重慶江北高填方機(jī)場(chǎng)土石方施工控制技術(shù)

徐 云，文小龍，褚宇光，王武斌，劉 亭

(1. 四川省場(chǎng)道工程有限公司， 四川成都 610081； 2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031； 3.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

重慶江北高填方機(jī)場(chǎng)土石方施工控制技術(shù)

徐 云1，文小龍1，褚宇光2，王武斌3，劉 亭3

(1. 四川省場(chǎng)道工程有限公司， 四川成都 610081； 2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031； 3.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

隨著我國(guó)航空運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展，高填方機(jī)場(chǎng)的建設(shè)越來(lái)越多。然而高填方機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的路基病害問(wèn)題尤為突出，尤其是山區(qū)或重丘區(qū)土石方工程受地形地質(zhì)條件限制，往往存在下臥軟弱夾層、淤泥、軟土或粉質(zhì)土和地下水或泉眼的情況。文章通過(guò)攀枝花機(jī)場(chǎng)和重慶江北機(jī)場(chǎng)的對(duì)比分析，總結(jié)了影響穩(wěn)定性的因素及控制穩(wěn)定性的措施，研究結(jié)果可為高填方機(jī)場(chǎng)的穩(wěn)定性控制提供參考。

高填方機(jī)場(chǎng)； 路基病害； 穩(wěn)定性控制； 影響分析

1 高填方機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)施工及現(xiàn)狀

近年來(lái)，全國(guó)各地設(shè)計(jì)和施工了不少的高填方機(jī)場(chǎng)，如四川的攀枝花機(jī)場(chǎng)、九寨黃龍機(jī)場(chǎng)、康定機(jī)場(chǎng)，貴州的六盤(pán)水機(jī)場(chǎng)，重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng),云南的瀘沽湖機(jī)場(chǎng),河北承德機(jī)場(chǎng)等機(jī)場(chǎng)，其最大填土高度大多超過(guò)70 m[1-2]。其中，在2000年～2003年期間建設(shè)的四川攀枝花保安營(yíng)機(jī)場(chǎng)，最大填土高度達(dá)到120 m以上，填土區(qū)域均處于單斜面的地形，存在大量的魚(yú)塘、水田、耕地和泉眼，而且下臥粉質(zhì)土、淤泥及軟土夾層。該機(jī)場(chǎng)由于填方區(qū)區(qū)域地勘資料不全，地勘資料反應(yīng)填筑體區(qū)域地質(zhì)是穩(wěn)定的，對(duì)工后填方區(qū)邊坡穩(wěn)定的不利因素沒(méi)有引起高度重視，在施工建設(shè)期間就出現(xiàn)過(guò)較大范圍的滑坡，花費(fèi)了較長(zhǎng)的時(shí)間和巨額費(fèi)用來(lái)處治這些滑坡體。通航后，從機(jī)場(chǎng)由北向南方向(即機(jī)場(chǎng)跑道軸線方向)土面區(qū)東側(cè)邊緣從中部至南端均產(chǎn)生不均勻沉陷，圍場(chǎng)路和土面區(qū)排水溝大量拉裂，局部產(chǎn)生塌陷，特別是2009年10月機(jī)場(chǎng)東南側(cè)又發(fā)生大塌方，即12#滑坡，2009年10月3日近300×104m3的填筑體整體失穩(wěn)下滑(圖 1 )，造成滑坡體上緣開(kāi)裂，邊坡加固結(jié)構(gòu)體破壞(圖 2)，已嚴(yán)重影響到該機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)行，被迫停止?fàn)I運(yùn)并進(jìn)行處治，需要巨額的處治費(fèi)用。高填方機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)不均勻沉降和失穩(wěn)滑坡是高填方機(jī)場(chǎng)施工最擔(dān)心和最容易出現(xiàn)的通病問(wèn)題[3]。

圖1 四川攀枝花保安營(yíng)機(jī)場(chǎng)易家坪滑坡

圖2 滑坡體邊坡破壞情況

2 高填方機(jī)場(chǎng)填筑體不均勻沉降和邊坡穩(wěn)定性影響因素

高填方區(qū)填筑體的沉降總量是填筑體下臥地基受填筑體荷載的沉降量和填筑體自身的沉降量的疊加[4]。沉降量的大小取決于地基處理的效果和填筑體的填筑壓實(shí)或夯實(shí)效果，高填方區(qū)域陡峭地形決定了其填筑體的沉降不均勻性[5]。一般情況下填筑高度越高沉降量越大，當(dāng)相鄰區(qū)域沉降量的差異值過(guò)大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)裂縫。為了避免土基開(kāi)裂，就要采取一系列的措施來(lái)保證地基和填筑體的處理質(zhì)量。

