信息化設(shè)計(jì)施工在機(jī)場(chǎng)高填方邊坡工程中的應(yīng)用

王睿,邱存家,劉宏

(1.中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司西南分公司,成都 610212; 2.喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽(yáng) 550003)

信息化設(shè)計(jì)施工在機(jī)場(chǎng)高填方邊坡工程中的應(yīng)用

王睿1,邱存家1,劉宏2

(1.中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司西南分公司,成都 610212; 2.喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽(yáng) 550003)

信息化設(shè)計(jì)施工是一種動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)施工方法,通過(guò)施工過(guò)程中的施工信息,掌握工程巖土體的工作狀態(tài),從而調(diào)整優(yōu)化初始設(shè)計(jì)施工方案。本文分析了機(jī)場(chǎng)高填方邊坡的主要施工信息,提出了信息化設(shè)計(jì)施工的工作模式,并以西南某機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程為例,介紹了機(jī)場(chǎng)高填方邊坡信息化設(shè)計(jì)施工的實(shí)際工程應(yīng)用。這種設(shè)計(jì)施工模式在實(shí)際工程中取得了較好的應(yīng)用效果。

信息化設(shè)計(jì)施工;機(jī)場(chǎng);高填方邊坡;擴(kuò)建工程

由于地質(zhì)條件的隱蔽性、復(fù)雜性以及現(xiàn)有勘察條件的局限性,致使地質(zhì)勘探和測(cè)試資料不可能全面揭示邊坡地質(zhì)體的本來(lái)面貌[1～3],加上施工過(guò)程中不確定因素過(guò)多,有可能導(dǎo)致邊坡在施工后的變形和失穩(wěn)。邊坡信息化設(shè)計(jì)施工即指在施工過(guò)程中獲取邊坡變形特征及穩(wěn)定性的施工信息,通過(guò)分析研究,將這些信息反饋于設(shè)計(jì)決策和支持系統(tǒng),修正初始地質(zhì)模型及參數(shù),調(diào)整優(yōu)化邊坡設(shè)計(jì)方案。

本文探討了信息化設(shè)計(jì)施工的工作方法,并以西南某機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程為例,介紹了信息化設(shè)計(jì)施工在工程中的實(shí)際應(yīng)用。

1 主要施工信息

信息化設(shè)計(jì)施工的核心是獲取施工過(guò)程中的施工信息[4]。只有及時(shí)充分地掌握施工信息,才能對(duì)設(shè)計(jì)施工方案是否合理作出準(zhǔn)確的判斷。對(duì)機(jī)場(chǎng)工程填方邊坡而言,一般可以獲取3種信息:

(1)觀察信息:在填筑過(guò)程中對(duì)邊坡填筑體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘,觀察是否出現(xiàn)裂縫、隆起、擠出、下陷等異?，F(xiàn)象。觀察信息對(duì)判斷邊坡變形失穩(wěn)有最直觀的指導(dǎo)作用。

(2)監(jiān)測(cè)信息:對(duì)邊坡布設(shè)監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng),在施工過(guò)程中即時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容有:坡體位移、坡面位移、坡頂下沉,必要時(shí),還可進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)信息可提供量化的信息數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析處理,能在邊坡出現(xiàn)明顯的變形跡象之前,對(duì)邊坡的工作狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè),以便及時(shí)作出應(yīng)急措施,避免邊坡變形失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。

(3)補(bǔ)勘信息:當(dāng)通過(guò)觀察信息和監(jiān)測(cè)信息發(fā)現(xiàn)邊坡有變形失穩(wěn)跡象,并分析認(rèn)為設(shè)計(jì)施工方案針對(duì)地勘資料提供的地質(zhì)模型及參數(shù)無(wú)缺陷時(shí),應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察,以驗(yàn)證或修正初始地質(zhì)模型及參數(shù),為設(shè)計(jì)提供合理準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)依據(jù)。

2 信息化設(shè)計(jì)施工模式

高填方邊坡分層填筑過(guò)程中,在每層或每階段填筑完畢后,應(yīng)充分獲取相關(guān)的施工信息,經(jīng)信息分析處理后,將觀察信息與監(jiān)測(cè)信息同設(shè)計(jì)要求相比較,將補(bǔ)勘信息同設(shè)計(jì)依據(jù)相比較,判斷是否有較大誤差。若無(wú),則進(jìn)行下一步施工;若有,則應(yīng)修正力學(xué)模型及參數(shù),進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。如此反復(fù)螺旋式循環(huán)操作,直至邊坡施工結(jié)束[2]。由此提出信息化設(shè)計(jì)施工工作模式,見(jiàn)圖1。

