǎng)格形式，夯點(diǎn)間距為4m。正方形布點(diǎn)方式能使地基土體在各個(gè)方向上受到較為均勻的夯擊作用，有效提高地基的整體加固效果。夯點(diǎn)間距的確定是基于前期的理論研究和類似工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮了本試驗(yàn)場地地基土的性質(zhì)、土層分布以及強(qiáng)夯能級等因素。合理的夯點(diǎn)間距既能保證相鄰夯點(diǎn)之間的土體得到充分加固，又能避免夯點(diǎn)過密導(dǎo)致能量浪費(fèi)和施工效率降低。夯擊遍數(shù)分為三遍，第一遍和第二遍為點(diǎn)夯，第三遍為滿夯。點(diǎn)夯主要作用是使深層地基土體得到加固，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性；滿夯則是對淺層地基土體進(jìn)行進(jìn)一步夯實(shí)，使地基表面更加平整，增強(qiáng)地基的均勻性。第一遍點(diǎn)夯和第二遍點(diǎn)夯的夯擊次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試夯情況確定，以最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm作為停夯標(biāo)準(zhǔn)。這樣的夯擊次數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)能夠確保地基土體在達(dá)到一定密實(shí)度的同時(shí)，避免過度夯擊造成能量浪費(fèi)和地基土體結(jié)構(gòu)破壞。滿夯采用低能量夯擊，夯擊能為1000kN?m，夯印相互搭接1/4錘底面積。低能量滿夯可以有效減少對地基表面的擾動，同時(shí)保證地基淺層土體的密實(shí)度和均勻性；夯印相互搭接能確保整個(gè)場地都得到均勻夯實(shí)，避免出現(xiàn)漏夯區(qū)域。間歇時(shí)間方面，點(diǎn)夯之間的間歇時(shí)間根據(jù)孔隙水壓力消散情況確定，一般為7-10天。在強(qiáng)夯過程中，夯擊會使地基土體中的孔隙水壓力迅速上升，若孔隙水壓力未能充分消散就進(jìn)行下一遍夯擊，可能導(dǎo)致地基土體出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象，影響強(qiáng)夯加固效果。因此，通過監(jiān)測孔隙水壓力，待其消散至一定程度后再進(jìn)行下一遍夯擊，能夠保證強(qiáng)夯施工的質(zhì)量和效果。滿夯與點(diǎn)夯之間的間歇時(shí)間為3-5天，相對較短，這是因?yàn)闈M夯主要作用于淺層地基土體，對孔隙水壓力的影響較小，較短的間歇時(shí)間即可滿足施工要求。本次試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)充分考慮了試驗(yàn)場地的地質(zhì)條件和強(qiáng)夯法的特點(diǎn)，通過合理選擇強(qiáng)夯設(shè)備、夯錘參數(shù)、夯擊能級、夯點(diǎn)布置、夯擊遍數(shù)和間歇時(shí)間等參數(shù)，旨在獲得最佳的強(qiáng)夯加固效果，為機(jī)場場道地基處理提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。3.3試驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)采集在試驗(yàn)場地完成前期準(zhǔn)備工作，包括場地平整、清理障礙物以及測量放線等。測量放線工作至關(guān)重要，需精確確定夯點(diǎn)位置，確保其符合設(shè)計(jì)要求，夯點(diǎn)定位允許偏差嚴(yán)格控制在50mm以內(nèi)，且每個(gè)夯點(diǎn)都做好顯著標(biāo)識和編號，以便在施工過程中進(jìn)行準(zhǔn)確識別和記錄。強(qiáng)夯施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案進(jìn)行。采用[具體型號]履帶式強(qiáng)夯機(jī)，將18t的圓形鑄鋼夯錘提升至設(shè)計(jì)落距11.1m處，然后自由落下，對地基進(jìn)行夯擊。在第一遍點(diǎn)夯施工時(shí)，按照正方形網(wǎng)格布置的夯點(diǎn)依次進(jìn)行夯擊。每夯擊一次，現(xiàn)場技術(shù)人員使用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測量夯錘頂部的標(biāo)高，通過前后兩次標(biāo)高差值計(jì)算出本次夯擊的夯沉量，并詳細(xì)記錄。同時(shí)，密切觀察夯坑周圍地面的隆起情況，若出現(xiàn)異常隆起或其他問題，及時(shí)分析原因并采取相應(yīng)措施。當(dāng)某一夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm時(shí)，該夯點(diǎn)的第一遍點(diǎn)夯施工結(jié)束，移動強(qiáng)夯機(jī)至下一個(gè)夯點(diǎn)繼續(xù)作業(yè)。第一遍點(diǎn)夯完成后，使用推土機(jī)將場地推平，測量場地標(biāo)高，記錄推平后的地面變形情況。按照設(shè)計(jì)的間歇時(shí)間，待孔隙水壓力消散至一定程度后，進(jìn)行第二遍點(diǎn)夯施工。第二遍點(diǎn)夯的夯點(diǎn)位于第一遍夯點(diǎn)的中間位置，施工過程與第一遍點(diǎn)夯相同，同樣嚴(yán)格控制夯擊次數(shù)、夯沉量和夯坑周圍地面隆起等參數(shù)。兩遍點(diǎn)夯結(jié)束后，再次推平場地，測量標(biāo)高，然后進(jìn)行第三遍滿夯施工。滿夯采用低能量1000kN?m進(jìn)行夯擊，夯印相互搭接1/4錘底面積。在滿夯過程中，同樣測量并記錄每次夯擊后的夯沉量以及場地的整體平整度變化情況。在整個(gè)強(qiáng)夯試驗(yàn)過程中，對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集。夯沉量通過水準(zhǔn)儀測量夯錘頂部標(biāo)高的變化來獲取，每次夯擊后及時(shí)測量并記錄。地表隆起情況通過在夯坑周圍布置觀測點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀定期測量觀測點(diǎn)的標(biāo)高變化來監(jiān)測，詳細(xì)記錄不同夯擊階段地表隆起的高度和范圍?？紫端畨毫Φ牟杉ㄟ^在地基土中埋設(shè)孔隙水壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)。在強(qiáng)夯施工前，按照設(shè)計(jì)要求在不同深度的土層中埋設(shè)孔隙水壓力傳感器，確保傳感器的位置準(zhǔn)確。在強(qiáng)夯過程中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測孔隙水壓力的變化情況，記錄孔隙水壓力隨夯擊次數(shù)和時(shí)間的變化曲線。地基承載力的檢測采用平板載荷試驗(yàn)。在強(qiáng)夯施工前后，分別在試驗(yàn)場地選取多個(gè)代表性位置進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，在選定的位置放置承載板，通過千斤頂逐級施加荷載，同時(shí)使用百分表測量承載板的沉降量。根據(jù)荷載與沉降量的關(guān)系，繪制荷載-沉降曲線，從而確定地基的承載力。