丘陵多雨地區(qū)機(jī)場場道地基處理施工優(yōu)化措施及其應(yīng)用

張劍翔,楊建分

(1. 上饒市建設(shè)局,江西上饒 334000；2. 上饒三清山機(jī)場有限公司,江西上饒 334000)

丘陵多雨地區(qū)機(jī)場場道地基處理施工優(yōu)化措施及其應(yīng)用

張劍翔1,楊建分2

(1. 上饒市建設(shè)局,江西上饒 334000；2. 上饒三清山機(jī)場有限公司,江西上饒 334000)

結(jié)合上饒三清山機(jī)場建設(shè)項目,在了解場區(qū)地質(zhì)、水文及氣候特點的基礎(chǔ)上,分析丘陵多雨地區(qū)場道地基處理過程中碰到的難點。通過準(zhǔn)確把握工程難點,提出了適用于丘陵多雨地區(qū)機(jī)場場道地基施工優(yōu)化措施,并將之成功應(yīng)用于實際。實踐證明,按照該施工優(yōu)化措施處理后的場道地基,在壓實度、地基反應(yīng)模量及沉降變形三個方面均得到顯著加強(qiáng)。該施工優(yōu)化措施對于提高場道地基工程質(zhì)量、保證施工進(jìn)度具有重要意義。

丘陵；多雨；場道地基處理；施工優(yōu)化措施

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,機(jī)場新建項目日益增多,機(jī)場建設(shè)質(zhì)量要求越來越高。場道地基處理工程是機(jī)場建設(shè)項目的重要環(huán)節(jié),場道地基處理效果直接影響跑道的平整程度、飛機(jī)起降安全、長期使用性能等。場道地基必須滿足強(qiáng)度要求,也即達(dá)到在上部結(jié)構(gòu)自重及外荷載作用下不致產(chǎn)生局部或整體剪切破壞的要求。同時,場道地基應(yīng)當(dāng)滿足在上部結(jié)構(gòu)自重以及外荷載作用下不致產(chǎn)生過大沉降變形,尤其是不均勻沉降變形的要求。然而,機(jī)場選址涉及因素眾多,場址所在地質(zhì)條件、水文條件不能盡善盡美。同時,機(jī)場場道是一個線型工程,占地面積大,場區(qū)內(nèi)各區(qū)域工程地質(zhì)條件往往比較復(fù)雜,特別是丘陵和沿海地區(qū)［1］。因此,針對不同地質(zhì)條件,需采用合理的場道地基處理施工措施,以滿足功能要求。

我國南方內(nèi)陸地區(qū)的機(jī)場,多位于山地丘陵地區(qū),地勢起伏明顯,溝塘密布,土方工程量較大。同時,南方多雨,且存在明顯的雨季,這對于機(jī)場場道地基的建設(shè)提出了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一般地區(qū)機(jī)場場道地基處理施工措施,并不能很好的解決丘陵多雨地區(qū)場道地基處理過程中碰到的工程技術(shù)難題。因此,為達(dá)到丘陵多雨地區(qū)場道地基處理的目的,需結(jié)合現(xiàn)場實際情況,進(jìn)一步優(yōu)化施工措施。

本文以江西上饒三清山機(jī)場建設(shè)項目為背景,在充分掌握場址所在地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及氣候條件等特點的基礎(chǔ)上,分析場道地基處理過程中將碰到的關(guān)鍵技術(shù)難點,結(jié)合已有工程實踐經(jīng)驗,提出切實可行的施工優(yōu)化措施,并通過壓實度、地基反應(yīng)模量以及沉降變形來評價場道地基處治效果。本文提出施工優(yōu)化措施科學(xué)合理,針對性的解決丘陵多雨地區(qū)場道地基處理過程中的難題,對其他類似工程具有廣泛借鑒意義。

1 工程概況

上饒三清山機(jī)場場址位于江西省上饒市中心區(qū)南面,與市中心區(qū)直線距離約8 km。項目建設(shè)規(guī)模為4C級支線機(jī)場,新建一條長2 400 m、寬45 m的跑道,一條長208.5 m、寬23 m的垂直聯(lián)絡(luò)道,以及長290 m、寬130 m的站坪。項目擬用地149.6 hm2,主體工程于2013年12月開工建設(shè)。

機(jī)場場址處于低山丘陵地帶,地面高程在90～116 m之間,最大高差為29.475 m。機(jī)場土石方工程總挖方量約300萬m3,總填方量約316萬m3。場區(qū)出露第四系更新統(tǒng)(Q4)、白堊系河口組二段上亞段(K2h2-1)和三段下亞段(K2h3-1)、茅店組(K1m)地層。根據(jù)巖性可將場區(qū)地層分為二大類,其中第四系分為耕土(Q4pd)、淤泥(Q41)和含礫粉質(zhì)粘土(Q4d1+e1)等三層,白堊系可分為泥質(zhì)砂巖(K2)、粉砂巖(K)、粗砂巖(K2)和含礫砂巖(K)等四層,依風(fēng)化程度又可分為九個亞層。中風(fēng)化程度的砂巖、粉砂巖見圖1、圖2。

