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圖1:地面明顯高低落差
一些路面的最大沉降量高達50毫米(見圖1)。這些路面沉降可能會擾亂飛機著陸和起飛的滑行,因此,需要及時進行維護和修復。為了解決這個問題,市面上也就是傳統方案,會使用以下兩種技術,分別為:
通過水泥灌漿板坯頂升技術。主要方法是在沉降區域,通過在地面混凝土板下方泵送水泥漿,將其抬升至所需位置。該技術的缺點是,需要泵送大量灌漿才能產生足夠的提升壓力。(一般來說,很難通過這種方式抬升地面,并且水泥材料的使用壽命偏短)此外,水泥灌漿需要相對較長的固化時間,因此會增加灌漿泄漏和堵塞附近排水設施的風險。
重建混凝土地面。這需要對沉降的所有地面板塊進行全部拆除重建,破壞性是最大的,并且成本高昂,無論是時間成本還是投入的預算,都是最大的。
圖2. 每個地面板塊的沉降水平
或者,使用膨脹性地質聚合物注入技術,能無干擾地將混凝土地板板提升至所需位置,同時加固地基強化下方薄弱土層。這種技術的優點是:
根據地質聚合物類型的不同,材料最大可以膨脹到原來體積的40倍,與水泥基灌漿相比,更少的材料產生能提供甚至更大的提升力。圖2顯示了Geobear提供的三種不同地質聚合物在不同壓力下的膨脹特性。
由于地質聚合物的膨脹性,所需的注入量顯著減少。與傳統的水泥灌漿相比,使用地質聚合物僅產生其46%的碳排放(KLH,2018年之后)。
快速固化,對日常運營干擾最小。地質聚合物需要幾秒鐘/分鐘才能硬化。由于混凝土養護無需等待時間,工程完成后即可運輸混凝土板。此外,快速硬化時間將降低影響附近排水資產的可能性。
極少的噪音、振動、灰塵,無高溫和起重操作等,不會產生危險。
由于鉆孔孔距小、產生的碎屑少、快速固化,易于清理現場,因此異物損壞(FOD)的可能性較低。
機場運營商劃分出了四個主要沉降的區域,位于滑行道的不同位置。
為了充分掌握沉降的嚴重程度以及排查出導致沉降的根本原因,業主指定了多項現場調查,包括沉降測量勘探,排水及地下設施調查。
這幾個區域的路面都由許多板塊組成,這些路面板塊的沉降量和都不一樣,從5毫米到50毫米不等,主要集中在路面板塊的邊緣,如圖2所示。根據推測,大規模的沉降的根本原因是板塊之間的密封條剝落(見圖3),這導致水從剝落的間隙大量流入,再加上飛機巨大的滑行輪荷載,直接擠壓地面導致地基遭到破壞。
圖3. 地面板塊間密封條剝離導致沉降高低差
該項目的主要設計師Jacobs向Geobear提供了擬議解決方案的多項設計要求,主要在以下3方面:
抬升沉降地板至與其相鄰板塊平齊。
地質聚合物材料的抗壓強度應大于1MPa。
地質聚合物材料的最低使用壽命應為25年。
根據地質聚合物混合物的不同,地質聚合物的結構和功能特性可能會有很大差異。例如,高膨脹性地質聚合物在提升結構物時可能非常有效,但它們可能沒有足夠的強度來抵抗結構和動態荷載(即車輪荷載)。另一方面,低膨脹地質聚合物在提升結構物方面可能不是很有效,但具有優異的強度,能夠抵抗結構和動態荷載。因此,有必要選擇合適的地質聚合物類型,以便在抬升能力和強度之間實現最佳平衡,從而為客戶提供最具成本效益的設計解決方案。
為此,Geobear研究了三種不同性質的地質聚合物的使用情況,并進行了系統分析,以比較它們的提升效率(1平米區域抬高1mm所需的地質聚合物的質量)、抗壓強度(MPa)和設計壽命(在循環荷載下),最終,配制了最符合該項目的地質聚合物:提升效率為0.038,抗壓強度為1.076,使用期達26年。
圖4. 網格注入分布圖
Geoebear團隊配合業主為每個地板的注入點進行標記,如圖4中所示。采用了1.5m的網格間距,將地質聚合物注入路面下方30mm處。
Geoebear施工人員在指定位置鉆孔至所需深度,并裝好帶蘑菇型的安全扣的注入管,如圖5左所示。完成鉆孔和注入管安裝后,將注射槍連接到注入管上,開始注射,如圖5中所示。在注射過程中,使用了精密的激光液位監控,以確保將地面提升到所需的水平,如圖5右所示。
圖5:地基加固施工流程
整個項目在10天內分7個夜班完成,總修復面積為392平方米,并沒有發生安全事故。成功地將機場地板提升至所需水平,如圖6所示。
圖6:修復前后對比
本項目詳細闡述英國最繁忙的機場,使用地質聚合物注入方案修復機場沉降地坪。通過穩健的工程分析,Geobear為業主定制開發并優化了修復方案,為客戶提供最具成本效益的施工方案。該項目的成功,也進一步證明,Geobear獨特的膨脹型地質聚合物技術為現今各種基建設施和地坪沉降提供了一種經濟高效的解決方案,在不干擾機場日常運營的情況下抬升調平和加固機場的地基。