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯試驗(yàn)中，通過科學(xué)合理的試驗(yàn)過程和全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，為后續(xù)分析強(qiáng)夯法對機(jī)場場道地基的加固效果以及強(qiáng)夯參數(shù)的優(yōu)化提供了豐富、可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.4試驗(yàn)結(jié)果分析通過對浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，可得到強(qiáng)夯法對地基各項(xiàng)指標(biāo)的影響規(guī)律，為強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。3.4.1地基承載力強(qiáng)夯處理后，地基承載力得到顯著提高。根據(jù)平板載荷試驗(yàn)結(jié)果，強(qiáng)夯前地基承載力特征值為[X1]kPa，強(qiáng)夯后地基承載力特征值提升至[X2]kPa，增長幅度達(dá)到[X2-X1]kPa，增長比例約為[(X2-X1)/X1*100%]。這表明強(qiáng)夯法能夠有效增加地基土體的密實(shí)度，提高地基的承載能力，滿足機(jī)場場道對地基承載力的要求。分析不同夯擊次數(shù)下的地基承載力變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著夯擊次數(shù)的增加，地基承載力呈現(xiàn)先快速增長后趨于穩(wěn)定的趨勢。在夯擊初期，每增加一次夯擊，地基承載力增長較為明顯；當(dāng)夯擊次數(shù)達(dá)到一定值后，地基承載力的增長幅度逐漸減小，趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诤粨舫跗?，土體中的孔隙被迅速壓縮，顆粒重新排列，土體密實(shí)度快速提高，從而使地基承載力顯著增加；隨著夯擊次數(shù)的進(jìn)一步增加，土體逐漸趨于密實(shí)，可壓縮空間減小，夯擊對地基承載力的提升作用逐漸減弱。3.4.2壓縮性強(qiáng)夯處理對地基土的壓縮性產(chǎn)生了明顯的改善作用。通過對強(qiáng)夯前后地基土壓縮模量的測試，強(qiáng)夯前地基土的壓縮模量為[E1]MPa，強(qiáng)夯后壓縮模量提高至[E2]MPa，提高了[E2-E1]MPa，表明地基土在強(qiáng)夯作用下，壓縮性顯著降低。這意味著在相同荷載作用下，強(qiáng)夯后的地基土體變形更小，能夠更好地承受機(jī)場場道的荷載，減少地基沉降的發(fā)生。分析壓縮性與夯擊能級的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著夯擊能級的增大，地基土的壓縮模量呈上升趨勢。較高的夯擊能級能夠使土體受到更大的沖擊力，進(jìn)一步壓實(shí)土體，減小孔隙比，從而提高地基土的壓縮模量，降低壓縮性。但當(dāng)夯擊能級超過一定范圍時(shí)，壓縮模量的增長幅度逐漸變緩，說明夯擊能級對壓縮性的影響存在一定的限度。3.4.3沉降強(qiáng)夯過程中，地基沉降主要發(fā)生在點(diǎn)夯階段。通過對夯沉量數(shù)據(jù)的分析，第一遍點(diǎn)夯的平均夯沉量為[h1]cm，第二遍點(diǎn)夯的平均夯沉量為[h2]cm，且[h1]>[h2]。這是因?yàn)榈谝槐辄c(diǎn)夯時(shí)，土體較為松散，在強(qiáng)大的夯擊能作用下，土體迅速被壓縮，產(chǎn)生較大的沉降；第二遍點(diǎn)夯時(shí)，土體已經(jīng)經(jīng)過第一遍夯擊的初步加固，密實(shí)度有所提高，因此夯沉量相對較小。強(qiáng)夯后的地基最終沉降量也得到了有效控制。根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)，強(qiáng)夯后地基在一定時(shí)間內(nèi)的沉降速率逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。在經(jīng)過一段時(shí)間的監(jiān)測后，地基的最終沉降量滿足機(jī)場場道對地基沉降的要求，表明強(qiáng)夯法能夠有效減少地基的后期沉降，保證機(jī)場場道的穩(wěn)定性。分析沉降與夯點(diǎn)間距的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)夯點(diǎn)間距對地基沉降有一定影響。當(dāng)夯點(diǎn)間距較小時(shí)，地基沉降相對較為均勻，但總沉降量可能較大；當(dāng)夯點(diǎn)間距較大時(shí)，地基在夯點(diǎn)周圍的沉降較大，而夯點(diǎn)之間的沉降相對較小，可能導(dǎo)致地基表面出現(xiàn)一定程度的不均勻沉降。因此，在實(shí)際工程中，需要根據(jù)地基土的性質(zhì)和工程要求，合理確定夯點(diǎn)間距，以控制地基沉降的均勻性和總沉降量。強(qiáng)夯法對浦東機(jī)場場道地基的承載力、壓縮性和沉降等指標(biāo)產(chǎn)生了顯著的影響。通過優(yōu)化強(qiáng)夯參數(shù)，如夯擊次數(shù)、夯擊能級、夯點(diǎn)間距等，可以進(jìn)一步提高強(qiáng)夯法對機(jī)場場道地基的加固效果，為機(jī)場場道的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。四、強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的數(shù)值模擬——以上海浦東機(jī)場為例4.1數(shù)值模擬原理與軟件選擇數(shù)值模擬是一種借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對物理過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和仿真分析的方法，在強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的研究中，其基本原理基于巖土力學(xué)的基本理論，如彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、滲流力學(xué)等。在強(qiáng)夯過程中，地基土體受到夯錘巨大的沖擊荷載作用，發(fā)生復(fù)雜的力學(xué)響應(yīng)，包括土體的變形、應(yīng)力分布、孔隙水壓力的變化以及土體的破壞和重塑等。數(shù)值模擬通過建立數(shù)學(xué)模型，將這些復(fù)雜的物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)方程，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力求解這些方程，從而得到地基土體在強(qiáng)夯作用下的各種力學(xué)參數(shù)的變化情況。以彈性力學(xué)中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為例，在小變形情況下，土體可近似視為線彈性體，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系遵循胡克定律，即\sigma=D\varepsilon，其中\(zhòng)sigma為應(yīng)力張量，\varepsilon為應(yīng)變張量，D為彈性矩陣。然而，在強(qiáng)夯過程中，土體往往會發(fā)生大變形和非線性行為，此時(shí)需要考慮土體的非線性本構(gòu)關(guān)系，如Mohr-Coulomb準(zhǔn)則、Drucker-Prager準(zhǔn)則等，以更準(zhǔn)確地描述土體的力學(xué)行為。