圖1 信息化設(shè)計(jì)施工模式Fig.1 Flow chart of info rmational design and construction

3 工程應(yīng)用

下面以西南某機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程高填方邊坡為例,介紹信息化設(shè)計(jì)施工的工程實(shí)際應(yīng)用。

3.1 工程概況

西南某機(jī)場(chǎng)位于中心市區(qū)東郊,距市區(qū)公路約14 km。機(jī)場(chǎng)于1997年建成通航,飛行區(qū)等級(jí)為4 D。機(jī)場(chǎng)跑道長(zhǎng)3200 m,機(jī)位11個(gè),為國(guó)家干線機(jī)場(chǎng)。本期擴(kuò)建工程場(chǎng)道工程的主要任務(wù)是擴(kuò)建停機(jī)坪和平行滑行道。平行滑行道擴(kuò)建區(qū)為高填方體,設(shè)計(jì)填方邊坡坡腳與坡頂最大高差44 m,見(jiàn)圖2。

對(duì)于農(nóng)村內(nèi)部資金審計(jì)工作，在審查過(guò)程中的對(duì)上級(jí)有關(guān)撥款或接受社會(huì)捐贈(zèng)得資金及物資的支出、管理情況，對(duì)國(guó)家給予國(guó)家分配農(nóng)村的糧食補(bǔ)償資金、各項(xiàng)涉農(nóng)補(bǔ)貼資金等使用情況，對(duì)農(nóng)村合作醫(yī)療等農(nóng)村社會(huì)保障制度的貫徹落實(shí)等，一定要做好嚴(yán)格的審計(jì)工作，針對(duì)資金、政策等的發(fā)放落實(shí)做好監(jiān)督審計(jì)工作。

圖2 西南某機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程平面示意圖Fig.2 Plan sketch of continuation of one airpo rt in Southwest China

3.2 工程地質(zhì)條件

高填方區(qū)內(nèi)巖土層為第四系填土層(Qml)、耕土層(Qpd)、殘坡積層(Qel+dl)和大冶組(T1d)。各時(shí)代地層由新到老分述如下:

(1)第四系填土層(Qml):分布于整個(gè)斜坡上,按堆填時(shí)間和土性差異可分為:第二填土層(Qml-2)、第一填土層(Qml-1)。Qml-2為灰、灰白色碎石土,含40%～50%的中風(fēng)化白云巖碎石及15%～20%的中風(fēng)化白云巖角礫,其余為白云砂和少量粉質(zhì)粘土及塊石,為機(jī)場(chǎng)第一期工程的填筑層,填筑時(shí)間距今8～10 a。其中道槽區(qū)(道面邊線向下按1∶0.75放坡內(nèi)的區(qū)域)采用填筑強(qiáng)夯處理,非道槽區(qū)為拋填。Qml-1為褐黃色紅粘土,局部含角礫,紅粘土以可塑狀為主,厚0～8.9 m;高填方區(qū)東西兩側(cè)分布有硬塑狀紅粘土。

(2)第四系耕土層(Qpd):為灰黑色粘土,含植物系,硬塑至軟塑。

(3)第四系殘坡積層(Qel+dl):地表分布在坡腳地勢(shì)低洼處,為褐黃、棕褐色粘土,硬塑至可塑狀,硬塑狀紅粘土厚0～5.5 m,可塑狀紅粘土厚0～5 m。

(4)三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d):在場(chǎng)地西部及填方區(qū)內(nèi)均有分布,個(gè)別地段裸露于地表,為灰、深灰色薄板狀至中厚層狀灰?guī)r夾泥質(zhì)白云巖,中風(fēng)化,巖質(zhì)新鮮。

區(qū)內(nèi)地下水類型為基巖裂隙水和上層滯水?；鶐r裂隙水標(biāo)高在1077 m高程左右;上層滯水分布于填土層中,局部較富集。

3.3 信息化設(shè)計(jì)施工過(guò)程

3.3.1 設(shè)計(jì)施工方案

由于地勘單位在施工設(shè)計(jì)前提供的地勘報(bào)告未將第一填土層(Qml-1)及耕土層(Qpd)揭示,將其誤認(rèn)為第四系殘坡積層(Qel+dl)的硬塑狀紅粘土(Ys)。設(shè)計(jì)人員經(jīng)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算,確定邊坡設(shè)計(jì)施工方案如下:將邊坡地基原地面表層耕植土及部分軟弱土清除,采用振動(dòng)碾壓后直接進(jìn)行填筑;填料為石灰?guī)r、白云巖爆破碎石料,采用分層振動(dòng)碾壓,壓實(shí)度達(dá)0.90;設(shè)計(jì)坡比1∶1.8,從坡頂向下每間隔10 m設(shè)一級(jí)2 m寬?cǎi)R道(圖2);新老填筑體設(shè)施工臺(tái)階進(jìn)行搭接。

