地基反應(yīng)模量對機(jī)場跑道、滑行道的設(shè)計有著非常重要的意義，地基反應(yīng)模量k值宜通過現(xiàn)場平板荷載試驗測得。本文結(jié)合**桃仙國際機(jī)場擴(kuò)建工程和某通航起降點工程的現(xiàn)場平板荷載試驗，簡單介紹地基反應(yīng)模量試驗及計算方法。
關(guān)鍵詞：原理 反應(yīng)模量試驗方法
1、引言
機(jī)場道面通常是按照機(jī)場主要飛機(jī)的最大起飛重量進(jìn)行設(shè)計，若飛機(jī)的荷載超過道面的允許承載力，道面就會產(chǎn)生過大的變形而導(dǎo)致破壞，影響機(jī)場的正常使用和起降安全。
道面在長久的使用過程中由于受各種不同類型飛機(jī)的升降及滑行，加之砼本身的特性變化，氣候、環(huán)境等不同因素影響，地基狀況等都會發(fā)生變化，進(jìn)而影響道面的承載力。
地基反應(yīng)模量參數(shù)k的識別大都采用文克勒彈性地基板理論，在數(shù)學(xué)上計算比較簡單方便也能較好的反映地基的實際工作狀態(tài)，在機(jī)場道面力學(xué)計算中得到廣泛的應(yīng)用。
2、原理
地基反應(yīng)模量是表征文克勒地基的變形特性，是原捷克斯洛伐克工程師（winkler）于1876年提出的，基本假定是：地基上任一點的彎沉l，僅與作用于該點的壓力p成正比，而與相鄰點的壓力無關(guān)，壓力與彎沉值關(guān)系的比例常數(shù)k稱為地基反應(yīng)模量。根據(jù)上述假定，可把地基看作是無數(shù)彼此分開的小土柱組成的體系，或者是無數(shù)互不相聯(lián)的彈簧體系。
文克勒地基又可稱為稠密液體地基，地基反應(yīng)模量k相當(dāng)于液體的密度，地基反力相當(dāng)于液體的浮力。模型由于假設(shè)簡單，k值測試方便，被廣泛采用。我國過去在機(jī)場道面設(shè)計中一直采用地基反應(yīng)模量。
3、設(shè)備裝置及加載方法
1）設(shè)備裝置
承 載 板：直徑750mm
載重系統(tǒng)：重物及反力裝置
加荷系統(tǒng)：千斤頂(＞20噸)、壓力表或測力環(huán)
位移測量：貝克曼梁、百分表
試驗裝置采用堆載平臺反力裝置,加載裝置用油壓千斤頂,承載板用4～5 層圓鋼板,最下面的承載板( 與地基土直接接觸) 用厚28mm , 直徑為750mm 的圓鋼板,上疊板(3～4 塊) 用直徑范圍為450 mm～600 mm ,厚25 mm～30 mm 的鋼板。各級加載量用油壓千斤頂上的壓力表控制,承載板的沉降量用百分表觀測。
2）加載方法
現(xiàn)場試驗共分5級加載，由主梁、工字鋼、重物反力裝置組成，荷載值通過壓力表測量，基板沉降則通過布置于承載板表面的貝克曼梁的位移百分表測得，所有百分表均用磁性表座固定于基準(zhǔn)梁上。
4試驗方法
1）試驗基坑的開挖
在測點位置上開挖試驗基坑,基坑寬為2.5 m ,長為2.5～4.5 m ,深度為0. 55 m～0.90 m ,一般挖入試驗?zāi)康膶?.15～0.50 m。在基坑中部放置承載板的位置用鏟或刮刀鏟至水平,以便平穩(wěn)放置各試驗的承載板。
2）試驗方法
在已鏟至水平的土基表面均勻鋪細(xì)砂少許找平,將大承載板安放平穩(wěn)并左右轉(zhuǎn)動半周,再用水平尺校正,同時用垂球檢查平臺荷載重心是否對準(zhǔn)大承載板中心,然后在大承載板上從大到小疊置3～4塊不同直徑的厚鋼板,各承載板的中心對齊。
接著安置千斤頂, 設(shè)置基準(zhǔn)樁和基準(zhǔn)梁,最后把3 個百分表按120°交角安裝在最下層的大承載板上。安裝完畢后,用15. 4 kn 荷載預(yù)壓1～2 次,使承載板緊貼土基表面。
卸載后調(diào)表對零,然后分級加載,每級加載后120 min 讀取沉降值。加載分級為:0.0 →0.034 →0.069 →0.103 →0.137 →0.172 →0.206（單位： mpa） 。
5、試驗資料整理
5.1 根據(jù)測試結(jié)果繪制p～s 曲線圖
5.2 地基土反應(yīng)模量的計算
1) 土基反應(yīng)模量的計算
為使所確定的地基反應(yīng)模量值有代表性，通常有兩種作法：當(dāng)?shù)鼗^軟弱時，取l=0.127cm時相對應(yīng)的壓力p計算地基反應(yīng)模量；當(dāng)?shù)鼗^為堅硬時，取單位壓力p=0.07mpa時相對應(yīng)的彎沉值l計算地基反應(yīng)模量。飛行區(qū)內(nèi)各試驗點土質(zhì)以粉質(zhì)粘土為主,因此土基反應(yīng)模量按一般的地基土計算,計算式如下:
ku =pb/0.00127
式中: ku—現(xiàn)場測得的土基反應(yīng)模量(mn/ m3 )
pb —承載板下沉量為0. 127cm 時所對應(yīng)的單位面積壓力(mpa) , pb 值在p～s 曲線上量取。
2) 對土基反應(yīng)模量值的修正
由于淺部土層受氣候影響較大,旱季地下水位低,含水量較小,雨季地下水位高,含水量大。為確保工程安全宜采用最不利情況(飽和狀態(tài)) 下的反應(yīng)模量值,修正方法如下:
k0 =d ·ku /du
式中: k0—修正的土基反應(yīng)模量(mn/m3) ;
d—現(xiàn)場原狀試樣在0.07mpa 壓力下的下沉值(cm)
du—現(xiàn)場原狀試樣浸水飽和后在0.07mpa壓力下的下沉值(cm)
6、 工程實例
6.1**桃仙國際機(jī)場機(jī)坪擴(kuò)建工程
對以上結(jié)果分析看出，地基土反應(yīng)模量的高低與土的含水量、物質(zhì)成分等有密切關(guān)系。同一土質(zhì)，隨著土中含水量的增加，反應(yīng)模量k值逐漸降低，當(dāng)土中含有砂粒時，土基反應(yīng)模量k值明顯增大。如果反應(yīng)模量k值離散性較大，說明該土場土質(zhì)不均勻。
7、 結(jié)語
通過工程實例分析，地基土反應(yīng)模量的高低與土的含水量、物質(zhì)成分等有密切關(guān)系，這就要求在試坑開挖及測試儀器安裝過程中盡可能不擾動土基，保持地基土的原始狀態(tài)，同時，在試驗過程中要規(guī)范操作，細(xì)心認(rèn)真，以確保試驗數(shù)據(jù)與實際相符合，為工程設(shè)計方提供科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
［1］《巖土工程手冊》編寫委員會 北京：中國建筑工業(yè)出版社
［2］《公路土工試驗規(guī)程》jtg e40-2007 北京：人民交通出版社