圖1 中風(fēng)化砂巖巖芯

圖2 中風(fēng)化粉砂巖巖芯

場區(qū)地表分布有27個供當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉和生活之用的坑塘水面,其補給來源為大氣降水及農(nóng)田灌溉水。此外,場區(qū)低洼地分布有水溝,寬度1.5～3.9 m不等,水深0.2～0.5 m不等。上饒屬亞熱帶季風(fēng)性氣候,雨水充足,降雨集中且持續(xù)時間長。根據(jù)2006～2010年的氣象資料,機(jī)場場址所在區(qū)域年平均降雨量約1 716 mm,日最大降雨量約183.5 mm,雨量充沛。圖3(a)所示為2011～2013年上饒市年度降雨天數(shù)統(tǒng)計結(jié)果,近三年上饒每年有超1/3的時間處于降雨狀態(tài)。圖3(b)統(tǒng)計結(jié)果顯示上饒雨水主要集中于上半年,尤其是5、6月份。

圖3 上饒市降雨天數(shù)統(tǒng)計(2011～2013年)

2 地基處理難點

依據(jù)場址所在地工程地質(zhì)特點、水文地質(zhì)特點以及氣候條件,場道地基處理過程中將碰到以下難點：

(1)較高填方

場址位于丘陵地帶,場區(qū)內(nèi)山頭林立,溝塘密布,見圖4,地勢起伏明顯。為滿足機(jī)場跑道線型要求,高填深挖難以避免。機(jī)場跑道西高東低,縱坡坡度為2‰,東西高差4.8 m。場區(qū)內(nèi)最大填方區(qū)域位于跑道西端的沖溝1,填方高度達(dá)16 m。較高填方區(qū)域是不均勻沉降變形易發(fā)區(qū),施工中必須采取有力措施,以控制填筑過程中土體強(qiáng)度。

圖4 魚塘及沖溝分布圖

(2)紅砂巖填料

機(jī)場場址位于典型的紅砂巖地區(qū),場道地基施工中普遍采用開挖出的紅砂巖作為地基填料。紅砂巖在我國南部省區(qū)廣泛分布,是泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖及頁巖等沉積類巖石的統(tǒng)稱,其因含有豐富的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色。鄧覲宇對紅砂巖崩解物的工程力學(xué)性質(zhì),即擊實試件的回彈模量、CBR值、壓縮性指標(biāo)及滲透性等,進(jìn)行研究,結(jié)果表明紅砂巖填料作為路堤填料是可行的［2］。然而,紅砂巖具有強(qiáng)度低,易崩解,易膨脹,遇水軟化等不良工程性質(zhì)。機(jī)場填方高度一般高于公路路堤,且場道地基對不均勻沉降變形要求較高。兩相對比下,要求在機(jī)場場道地基處理中,優(yōu)化施工措施,以保證紅砂巖填料地基能符合機(jī)場場道在強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性方面的要求。

(3)雨季施工

場址所在地區(qū)降雨強(qiáng)度大,持續(xù)時間長,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。而三清山機(jī)場建設(shè)項目工期緊張,為保證施工進(jìn)度,要做好降雨前準(zhǔn)備,防止雨水對已填筑地基的浸泡沖刷。同時,要充分利用降雨間歇期,做好相應(yīng)施工準(zhǔn)備。如何制定有效的雨季施工措施,是設(shè)計單位、施工單位必須面臨的難題。

3 施工優(yōu)化措施［3-5]

針對以上場道地基處理過程中碰到的難點,制定相應(yīng)有效的施工優(yōu)化措施,應(yīng)用于整個施工期間,督促施工單位嚴(yán)格執(zhí)行。

(1)分層碾壓

道槽區(qū)填筑體采用穩(wěn)定的不易遇水軟化的石料或土石混合料,鏟裝填料時,應(yīng)保證有足夠的細(xì)粒料成分,做到粗細(xì)料較均衡,級配較合適,不滿足要求應(yīng)提前破碎。填筑施工工藝流程遵循：施工準(zhǔn)備(機(jī)具準(zhǔn)備、填方材料準(zhǔn)備)→基底處理→測量放線→運料→攤鋪→局部找平→碾壓→檢測→下一層施工。

碾壓采用分層振動碾壓工藝,虛鋪厚度為50 cm。碾壓機(jī)具采用50 t激振力壓路機(jī),走速不大于3 km/h,碾壓遍數(shù)初定為8～10遍,以達(dá)到壓實度或固體體積率要求為準(zhǔn)。碾壓時,先壓兩側(cè)后中間,主輪重疊15 cm左右,壓實過程中應(yīng)特別注意避免不均勻沉陷,碾壓縱向進(jìn)退式進(jìn)行,橫向接頭一般重疊0.4～0.5 m,前后相鄰兩區(qū)段宜縱向重疊1.0～1.5 m,應(yīng)達(dá)到無漏壓、無死角,確保壓實質(zhì)量。