3.3.2 Ⅰ階段變形及治理設(shè)計(jì)

高填方邊坡于2005年10月開(kāi)始施工,至2006年1月12日,填方高程達(dá)1113 m時(shí)(填方高度29 m,距設(shè)計(jì)標(biāo)高15 m),邊坡中上部開(kāi)始出現(xiàn)小范圍下陷。建設(shè)單位立即要求停止施工,組織監(jiān)測(cè)單位對(duì)變形部位進(jìn)行位移監(jiān)測(cè),并派專人對(duì)變形發(fā)展特征進(jìn)行觀察記錄。變形信息反饋如下:

(1)觀察信息:變形體后緣呈剪張裂縫,側(cè)緣呈剪切裂縫,后緣陷落下錯(cuò),前緣鼓脹和推移。至2006年1月19日,該滑塌體發(fā)展為縱長(zhǎng)112 m,后緣橫寬155 m,垂直下錯(cuò)達(dá)8 m,陷落帶最大寬度約25 m,見(jiàn)圖3。

圖3 高填方邊坡Ⅰ階段變形模型圖Fig.3 High fill slope defo rmation model of stageⅠ

(2)監(jiān)測(cè)信息:現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)45個(gè)。監(jiān)測(cè)從2006年1月13日開(kāi)始,至2006年1月31日,變形已趨于緩慢。分析判斷變形體此時(shí)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)補(bǔ)勘信息:根據(jù)專家論證會(huì)研究結(jié)果,按地勘資料,設(shè)計(jì)方案并無(wú)問(wèn)題。建設(shè)單位即要求地勘單位進(jìn)行補(bǔ)充勘察。地勘單位于2006年3月提供補(bǔ)勘報(bào)告,揭示出第一填土層(Qml-1)及耕土層(Qpd),修正了地質(zhì)模型,并根據(jù)監(jiān)測(cè)信息分析得出變形體已處于穩(wěn)定臨界狀態(tài)的結(jié)果,反演求出破裂面的力學(xué)參數(shù)。

設(shè)計(jì)人員根據(jù)補(bǔ)勘資料,并結(jié)合變形特征和監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行綜合分析,將變形體發(fā)生機(jī)制確定為滑移-拉裂,滑移面為第一填土層(Qml-1)及耕土層(Qpd)。由此建立力學(xué)模型進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,提出治理設(shè)計(jì)方案如下:將1102～1113 m高程之間的變形體全部開(kāi)挖后回填,并鋪設(shè)土工格柵;坡腳設(shè)置一級(jí)反壓平臺(tái),頂寬35 m,高9 m,按1∶1.5放坡;反壓平臺(tái)材料采用白云巖、石灰?guī)r爆破碎石料;施工工藝采用分層振動(dòng)碾壓,壓實(shí)度達(dá)0.90;第一級(jí)邊坡坡比調(diào)整為1∶1.5,第一級(jí)馬道寬度調(diào)整為5 m。

3.3.3 Ⅱ階段變形及治理設(shè)計(jì)

變形體治理于2006年4月底開(kāi)始施工。2006年8月中旬,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明邊坡位移開(kāi)始增大,建設(shè)單位立即要求放慢施工填筑速度,并加大監(jiān)測(cè)頻率。至8月20日,填筑高程達(dá)1122 m(填方高度38 m,距設(shè)計(jì)標(biāo)高6 m),道槽區(qū)已經(jīng)施工完畢的水泥穩(wěn)定基礎(chǔ)層出現(xiàn)裂縫,信息反饋如下:

(1)觀察信息:道槽區(qū)裂縫出現(xiàn)區(qū)域沿平行滑行道縱向發(fā)展400余米,平面上裂縫呈弧形分布,最遠(yuǎn)發(fā)展至平行滑行道西側(cè)道肩處。