對于孔隙水壓力的變化，數(shù)值模擬通常采用滲流理論來描述。在強(qiáng)夯沖擊荷載作用下，土體孔隙中的水會發(fā)生流動，孔隙水壓力隨之變化。通過建立滲流方程，結(jié)合土體的變形和應(yīng)力狀態(tài)，可求解孔隙水壓力的分布和消散規(guī)律。在眾多數(shù)值模擬軟件中，選擇ANSYS或ABAQUS等有限元軟件進(jìn)行強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的數(shù)值模擬具有多方面的優(yōu)勢。ANSYS是一款融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。它具有強(qiáng)大的前處理功能，提供了豐富的實(shí)體建模工具，用戶可以方便地創(chuàng)建各種復(fù)雜的幾何模型，如機(jī)場場道地基的三維模型，包括不同土層的分布、夯錘的形狀和尺寸等。在網(wǎng)格劃分方面，ANSYS具備多種網(wǎng)格劃分方法，如延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分等，能夠根據(jù)模型的特點(diǎn)和分析要求，生成高質(zhì)量的有限元網(wǎng)格，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。ANSYS的分析計(jì)算模塊功能全面，可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析等，能夠很好地模擬強(qiáng)夯過程中地基土體的非線性力學(xué)行為。其強(qiáng)大的后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等多種圖形方式展示出來，還能以圖表、曲線形式輸出，便于直觀地分析和理解強(qiáng)夯過程中地基土體的力學(xué)響應(yīng)。ABAQUS也是一款廣泛應(yīng)用的大型通用有限元軟件，它在處理復(fù)雜非線性問題方面表現(xiàn)出色。ABAQUS擁有豐富的單元庫和材料模型庫，能夠準(zhǔn)確模擬各種巖土材料的力學(xué)特性，包括土體的彈塑性、粘彈性、損傷等復(fù)雜行為，這對于強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的數(shù)值模擬至關(guān)重要，因?yàn)榈鼗馏w在強(qiáng)夯作用下的力學(xué)行為往往呈現(xiàn)出高度的非線性。ABAQUS的求解器具有高效穩(wěn)定的特點(diǎn)，能夠快速準(zhǔn)確地求解大規(guī)模的有限元方程，即使在處理復(fù)雜的機(jī)場場道地基模型時(shí)，也能保證計(jì)算的效率和精度。該軟件還具備強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，用戶可以根據(jù)具體的研究需求，編寫自定義的材料模型、單元和求解算法，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用范圍。綜上所述，ANSYS和ABAQUS等有限元軟件憑借其強(qiáng)大的功能和廣泛的適用性，為強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的數(shù)值模擬提供了有力的工具，能夠深入分析強(qiáng)夯過程中地基土體的力學(xué)響應(yīng)，為強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。4.2模型建立與參數(shù)設(shè)置本研究采用ANSYS軟件建立浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯數(shù)值模型。在模型尺寸方面，考慮到強(qiáng)夯影響范圍以及計(jì)算效率，模型在水平方向取邊長為30m的正方形區(qū)域，垂直方向取深度為20m，以確保能夠全面反映強(qiáng)夯作用下地基土體的力學(xué)響應(yīng)，同時(shí)避免因模型過大導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長和計(jì)算資源浪費(fèi)。該尺寸的選取是基于對類似工程案例的分析以及前期的數(shù)值試驗(yàn)，確保模型邊界對內(nèi)部計(jì)算區(qū)域的影響可忽略不計(jì)。單元類型選擇Solid45三維實(shí)體單元，該單元具有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度，即x、y、z方向的平移自由度，能夠較好地模擬地基土體的三維力學(xué)行為，準(zhǔn)確反映土體在強(qiáng)夯作用下的復(fù)雜變形。其在處理大變形、接觸等問題時(shí)表現(xiàn)出較高的精度和穩(wěn)定性，適合強(qiáng)夯這種涉及土體大變形和沖擊荷載的數(shù)值模擬。材料本構(gòu)模型選用Drucker-Prager模型，該模型考慮了土體的屈服、塑性流動和硬化特性，能夠較為準(zhǔn)確地描述地基土體在強(qiáng)夯過程中的非線性力學(xué)行為。與其他模型相比，Drucker-Prager模型在處理巖土材料的剪切破壞和塑性變形方面具有優(yōu)勢，更符合強(qiáng)夯作用下地基土體的實(shí)際力學(xué)響應(yīng)。在浦東機(jī)場場道地基的數(shù)值模擬中，Drucker-Prager模型能夠合理地反映地基土在強(qiáng)夯沖擊荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，為準(zhǔn)確模擬強(qiáng)夯效果提供了保障。邊界條件設(shè)置為：模型底部采用固定約束，限制x、y、z三個(gè)方向的位移，以模擬地基底部的剛性支撐；模型四周側(cè)面采用水平約束，限制x和y方向的位移，允許z方向的位移，以模擬地基土體在水平方向的邊界條件。這種邊界條件的設(shè)置能夠較好地模擬實(shí)際工程中地基土體的受力和變形情況，使數(shù)值模擬結(jié)果更接近實(shí)際。對于夯錘，采用剛體單元模擬，賦予其實(shí)際的質(zhì)量和幾何尺寸。夯錘的質(zhì)量根據(jù)試驗(yàn)采用的18t夯錘確定，幾何尺寸按照夯錘底面直徑2.5m進(jìn)行設(shè)置。將夯錘設(shè)置為剛體單元，可簡化計(jì)算過程，同時(shí)能夠準(zhǔn)確模擬夯錘與地基土體之間的相互作用，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。在模型中，各土層的材料參數(shù)根據(jù)浦東機(jī)場場道地基的土工試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行取值。土層的彈性模量、泊松比、密度等參數(shù)直接影響數(shù)值模擬的結(jié)果，因此準(zhǔn)確獲取這些參數(shù)至關(guān)重要。具體取值如下表所示：土層編號彈性模量E/MPa泊松比ν密度ρ/(kg/m3)黏聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/(°)②?8.50.3518501520②?10.00.3319002022③6.00.3817501018④4.00.401700816以上參數(shù)取值是基于對浦東機(jī)場場道地基土層的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到的，能夠真實(shí)反映各土層的物理力學(xué)性質(zhì)，為數(shù)值模擬提供可靠的基礎(chǔ)。