1、浅析机场道面的地基反应模量试验技术 （东北煤田地质局沈阳测试研究中心 110016） 摘要：地基反应模量对机场跑道、滑行道的设计有着非常重要的意义，地基反应模量 K值宜通过现场平板荷载试验测得。本文结合沈阳桃仙国际机场扩建工程和某通航起降点工程的现场平板荷载试验，简单介绍地基反应模量试验及计算方法。 关键词：原理 反应模量试验方法 1、引言 机场道面通常是按照机场主要飞机的最大起飞重量进行设计，若飞机的荷载超过道面的允许承载力，道面就会产生过大的变形而导致破坏，影响机场的正常使用和起降安全。道面在长久的使用过程中由于受各种不同类型飞机的升降及滑行，加之砼本身的特性变化，气候、环境等不同因素影响
2、，地基状况等都会发生变化，进而影响道面的承载力。地基反应模量参数 K的识别大都采用文克勒弹性地基板理论，在数学上计算比较简单方便也能较好的反映地基的实际工作状态，在机场道面力学计算中得到广泛的应用。 2、原理 地 基反应模量是表征文克勒地基的变形特性，是原捷克斯洛伐克工程师（ Winkler）于 1876 年提出的，基本假定是：地基上任一点的弯沉 L，仅与作用于该点的压力 P成正比，而与相邻点的压力无关，压力与弯沉值关系的比例常数 k称为地基反应模量。根据上述假定，可把地基看作是无数彼此分开的小土柱组成的体系，或者是无数互不相联的弹簧体系。文克勒地基又可称为稠密液体地基，地基反应模量 K相当于
3、液体的密度，地基反力相当于液体的浮力。模型由于假设简单， K 值测试方便，被广泛采用。我国过去在机场道面设计中一直采用地基反应模量。 3、设备装置及加载方法 1）设备装置 承 载 板：直径 750mm 载重系统：重物及反力装置 加荷系统：千斤顶 ( 20 吨 )、压力表或测力环 位移测量：贝克曼梁、百分表 试验装置采用堆载平台反力装置 ,加载装置用油压千斤顶 ,承载板用 4 5 层圆钢板 ,最下面的承载板 ( 与地基土直接接触 ) 用厚 28mm , 直径为 750mm 的圆钢板 ,上叠板 (3 4 块 ) 用直径范围为 450 mm 600 mm ,厚 25 mm 30 mm 的钢板。各级加
4、载量用油压千斤顶上的 压力表控制 ,承载板的沉降量用百分表观测。 2）加载方法 现场试验共分 5级加载，由主梁、工字钢、重物反力装置组成，荷载值通过压力表测量，基板沉降则通过布置于承载板表面的贝克曼梁的位移百分表测得，所有百分表均用磁性表座固定于基准梁上。 4 试验方法 1）试验基坑的开挖 在测点位置上开挖试验基坑 ,基坑宽为 2.5 m ,长为 2.5 4.5 m ,深度为0. 55 m 0.90 m ,一般挖入试验目的层 0.15 0.50 m。在基坑中部放置承载板的位置用铲或刮刀铲至水平 ,以便平稳放置各试验的承载板。 2）试验方法 在已铲至水平的土基表面均匀铺细砂少许找平 ,将大承载板
5、安放平稳并左右转动半周 ,再用水平尺校正 ,同时用垂球检查平台荷载重心是否对准大承载板中心 ,然后在大承载板上从大到小叠置 3 4 块不同直径的厚钢板 ,各承载板的中心对齐。接着安置千斤顶 , 设置基准桩和基准梁 ,最后把 3 个百分表按 120 交角安装在最下层的大承载板上。安装完毕后 ,用 15. 4 kN 荷载预压 1 2 次 ,使承载板紧贴土基表面。卸载后调表对零 ,然后分级加载 ,每级加载后 120 min 读取沉 降值。加载分级为 :0.0 0.034 0.069 0.103 0.137 0.172 0.206 （单位： Mpa） 。 5、试验资料整理 5.1 根据测试结果绘制 P
6、 S 曲线图 5.2 地基土反应模量的计算 1) 土基反应模量的计算 为使所确定的地基反应模量值有代表性，通常有两种作法：当地基较软弱时，取 L=0.127cm时相对应的压力 P计算地基反应模量；当地基较为坚硬时，取单位压力 P=0.07MPa时相对应的弯沉值 L计算地基反应模量。飞行区内各试 验点土质以粉质粘土为主 ,因此土基反应模量按一般的地基土计算 ,计算式如下 : Ku =PB/0.00127 式中 : Ku 现场测得的土基反应模量 (MN/ m3 ) PB 承载板下沉量为 0. 127cm 时所对应的单位面积压力 (Mpa) , PB 值在 P S 曲线上量取。 2) 对土基反应模量
7、值的修正 由于浅部土层受气候影响较大 ,旱季地下水位低 ,含水量较小 ,雨季地下水位高 ,含水量大。为确保工程安全宜采用最不利情况 (饱和状态 ) 下的反应模量值 ,修正方法如下 : K0 =d ?Ku /du 式中 : K0 修正的土基反应模量 (MN/m3) ; d 现场原状试样在 0.07MPa 压力下的下沉值 (cm) du 现场原状试样浸水饱和后在 0.07MPa 压力下的下沉值 (cm) 6、 工程实例 6.1 沈阳桃仙国际机场机坪扩建工程 对以上结果分析看出，地基土反应模量的高低与土的含水量、物质成分等有密切关系。同一土质，随着土中含水量的增加，反应模量 K值逐渐降低，当土中含有
8、砂粒时，土基反应模量 K值明显增大。如果反应模量 K值离散性较大，说明该土场土质不均匀。 7、 结语 通过工程实例分析，地基土反应模量的高低与土的含水量、物质成分等有密切关系，这就要求在试坑开挖及测试仪器安装过程中尽可能不扰动土基，保持地基土的原始状态，同时，在试验过程中要规范操作，细心认真，以确保试验数据与实际相符合，为工程设计方提供科学、可靠的数据。 参考文献： 1岩土工程手册编写委员会 北京：中国建筑工业出版社 2公路土工试验规程 JTG E40-2007 北京：人民交通出版社 作者简介：王 役民（ 1975 年 11 月 -），男，工程师，多年来一直从事地质试验测试工作。 注：文章内所有公式及图表请用 PDF 形式查看。