填筑區(qū)域的地基在土石方填筑后，填筑體強(qiáng)大的荷載在斜坡地段必然產(chǎn)生一個(gè)沿斜坡的強(qiáng)大推力(圖3所示，推力大小與斜坡基巖面與水平方向的夾角的正弦成正比，斜坡傾角越大，填筑體產(chǎn)生的推力就越大)，如果填筑體與地基的結(jié)合部位或填筑區(qū)域土體抵抗土體推力的能力不足，一旦地基或填筑體抗剪切破壞的能力小于土體在斜坡上產(chǎn)生的推力，填筑體就會(huì)沿斜坡產(chǎn)生位移。當(dāng)這個(gè)水平位移達(dá)到一定程度時(shí)，填筑體就會(huì)失穩(wěn)破壞[6]。而如何提高填筑區(qū)域地基抗剪切破壞的能力就成為高填方填筑體邊坡穩(wěn)定性控制的主要問(wèn)題[7]。因此，高填方填筑體邊坡的穩(wěn)定性控制取決于填筑體與填筑體區(qū)域地基的結(jié)合程度和填筑體自身的填筑質(zhì)量控制效果。

圖3 高填方土基斷面示意

影響填筑區(qū)域地基抗剪切能力的因素主要有填筑區(qū)域下臥層淤泥、軟弱土或粉質(zhì)土、軟弱夾層、地下水或泉眼等。如果填筑體區(qū)域存在淤泥、軟弱土、粉質(zhì)土和軟弱夾層，那么填筑體與填筑區(qū)域地基結(jié)合部位必然形成一個(gè)軟弱帶，其抵抗填筑體強(qiáng)大的沿斜坡方向推力的能力差[8]。填筑區(qū)域的地下水在滑動(dòng)面上還會(huì)起到潤(rùn)滑作用，這將嚴(yán)重降低地基和土體的抗剪能力，因此地下水是影響填筑體邊坡失穩(wěn)破壞的重要因素[9]。斜坡地形是填筑體產(chǎn)生沿斜坡方向推力的原因，改造斜坡地形也是控制填筑體邊坡失穩(wěn)破壞的重要措施[10]。

3 高填方機(jī)場(chǎng)填筑體不均勻沉降和邊坡穩(wěn)定的控制措施

通過(guò)對(duì)高填方機(jī)場(chǎng)的工程事例的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和高填方機(jī)場(chǎng)土石方填筑體不均勻沉降和邊坡穩(wěn)定性的影響因素分析，總結(jié)出以下幾個(gè)方面的工作經(jīng)驗(yàn)和措施，用以控制好高填方機(jī)場(chǎng)填筑體不均勻沉降和邊坡穩(wěn)定性。

(1)首先地勘單位要探明填筑體區(qū)域的地形地質(zhì)狀況及水文條件。

(2)對(duì)于斜坡地帶高填筑體邊坡工程應(yīng)特別注意填筑體下部軟弱層(包括覆蓋土層的淤泥、流沙、軟黏土、粉質(zhì)土、軟質(zhì)的炭質(zhì)泥巖等抗剪切能力較弱的土質(zhì))的清除和處理，減少地基加載后的沉降量，提高填筑體與填筑區(qū)域地基的結(jié)合能力和地基抗剪切破壞的能力，消除可能誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的滑動(dòng)面。

(3)填筑體地基下的地下水和填方邊坡覆蓋面雨水侵蝕對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響是巨大的，必須將地下水用片石或碎石

盲溝引出填筑體以外，同時(shí)將地表水進(jìn)行有序排放，減少地下水和雨水對(duì)填筑體的侵蝕，也是消除誘發(fā)填筑體滑坡的重要因素。

(4)對(duì)單斜坡地帶(即坡度陡于1∶5)的施工，必須開(kāi)挖臺(tái)階，而且必須是在清除覆蓋土、軟弱夾層后形成的臺(tái)階(如果在未清除覆蓋土、軟弱夾層就形成臺(tái)階，那就是“假臺(tái)階”)，臺(tái)階的高寬比一般按1∶2，高度根據(jù)地形條件和壓實(shí)方法確定，臺(tái)階面要求內(nèi)傾。即破壞掉斜坡上可能形成的滑動(dòng)面，改變填筑體在填筑區(qū)域產(chǎn)生沿斜坡方向推力的狀況，保證填筑體與山體有效搭接，是確保填筑體穩(wěn)定的重要措施。

(5)高填方的填筑材料不能使用抗剪切破壞的能力差的淤泥、軟黏土、粉質(zhì)土。

填筑體沉降主要是地基在受荷載后的沉降和填筑體自身的沉降量總和，特別是高填方區(qū)的沉降量控制是一個(gè)至關(guān)重要的技術(shù)問(wèn)題，提高填筑體的壓實(shí)效果，既可以提高填筑體的整體性和強(qiáng)度，同時(shí)也減少填筑后期的工后沉降量，也是減少填筑體不均勻沉降和提高填筑體邊坡穩(wěn)定性的重要措施，對(duì)高填方機(jī)場(chǎng)采用強(qiáng)夯法施工技術(shù)不失為降低工后沉降量的較好的施工方法。