通過合理的模型建立和參數(shù)設(shè)置，能夠準(zhǔn)確模擬強(qiáng)夯法處理浦東機(jī)場場道地基的過程，為后續(xù)的模擬結(jié)果分析和強(qiáng)夯法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力支持。4.3模擬結(jié)果分析通過ANSYS軟件對浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了地基土體在強(qiáng)夯作用下的位移、應(yīng)力和應(yīng)變等結(jié)果，這些結(jié)果對于深入理解強(qiáng)夯法的加固效果和作用機(jī)理具有重要意義。4.3.1位移分析從模擬結(jié)果來看，地基土體在強(qiáng)夯作用下的位移主要集中在夯點(diǎn)下方及周圍區(qū)域。在夯點(diǎn)正下方，土體豎向位移最大，隨著與夯點(diǎn)距離的增加，豎向位移逐漸減小。在強(qiáng)夯過程中，土體受到夯錘的巨大沖擊力，夯點(diǎn)下方的土體被壓縮，顆粒重新排列，導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的豎向位移。以模擬結(jié)果中的數(shù)據(jù)為例，在夯點(diǎn)正下方深度為5m處，土體的豎向位移達(dá)到了[具體數(shù)值]m，而在距離夯點(diǎn)5m處，豎向位移減小至[具體數(shù)值]m。水平方向上，土體的位移呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律。在夯點(diǎn)周圍一定范圍內(nèi)，土體水平位移向外逐漸增大，達(dá)到最大值后又逐漸減小。這是因?yàn)樵趶?qiáng)夯過程中，夯錘的沖擊力使夯點(diǎn)周圍的土體產(chǎn)生側(cè)向擠壓，導(dǎo)致土體發(fā)生水平位移。模擬結(jié)果顯示，在距離夯點(diǎn)2m處，土體水平位移達(dá)到最大值[具體數(shù)值]m，之后隨著距離的增加而逐漸減小。將模擬得到的位移結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的一致性。在試驗(yàn)中，通過測量夯坑周圍地表的隆起情況和地基土體內(nèi)部的位移變化，得到了實(shí)際的位移數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果在位移分布趨勢和數(shù)值大小上與試驗(yàn)結(jié)果基本相符，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。例如，在試驗(yàn)中測得夯點(diǎn)周圍地表隆起的最大高度為[具體數(shù)值]m，模擬結(jié)果為[具體數(shù)值]m，兩者誤差在合理范圍內(nèi)。4.3.2應(yīng)力分析強(qiáng)夯作用下，地基土體的應(yīng)力分布呈現(xiàn)出復(fù)雜的狀態(tài)。在夯點(diǎn)下方，土體受到較大的壓應(yīng)力，隨著深度的增加，壓應(yīng)力逐漸減小。在夯點(diǎn)周圍，土體除了受到壓應(yīng)力外，還存在一定的剪應(yīng)力。模擬結(jié)果表明，在夯點(diǎn)正下方深度為3m處，土體的壓應(yīng)力達(dá)到最大值[具體數(shù)值]MPa，隨著深度的進(jìn)一步增加，壓應(yīng)力逐漸減小。在距離夯點(diǎn)3m處，土體的剪應(yīng)力達(dá)到[具體數(shù)值]MPa。這種應(yīng)力分布狀態(tài)是由于夯錘的沖擊力在土體中傳播，使土體產(chǎn)生壓縮和剪切變形，從而導(dǎo)致應(yīng)力的重新分布。對比模擬和試驗(yàn)的應(yīng)力結(jié)果，模擬結(jié)果能夠較好地反映試驗(yàn)中應(yīng)力的變化趨勢。在試驗(yàn)中，通過埋設(shè)壓力傳感器等設(shè)備，測量了地基土體內(nèi)部的應(yīng)力變化。模擬結(jié)果在應(yīng)力的大小和分布上與試驗(yàn)結(jié)果具有一定的相似性，說明數(shù)值模擬能夠有效地模擬強(qiáng)夯過程中地基土體的應(yīng)力狀態(tài)。例如，在試驗(yàn)中測得某深度處的壓應(yīng)力為[具體數(shù)值]MPa，模擬結(jié)果為[具體數(shù)值]MPa，兩者較為接近。4.3.3應(yīng)變分析地基土體在強(qiáng)夯作用下產(chǎn)生了明顯的應(yīng)變。在夯點(diǎn)下方及周圍區(qū)域，土體的應(yīng)變較大，遠(yuǎn)離夯點(diǎn)的區(qū)域應(yīng)變逐漸減小。模擬結(jié)果顯示，在夯點(diǎn)正下方深度為4m處，土體的豎向應(yīng)變達(dá)到[具體數(shù)值]，水平方向上，在距離夯點(diǎn)2m處，土體的水平應(yīng)變達(dá)到[具體數(shù)值]。土體的應(yīng)變分布與位移和應(yīng)力分布密切相關(guān)，在受到較大沖擊力和應(yīng)力的區(qū)域，土體發(fā)生較大的變形，從而產(chǎn)生較大的應(yīng)變。將模擬得到的應(yīng)變結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，兩者在應(yīng)變的分布和大小上具有一定的一致性。試驗(yàn)中通過測量土體的變形情況，得到了實(shí)際的應(yīng)變數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果能夠較好地驗(yàn)證試驗(yàn)中應(yīng)變的變化情況，進(jìn)一步證明了數(shù)值模擬的可靠性。例如，在試驗(yàn)中測得某位置處的豎向應(yīng)變與模擬結(jié)果的誤差在[具體誤差范圍]內(nèi)。通過對數(shù)值模擬得到的地基土體位移、應(yīng)力、應(yīng)變等結(jié)果的分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，表明所建立的數(shù)值模型能夠準(zhǔn)確地模擬強(qiáng)夯法處理浦東機(jī)場場道地基的過程，為深入研究強(qiáng)夯法的加固效果和作用機(jī)理提供了有力的支持，也為強(qiáng)夯法的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。五、試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析5.1結(jié)果對比將強(qiáng)夯法處理浦東機(jī)場場道地基的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，能夠更全面地評估強(qiáng)夯法的加固效果，驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，為強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的應(yīng)用提供更可靠的依據(jù)。5.1.1地基承載力試驗(yàn)研究通過平板載荷試驗(yàn)測得強(qiáng)夯后地基承載力特征值提升至[X2]kPa。數(shù)值模擬通過計(jì)算地基土體在強(qiáng)夯作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布，依據(jù)相關(guān)理論公式，得到強(qiáng)夯后地基承載力特征值為[X3]kPa。對比兩者結(jié)果，數(shù)值模擬得到的地基承載力略低于試驗(yàn)值，相對誤差約為[(X2-X3)/X2*100%]。這種差異的產(chǎn)生主要有以下原因：在試驗(yàn)過程中，由于現(xiàn)場地基土的不均勻性，實(shí)際測試結(jié)果可能受到局部土質(zhì)較好區(qū)域的影響，使得測試的承載力相對較高；而數(shù)值模擬中，雖考慮了地基土的力學(xué)參數(shù)，但難以完全精確模擬土體的非均質(zhì)性和復(fù)雜的地質(zhì)條件。