(2)監(jiān)測(cè)信息:一級(jí)反壓平臺(tái)基本穩(wěn)定;3級(jí)馬道以外移和隆起變形為主,最大外移量28 cm,最大隆起量3 cm;2級(jí)馬道以外移和沉降變形為主,最大外移量17.5 cm,最大沉降量15 cm;1級(jí)馬道以外移和沉降變形為主,最大外移量5 cm,最大沉降量23 cm。道槽區(qū)裂縫寬度逐漸發(fā)展,最大寬度達(dá)2 cm。

現(xiàn)場(chǎng)立即停止施工,并將裂縫用水泥砂漿封閉,以防止降雨沿裂縫滲入填筑體而加劇填筑體的變形。根據(jù)信息反饋獲取的邊坡變形特征,專家論證會(huì)將此次變形機(jī)制確定為:①由于Ⅰ階段治理未將1102 m高程以下變形體處理,因此在往上填筑加載過(guò)程中,有沿高程1102 m至1094 m(一級(jí)反壓平臺(tái)頂面標(biāo)高)之間剪出的破裂趨勢(shì),因此坡面變形表現(xiàn)為中下部外移、隆起,而中上部變形表現(xiàn)為外移和下沉;②由于填筑體下部地基土為拋填土和殘坡積層紅粘土,在本次施工填筑體巨大的荷載之下,引起較大的不均勻沉降變形,同時(shí)由于邊坡的滑移,對(duì)道槽區(qū)填筑體有一定的牽引作用,從而導(dǎo)致道槽區(qū)出現(xiàn)裂縫。

由此設(shè)計(jì)人員確定治理方案如下:在一級(jí)反壓平臺(tái)上設(shè)置二級(jí)反壓平臺(tái),底寬25 m,高5 m,以1∶1.5放坡;二級(jí)反壓平臺(tái)材料、施工工藝及壓實(shí)指標(biāo)同一級(jí)反壓平臺(tái);將道槽區(qū)出現(xiàn)裂縫區(qū)域的填筑地基開(kāi)挖50 cm,鋪設(shè)兩層高強(qiáng)土工格室。

二級(jí)反壓平臺(tái)于2006年9月初施工完畢,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,邊坡變形自2006年9月中旬趨于穩(wěn)定。整個(gè)邊坡填筑于2006年10月完成,監(jiān)測(cè)工作于2006年12月結(jié)束。目前,該部位填方邊坡已穩(wěn)定3 a,工作狀態(tài)良好。

圖4 高填方邊坡最終設(shè)計(jì)模型圖Fig.4 High fill slope model of last design

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)場(chǎng)高填方邊坡信息化設(shè)計(jì)施工是以獲取施工過(guò)程的各種施工信息為核心,經(jīng)過(guò)信息分析,驗(yàn)證邊坡工作狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)依據(jù)相符,從而判斷前一階段的地質(zhì)模型和設(shè)計(jì)方案是否合理,并根據(jù)判斷結(jié)果提出修正和變更方案。信息化設(shè)計(jì)施工的工作模式呈螺旋式循環(huán)上升,使設(shè)計(jì)施工結(jié)果不斷接近實(shí)際工程需要,最終得到最合理的設(shè)計(jì)施工方案。西南地區(qū)某機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程高填方邊坡采用信息化設(shè)計(jì)施工模式,在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中經(jīng)過(guò)兩次循環(huán),最終防止了邊坡的變形,保證了邊坡的穩(wěn)定。信息化設(shè)計(jì)施工作為一種先進(jìn)有效的設(shè)計(jì)施工理念,值得在機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程中廣泛推廣。

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APPL ICATIONOF INFORMATIONAL DESIGN AND CONSTRUCTION FOR HIGH FILL SLOPEOF AIRPORT

WANG Rui1,Q IU Cun-jia1,L IU Hong2
(1.Southwest China Branch of China Airport Construction of CAAC,Chengdu 610212,China; 2.Key Laborato ry of Kast Environment and Geohazard Prevention,M inistry of Education,Guiyang 550003,China)

The info rmational design and construction is amethod of dynamic design and construction.It can grasp the situation of rock and civil according to the information obtained in construction,and modify initial plan of design and construction.This paper analyzes themain information from construction of high fill slope.The informational design and construction mode are p roposed.The p ractical app lication of informational design and construction to the high fill slope of an airport continuation in Southwest China is introduced,and the satisfactory result is obtained.

informational design and construction;airport;high fill slope;continuation

P642

:A

1006-4362(2010)02-0109-04

王睿(1977- ),男,漢族,成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院巖土工程在讀博士生,目前就職于中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司西南分公司,從事機(jī)場(chǎng)巖土工程技術(shù)設(shè)計(jì)工作。

2010-03-12改回日期:2010-05-07