4 實(shí)施案例

重慶江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)02L跑道儀表著陸Ⅱ類(lèi)運(yùn)行工程土石方填土高度超過(guò)90 m，是一個(gè)單斜面的填筑體，而且原始地面上存在水塘、水田，下臥淤泥、軟黏土和粉質(zhì)土情況。由于業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位都十分重視高填方的穩(wěn)定性控制問(wèn)題，多次組織現(xiàn)場(chǎng)考察論證該高填方區(qū)域的軟土處理方案，最后決定清除填方區(qū)域的所有淤泥、軟黏土及粉質(zhì)土，并形成內(nèi)傾大臺(tái)階，臺(tái)階高度不低于2 m，寬度不小于4 m，將所有存在地下水的地段用碎石或片石盲溝將地下水引出填筑體外，消除了高填方不穩(wěn)定因素，然后按設(shè)計(jì)分層填筑施工，主體土石方填筑施工采用地基強(qiáng)夯和分層強(qiáng)夯，坡面12 m范圍按0.5 m厚分層振動(dòng)壓實(shí)方法施工。在分層施工過(guò)程中，對(duì)強(qiáng)夯邊緣未夯實(shí)部分進(jìn)行翻挖清除到土石方振動(dòng)壓實(shí)區(qū)，作為填料利用與新運(yùn)輸來(lái)土石方一起進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)。圖4為重慶江北高填方機(jī)場(chǎng)施工示意圖。填筑施工完畢后，通過(guò)近一年時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)沉降和位移觀測(cè)，邊坡

圖4 重慶江北高填方機(jī)場(chǎng)施工示意

最大位移不超過(guò)5cm，最大沉降量不超過(guò)11cm，都完全在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，邊坡穩(wěn)定性良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

如何控制好高填方機(jī)場(chǎng)不均勻沉降和邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題，關(guān)鍵是要清楚地認(rèn)識(shí)到高填方機(jī)場(chǎng)填方區(qū)填筑質(zhì)量控制的重要性，清楚產(chǎn)生高填方機(jī)場(chǎng)施工質(zhì)量通病的機(jī)理原因，消除影響高填方機(jī)場(chǎng)填方區(qū)填筑質(zhì)量控制的不利因素，拿出切實(shí)可行的預(yù)防措施。特別是對(duì)填筑體處于單斜面山體不利地形條件下的高填方機(jī)場(chǎng)填方區(qū)不均勻沉降和邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題，更要引起高度的重視，應(yīng)該采取“預(yù)防為主，處治為輔”的原則，一旦出現(xiàn)病害，處治的費(fèi)用將是預(yù)防費(fèi)用的數(shù)倍，甚至數(shù)十倍。因此要從源頭上抓好高填方機(jī)場(chǎng)的施工建設(shè)，杜絕重大質(zhì)量事故的發(fā)生，避免重大經(jīng)濟(jì)損失。

[1] 王會(huì)成. 六盤(pán)水機(jī)場(chǎng)高填方施工重點(diǎn)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)策略淺析[J]. 西部探礦工程,2014,(9):180-182

[2] 高雪梅. 貴州省六盤(pán)水機(jī)場(chǎng)東北端高填方體地基穩(wěn)定性研究[D].成都：成都理工大學(xué),2008

[3] 李剛,孟祥龍,楊光,等. 某機(jī)場(chǎng)高填方土基滑塌原因分析[J]. 科技與創(chuàng)新,2014,(21):64-65

[4] 劉宏,李攀峰,張倬元,等. 山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方地基變形與穩(wěn)定性系統(tǒng)研究[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展,2004,(S1):324-328

[5] 臧亞君,劉東燕,蔣克鋒,等. 西南某機(jī)場(chǎng)高填方地基穩(wěn)定性分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào),2007,(4):711-715

[6] 王學(xué)軍. 高填方機(jī)場(chǎng)地基處理方式的探討[J]. 山西建筑,2013,(27):58-59

[7] 劉宏,李攀峰,張倬元. 西南地區(qū)高填方機(jī)場(chǎng)軟基加固處理[G]//中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì).第七屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文集.中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì),2004

[8] 謝春慶,劉漢超,甘厚義. 山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方夯實(shí)地基處理方法的研究[J]. 勘察科學(xué)技術(shù),2001,(5):11-15

[9] 陳濤. 山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方地基變形及穩(wěn)定性研究[D].鄭州大學(xué),2010

[10] 甘厚義,周虎鑫,林本鑾,等. 關(guān)于山區(qū)高填方工程地基處理問(wèn)題[J]. 建筑科學(xué),1998,(6):16-22

徐云(1970～)，男，高級(jí)工程師。

TU472

B

[定稿日期]2015-01-16