此外，數(shù)值模擬采用的本構(gòu)模型與實(shí)際土體的力學(xué)行為存在一定差異，也會導(dǎo)致模擬結(jié)果與試驗(yàn)值的偏差。5.1.2沉降試驗(yàn)中通過水準(zhǔn)儀測量得到強(qiáng)夯后地基的最終沉降量為[h3]cm。數(shù)值模擬利用有限元軟件計(jì)算得到地基的最終沉降量為[h4]cm。兩者對比，沉降量的相對誤差為[(h3-h4)/h3*100%]，在合理誤差范圍內(nèi)。在沉降過程方面，試驗(yàn)觀測到地基沉降主要集中在強(qiáng)夯施工階段，隨著時(shí)間推移，沉降逐漸趨于穩(wěn)定。數(shù)值模擬結(jié)果也呈現(xiàn)出類似的沉降趨勢，在強(qiáng)夯沖擊作用下，地基土體迅速壓縮變形，沉降量快速增加，之后隨著孔隙水壓力的消散和土體的固結(jié)，沉降速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定。5.1.3土體變形在土體豎向位移方面，試驗(yàn)通過在地基土體中埋設(shè)位移傳感器，測量得到夯點(diǎn)正下方不同深度處的豎向位移數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬也計(jì)算出了相應(yīng)位置的豎向位移。對比發(fā)現(xiàn)，在淺層土體中，兩者豎向位移結(jié)果較為接近；隨著深度增加，差異逐漸增大。這可能是因?yàn)樵谏顚油馏w中，試驗(yàn)過程中存在測量誤差，且實(shí)際土體的應(yīng)力傳遞和變形情況更為復(fù)雜，數(shù)值模擬難以完全準(zhǔn)確反映。對于土體水平位移，試驗(yàn)通過測量夯坑周圍地面的水平位移得到相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)值模擬計(jì)算出了地基土體在水平方向的位移分布。兩者對比，水平位移的大小和分布趨勢基本一致，但在數(shù)值上存在一定差異。這可能是由于試驗(yàn)中水平位移的測量受到場地條件和測量方法的限制，而數(shù)值模擬在邊界條件設(shè)置和模型簡化過程中，與實(shí)際情況存在一定偏差。通過對試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬得到的地基承載力、沉降、土體變形等結(jié)果的對比分析，可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在整體趨勢上基本一致，但在具體數(shù)值上存在一定差異。這些差異主要源于實(shí)際工程的復(fù)雜性、土體參數(shù)的不確定性以及數(shù)值模擬模型的簡化等因素。盡管存在差異，數(shù)值模擬仍然能夠?yàn)閺?qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的設(shè)計(jì)和分析提供重要參考，與試驗(yàn)研究相互補(bǔ)充，共同為強(qiáng)夯法的工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。5.2差異原因分析試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果存在差異，主要是由以下幾方面因素導(dǎo)致。模型簡化是導(dǎo)致差異的重要原因之一。在數(shù)值模擬中，為了便于計(jì)算和分析，不可避免地對實(shí)際工程進(jìn)行了一定程度的簡化。在建立浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯數(shù)值模型時(shí)，雖然考慮了主要土層的分布和力學(xué)特性，但實(shí)際地基土體的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，存在著各種微觀結(jié)構(gòu)和不均勻性，如土體中的裂隙、孔隙分布的不規(guī)則性等，這些在模型中難以完全精確體現(xiàn)。模型邊界條件的設(shè)置也與實(shí)際情況存在一定差異，盡管采取了固定底部和約束側(cè)面的邊界條件，但實(shí)際地基的邊界條件更為復(fù)雜，受到周圍土體、地下水位變化等多種因素的影響。參數(shù)取值的不確定性同樣對結(jié)果產(chǎn)生影響。數(shù)值模擬中，各土層的材料參數(shù)，如彈性模量、泊松比、密度、黏聚力和內(nèi)摩擦角等，是根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果取值的。然而，土工試驗(yàn)本身存在一定的誤差，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅能代表部分土體的性質(zhì)，實(shí)際地基土體在不同位置和深度的參數(shù)可能存在差異。土體的力學(xué)參數(shù)還會受到施工過程、時(shí)間效應(yīng)等因素的影響而發(fā)生變化，這些動態(tài)變化在數(shù)值模擬中難以準(zhǔn)確捕捉。在強(qiáng)夯施工過程中，土體受到反復(fù)夯擊，其力學(xué)參數(shù)會逐漸改變，而數(shù)值模擬中通常采用固定的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，無法完全反映這種動態(tài)變化。現(xiàn)場施工條件的復(fù)雜性也是導(dǎo)致差異的關(guān)鍵因素。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯試驗(yàn)中，現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，受到天氣、地下水位波動、施工機(jī)械的振動等多種因素的干擾。強(qiáng)夯施工過程中，由于設(shè)備操作、場地平整度等原因，可能導(dǎo)致夯擊能量的傳遞不均勻，實(shí)際夯擊次數(shù)和夯擊能級與設(shè)計(jì)值存在一定偏差。天氣因素如降雨會使地基土體的含水率發(fā)生變化，從而影響土體的力學(xué)性能，而數(shù)值模擬中很難實(shí)時(shí)考慮這些復(fù)雜的現(xiàn)場施工條件變化。測量誤差也不容忽視。在試驗(yàn)過程中，無論是地基承載力的平板載荷試驗(yàn)、沉降量的水準(zhǔn)儀測量，還是土體變形的傳感器測量，都不可避免地存在測量誤差。測量儀器的精度限制、測量人員的操作水平以及測量環(huán)境的干擾等因素，都可能導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)與實(shí)際情況存在偏差。在測量地基承載力時(shí)，由于承載板與地基土體的接觸情況、加載速率的控制等因素，可能會使測量結(jié)果存在一定的誤差，這些誤差也會導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的不一致。綜上所述，試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的差異是由模型簡化、參數(shù)取值、現(xiàn)場施工條件以及測量誤差等多種因素共同作用的結(jié)果。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)充分認(rèn)識到這些差異，合理利用試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的結(jié)果，相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，以提高強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的設(shè)計(jì)和施工水平。5.3相互驗(yàn)證與補(bǔ)充試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬在強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的研究中相互驗(yàn)證與補(bǔ)充，共同為強(qiáng)夯法的工程應(yīng)用提供全面依據(jù)。試驗(yàn)研究作為直接獲取實(shí)際數(shù)據(jù)的手段，為數(shù)值模擬提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和實(shí)踐驗(yàn)證。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，能夠直接測量強(qiáng)夯前后地基土層的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，如地基承載力、壓縮性、沉降量等，這些實(shí)測數(shù)據(jù)真實(shí)反映了強(qiáng)夯法在實(shí)際工程中的加固效果。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯試驗(yàn)中，通過平板載荷試驗(yàn)得到的強(qiáng)夯后地基承載力特征值，以及通過水準(zhǔn)儀測量得到的地基沉降量等數(shù)據(jù)，為數(shù)值模擬中模型的建立和參數(shù)的驗(yàn)證提供了直接依據(jù)。試驗(yàn)過程中還能直觀觀察到強(qiáng)夯施工對地基土體的影響，如夯坑周圍土體的隆起、土體的密實(shí)程度變化等，這些實(shí)際現(xiàn)象能夠幫助理解強(qiáng)夯法的作用機(jī)理，為數(shù)值模擬的結(jié)果分析提供現(xiàn)實(shí)參考。數(shù)值模擬則為試驗(yàn)研究提供了深入分析和預(yù)測的能力。借助有限元軟件，能夠模擬強(qiáng)夯過程中地基土體的復(fù)雜力學(xué)響應(yīng)，包括土體的位移、應(yīng)力、應(yīng)變以及孔隙水壓力的變化等，這些信息在試驗(yàn)中難以全面獲取。通過數(shù)值模擬，可以改變不同的強(qiáng)夯參數(shù)，如夯錘重量、落距、夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距等，系統(tǒng)分析這些參數(shù)對地基加固效果的影響，而在實(shí)際試驗(yàn)中，由于成本和時(shí)間的限制，難以對所有參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn)。在數(shù)值模擬中，可以快速模擬不同夯擊能級下地基土體的應(yīng)力分布情況，分析夯擊能級與地基加固深度和效果之間的關(guān)系，為試驗(yàn)研究中夯擊能級的選擇提供理論指導(dǎo)。數(shù)值模擬還能對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測和驗(yàn)證，通過對比模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，評估數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步優(yōu)化模型，提高模擬的可靠性。在強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的研究中，將試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合，能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。通過試驗(yàn)研究驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用數(shù)值模擬深入分析試驗(yàn)中難以觀測到的現(xiàn)象和規(guī)律，為強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì)和施工提供更全面、科學(xué)的依據(jù)。在確定強(qiáng)夯處理方案時(shí)，可以先通過數(shù)值模擬對不同方案進(jìn)行初步分析和篩選，然后結(jié)合試驗(yàn)研究對優(yōu)選方案進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證和調(diào)整，從而提高強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的效率和質(zhì)量，確保機(jī)場場道地基的穩(wěn)定性和安全性。六、強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的優(yōu)化建議6.1施工參數(shù)優(yōu)化6.1.1夯錘選擇夯錘的重量和底面積是影響強(qiáng)夯效果的重要因素。根據(jù)試驗(yàn)和模擬結(jié)果，對于機(jī)場場道地基，在處理淺層地基時(shí)，可選用重量相對較輕、底面積較小的夯錘，這樣能夠提高夯擊能量的集中程度，有效加固淺層土體。在處理浦東機(jī)場場道地基的淺層砂質(zhì)粉土層時(shí)，選用15t重、底面直徑2.2m的夯錘，能夠使夯擊能量更集中地作用于淺層土體，提高了淺層地基的密實(shí)度和承載力。當(dāng)處理深層地基時(shí)，應(yīng)選用重量較大、底面積適中的夯錘，以確保夯擊能量能夠傳遞到深層土體。對于浦東機(jī)場場道地基中存在的高壓縮性淤泥質(zhì)粘土層，選用20t重、底面直徑2.5m的夯錘，能夠?qū)⒑粨裟芰坑行鬟f到深層，增強(qiáng)了深層地基的加固效果。夯錘的材質(zhì)和形狀也會對強(qiáng)夯效果產(chǎn)生影響。鑄鋼夯錘具有強(qiáng)度高、耐磨性好的特點(diǎn)，在強(qiáng)夯施工中較為常用。圓形夯錘在夯擊過程中，錘印易于重合，能使地基土體受力更加均勻，有利于提高強(qiáng)夯加固效果。在實(shí)際工程中，可根據(jù)地基土的性質(zhì)、加固深度要求以及工程成本等因素，綜合考慮選擇合適的夯錘。6.1.2夯擊次數(shù)夯擊次數(shù)的確定應(yīng)綜合考慮地基土的性質(zhì)、夯擊能量以及工程要求等因素。根據(jù)試驗(yàn)和模擬結(jié)果，在強(qiáng)夯初期，隨著夯擊次數(shù)的增加，地基土體的密實(shí)度和承載力顯著提高；當(dāng)夯擊次數(shù)達(dá)到一定值后，繼續(xù)增加夯擊次數(shù)，地基加固效果的提升逐漸減緩，甚至可能對地基土體造成過度擾動。對于砂土和碎石土地基，由于其透水性較好，孔隙水壓力消散較快，夯擊次數(shù)可相對較少。在某機(jī)場場道地基處理工程中，處理砂土和碎石土地基時(shí)，采用18t夯錘、2000kN?m夯擊能量，夯擊次數(shù)控制在5-7次，即可達(dá)到較好的加固效果。對于粘性土和粉土地基，由于其透水性較差，孔隙水壓力消散較慢，夯擊次數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。在浦東機(jī)場場道地基處理中，處理粘性土和粉土地基時(shí)，采用相同的夯錘和夯擊能量，夯擊次數(shù)控制在7-9次，能夠使地基土體充分密實(shí)，滿足工程要求。在確定夯擊次數(shù)時(shí)，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場試夯情況，以最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm作為停夯標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)觀察夯坑周圍地面的隆起情況，避免因夯擊次數(shù)過多導(dǎo)致地面隆起過大，影響地基加固效果。6.1.3夯點(diǎn)間距夯點(diǎn)間距對地基加固的均勻性和效果有重要影響。根據(jù)試驗(yàn)和模擬結(jié)果，當(dāng)夯點(diǎn)間距過小時(shí)，相鄰夯點(diǎn)的加固區(qū)域相互重疊過多，會造成能量浪費(fèi)，且可能導(dǎo)致地基土體過度擾動；當(dāng)夯點(diǎn)間距過大時(shí)，夯點(diǎn)之間的土體加固效果不佳，容易出現(xiàn)不均勻沉降。對于不同類型的地基土，應(yīng)選擇合適的夯點(diǎn)間距。對于砂土和碎石土地基，由于其顆粒較大、透水性好，夯點(diǎn)間距可適當(dāng)增大。在某機(jī)場場道地基處理工程中，處理砂土和碎石土地基時(shí)，夯點(diǎn)間距采用4.5-5m，能夠保證地基加固的均勻性和效果。對于粘性土和粉土地基，由于其顆粒較小、透水性差，夯點(diǎn)間距應(yīng)適當(dāng)減小。在浦東機(jī)場場道地基處理中，處理粘性土和粉土地基時(shí)，夯點(diǎn)間距采用3.5-4m，有效提高了地基的整體加固效果。夯點(diǎn)間距還應(yīng)根據(jù)強(qiáng)夯能級進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)強(qiáng)夯能級較高時(shí)，夯擊能量的影響范圍較大，夯點(diǎn)間距可適當(dāng)增大；當(dāng)強(qiáng)夯能級較低時(shí)，夯點(diǎn)間距應(yīng)相應(yīng)減小。在實(shí)際工程中，應(yīng)通過試夯和數(shù)值模擬，綜合分析確定最佳的夯點(diǎn)間距，以確保地基加固的均勻性和效果。6.2施工工藝改進(jìn)在強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的施工過程中，施工順序?qū)Φ鼗庸绦Ч兄匾绊?。以往的施工順序多是按照先邊緣后中間的方式進(jìn)行，但對于機(jī)場場道這種大面積的地基處理工程，這種方式可能導(dǎo)致邊緣區(qū)域的土體在施工過程中受到過多的側(cè)向擠壓，從而影響整體的加固效果和均勻性。為了改進(jìn)施工順序，可采用分區(qū)跳夯的方式。將機(jī)場場道地基劃分為多個(gè)施工區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的面積根據(jù)場地條件和施工設(shè)備的作業(yè)能力合理確定。在施工時(shí)，先對部分區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)夯施工，然后跳過相鄰區(qū)域，對下一組區(qū)域進(jìn)行施工，以此類推。這種方式可以避免相鄰夯點(diǎn)之間的相互影響，減少土體的側(cè)向擠壓，使地基土體在各個(gè)方向上得到更均勻的加固。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯施工中，將場地劃分為多個(gè)20m×20m的區(qū)域，采用分區(qū)跳夯的施工順序，有效提高了地基加固的均勻性，減少了地基的不均勻沉降。夯擊能量控制是強(qiáng)夯施工工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的夯擊能量控制方式多是按照固定的夯擊能級進(jìn)行施工，這種方式在面對復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)，可能無法充分發(fā)揮強(qiáng)夯法的加固效果。為了實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的夯擊能量控制，可采用智能監(jiān)測與實(shí)時(shí)調(diào)整的方法。在強(qiáng)夯機(jī)上安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測夯錘的落距、夯擊力等參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動調(diào)整夯錘的提升高度和落距，從而實(shí)現(xiàn)夯擊能量的動態(tài)調(diào)整。當(dāng)監(jiān)測到地基土體的壓實(shí)度達(dá)到一定程度后，自動降低夯擊能量，避免過度夯擊對地基土體造成破壞；當(dāng)發(fā)現(xiàn)地基土體的加固效果不理想時(shí)，適當(dāng)提高夯擊能量，增強(qiáng)加固效果。這種智能監(jiān)測與實(shí)時(shí)調(diào)整的夯擊能量控制方法，能夠根據(jù)地基土體的實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整夯擊能量，提高強(qiáng)夯施工的效率和質(zhì)量。墊層設(shè)置在強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基中起著重要作用，合理的墊層設(shè)置可以改善地基的排水條件，提高強(qiáng)夯加固效果。傳統(tǒng)的墊層設(shè)置多采用單一的砂墊層，這種墊層在排水性能和對地基土體的保護(hù)作用方面存在一定的局限性。為了改進(jìn)墊層設(shè)置，可采用復(fù)合墊層的形式。復(fù)合墊層由砂墊層和土工合成材料組成，土工合成材料具有良好的過濾、排水和加筋作用。在砂墊層中鋪設(shè)土工合成材料，能夠有效提高墊層的排水能力，加速孔隙水壓力的消散，同時(shí)增強(qiáng)墊層對地基土體的約束和加筋作用，提高地基的穩(wěn)定性。在某機(jī)場場道地基處理工程中，采用了砂墊層與土工格柵復(fù)合的墊層形式，土工格柵的加筋作用使地基土體的整體性得到增強(qiáng)，砂墊層的排水作用加速了孔隙水壓力的消散，有效提高了強(qiáng)夯法的加固效果，減少了地基的沉降。復(fù)合墊層的厚度和材料選擇應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)、地下水位以及強(qiáng)夯能級等因素綜合確定，以達(dá)到最佳的加固效果。6.3質(zhì)量控制與監(jiān)測在強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的施工過程中，嚴(yán)格的質(zhì)量控制和全面的監(jiān)測是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。施工前的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要，需對場地進(jìn)行全面勘察，詳細(xì)了解場地的地質(zhì)條件、地下水位、地下障礙物等情況。在浦東機(jī)場場道地基施工前，通過地質(zhì)勘察，明確了場地內(nèi)存在的暗浜分布和土層特性，為后續(xù)施工提供了重要依據(jù)。根據(jù)勘察結(jié)果，制定合理的施工方案，對強(qiáng)夯參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，并對施工設(shè)備進(jìn)行全面檢查和調(diào)試，確保設(shè)備性能良好，滿足施工要求。施工過程中，強(qiáng)夯參數(shù)的控制是質(zhì)量控制的核心環(huán)節(jié)。夯錘重量和落距直接決定了夯擊能量，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行操作。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯施工中，采用18t的夯錘，通過精確的設(shè)備調(diào)試，確保夯錘落距穩(wěn)定在設(shè)計(jì)的11.1m，以保證夯擊能量的準(zhǔn)確性。夯擊次數(shù)和夯點(diǎn)間距也需嚴(yán)格把控，避免出現(xiàn)漏夯、少夯或夯擊不均勻的情況。施工人員在現(xiàn)場使用全站儀等測量設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測夯點(diǎn)位置，確保夯點(diǎn)間距誤差控制在極小范圍內(nèi)；同時(shí)，通過計(jì)數(shù)器等設(shè)備準(zhǔn)確記錄夯擊次數(shù)，確保達(dá)到設(shè)計(jì)的夯擊遍數(shù)和次數(shù)。場地平整度和標(biāo)高的控制同樣不容忽視。在強(qiáng)夯施工前，對場地進(jìn)行平整，確保強(qiáng)夯機(jī)作業(yè)平臺的穩(wěn)定性。在施工過程中，隨著夯擊的進(jìn)行，場地可能會出現(xiàn)凹凸不平的情況，此時(shí)及時(shí)使用推土機(jī)等設(shè)備進(jìn)行平整，并測量場地標(biāo)高，保證場地標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。在每遍夯擊結(jié)束后，都對場地進(jìn)行平整度和標(biāo)高測量，及時(shí)調(diào)整和處理，確保地基加固的均勻性。施工過程中的監(jiān)測工作對于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、調(diào)整施工參數(shù)具有重要意義?？紫端畨毫ΡO(jiān)測是關(guān)鍵的監(jiān)測內(nèi)容之一，通過在地基土中埋設(shè)孔隙水壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測孔隙水壓力的變化。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯施工中，根據(jù)孔隙水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)，合理調(diào)整夯擊間歇時(shí)間，確?？紫端畨毫υ谙麓魏粨羟暗玫匠浞窒?，避免出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象。地基沉降監(jiān)測也是重要的監(jiān)測項(xiàng)目，在場地內(nèi)設(shè)置多個(gè)沉降觀測點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀定期測量沉降量，掌握地基沉降的發(fā)展趨勢。通過對沉降數(shù)據(jù)的分析，判斷強(qiáng)夯施工對地基沉降的控制效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施。強(qiáng)夯施工完成后，需對地基進(jìn)行全面檢測，以評估強(qiáng)夯加固效果是否滿足設(shè)計(jì)要求。采用平板載荷試驗(yàn)檢測地基承載力，通過逐級施加荷載，測量地基的沉降量，根據(jù)荷載-沉降曲線確定地基的承載力特征值。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯施工后，通過平板載荷試驗(yàn)檢測，結(jié)果表明地基承載力得到顯著提高，滿足了機(jī)場場道對地基承載力的要求。采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)等方法檢測地基土的密實(shí)度和強(qiáng)度，確保地基土的物理力學(xué)性質(zhì)得到有效改善。對地基的沉降進(jìn)行長期監(jiān)測，通過在地基中埋設(shè)沉降觀測標(biāo)，定期測量沉降量，觀察地基沉降的穩(wěn)定性。在施工后的一段時(shí)間內(nèi)，持續(xù)進(jìn)行沉降監(jiān)測，確保地基沉降在允許范圍內(nèi)，保障機(jī)場場道的長期穩(wěn)定運(yùn)行。在強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的施工過程中，通過嚴(yán)格的施工前準(zhǔn)備、施工過程控制、施工過程監(jiān)測以及施工后檢測，能夠有效保證工程質(zhì)量，確保強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中發(fā)揮良好的加固效果，為機(jī)場場道的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。七、結(jié)論與展望7.1研究結(jié)論本研究通過對強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，取得了以下主要成果：強(qiáng)夯法加固機(jī)場場道地基的理論研究：深入剖析了強(qiáng)夯法加固地基的作用機(jī)理，明確了強(qiáng)夯法主要通過動力密實(shí)、動力固結(jié)和動力置換三種方式對地基土體進(jìn)行加固。系統(tǒng)總結(jié)了強(qiáng)夯法加固技術(shù)的特點(diǎn)，包括施工簡便高效、加固效果顯著、適用范圍廣泛、經(jīng)濟(jì)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也指出了其在處理細(xì)粒飽和土?xí)r效果有限、施工噪音和振動較大等局限性。全面分析了影響強(qiáng)夯加固效果的因素，如夯錘重量、落距、夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距、地基土性質(zhì)、地下水位等，為后續(xù)的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的試驗(yàn)研究：以上海浦東機(jī)場為例，精心設(shè)計(jì)并實(shí)施了強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的現(xiàn)場試驗(yàn)。通過試驗(yàn)，詳細(xì)測量了地基土層在強(qiáng)夯前后的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，如承載力、壓縮性、沉降性、孔隙比、含水率等。試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)夯法能夠顯著提高地基承載力，有效降低地基土的壓縮性，減少地基沉降。在浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯試驗(yàn)中，強(qiáng)夯后地基承載力特征值從[X1]kPa提升至[X2]kPa，增長比例約為[(X2-X1)/X1*100%]；地基土的壓縮模量從[E1]MPa提高至[E2]MPa，壓縮性顯著降低；地基沉降在強(qiáng)夯施工階段迅速發(fā)生，隨后逐漸趨于穩(wěn)定，最終沉降量滿足機(jī)場場道對地基沉降的要求。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，明確了強(qiáng)夯次數(shù)、夯錘質(zhì)量、落距、夯點(diǎn)間距等處理參數(shù)對地基改良效果的影響規(guī)律，為強(qiáng)夯法在機(jī)場場道地基處理中的工程應(yīng)用提供了直接的數(shù)據(jù)支持。強(qiáng)夯法處理機(jī)場場道地基的數(shù)值模擬：運(yùn)用ANSYS軟件，建立了精確的浦東機(jī)場場道地基強(qiáng)夯處理三維數(shù)值