施工中,嚴(yán)格控制分層碾壓的虛鋪厚度,對碾壓后的土層壓實度及時進(jìn)行檢測。施工單位先進(jìn)行自檢,自檢合格后,由第三方檢測再次抽檢,檢驗合格,并經(jīng)監(jiān)理同意后,方能繼續(xù)填筑施工。為爭取施工進(jìn)度,施工單位自檢作業(yè)隊、第三方檢測單位、監(jiān)理單位需隨時待命,第一時間進(jìn)行檢測、驗收。分層碾壓,逐層驗收,最大程度上控制了填筑施工質(zhì)量,保證了場區(qū)高填方的強(qiáng)度及變形性能。

(2)機(jī)械上道

道槽填方區(qū)的沖溝及魚塘,按照地基處理范圍清除淤泥及下層的流塑至可塑含礫粘土,在回填土層中每隔50 cm厚度填土鋪填一層土工格柵,底層格柵于魚塘或沖溝底換填50 cm厚填料后在上方鋪設(shè),格柵應(yīng)深入至臺階,共鋪設(shè)5層土工格柵后再進(jìn)行上部的填筑和處理。按上述地基處理過后,穿越道槽區(qū)的魚塘及沖溝區(qū)域地基能滿足設(shè)計要求。然而,場區(qū)內(nèi)較高填方區(qū)域、填挖魚塘及沖溝區(qū)域、填挖結(jié)合區(qū)域是不均勻沉降易發(fā)區(qū)域,為加速場道地基沉降,提高地基強(qiáng)度,提出了“機(jī)械上道”的施工措施。

待跑道全線拉通,且地基填筑至距道槽設(shè)計標(biāo)高兩層左右填土?xí)r,機(jī)械設(shè)備以道槽區(qū)為施工便道,有計劃的分流通行,通過施工車輛和重型設(shè)備的碾壓,進(jìn)一步提高場道地基的壓實度。當(dāng)最后一層填筑至道槽槽底標(biāo)高時,道槽及其影響區(qū)的土基頂部采用沖擊碾壓進(jìn)行補強(qiáng)處理,采用沖擊勢能25 kJ三邊形沖碾機(jī)械,走速不小于8 km/h,沖碾遍數(shù)初定25遍。

(3)防水、引水及排水

為確保雨季施工質(zhì)量,保證填方區(qū)安全,需注重場區(qū)內(nèi)降雨前后防水、引水及排水工作。降雨前,盡量將已回填區(qū)域壓實到位,進(jìn)行封皮,并結(jié)合排水溝合理設(shè)置縱橫坡,做到“雨停水散”,最大程度減免雨水浸泡；降雨過后,在重點區(qū)上游和已經(jīng)被浸泡區(qū)域,開挖集水坑,將匯集后的雨水、滲水進(jìn)行強(qiáng)排,避免對回填區(qū)域產(chǎn)生不良影響。

雨季施工存在諸多不利因素,但絲毫不能放松工程質(zhì)量。在雨前突擊回填低洼處,道槽區(qū)域搶填一兩層,使其高于周邊土面區(qū)；在雨后,第一時間組織人員、機(jī)械清除作業(yè)面積水,避免雨水浸泡帶來的不利影響。與此同時,施工便道應(yīng)在雨前整平,留設(shè)坡度,便于雨后通行。

雨季來臨前,認(rèn)真細(xì)致調(diào)查場區(qū)匯水情況、排水走向,統(tǒng)籌安排工作。做到施工道路必要的場地硬化,保證現(xiàn)場運輸?shù)缆窌惩?；做到料場和固定機(jī)械安放點高于周圍場地,保證排水暢通無積水現(xiàn)象；做到合理布設(shè)臨時排水溝和集水坑,保證重要區(qū)域的安全。

(4)慎用爆破

項目建設(shè)中,根據(jù)實際地質(zhì)條件選擇合理的開挖方式。爆破是工程中常見的開挖方式之一,但爆破產(chǎn)生的石料粒徑往往較大。填筑體內(nèi)若存在較大粒徑的石料,則會存在局部的填料級配不良,碾壓不易很好的密實,對于爆破的石料中若含有大于30 cm粒徑的石料,仍需采用二次爆破。因此,三清山機(jī)場建設(shè)過程中,除巖體堅硬必須采用爆破手段外,盡量少用或不用爆破,采用耕機(jī)配合挖機(jī)進(jìn)行開挖。該施工措施得到的開挖料,基本滿足顆粒級配不均勻系數(shù)Cu＞5,曲率系數(shù)1＜Cc＜3的要求,提供優(yōu)質(zhì)場道地基填料。

4 施工效果檢測

通過上述場道地基施工優(yōu)化措施,場道地基在強(qiáng)度及變形要求上均達(dá)到規(guī)范要求,于2014年12月順利通過驗收。

(1)壓實度檢測

于道槽區(qū)、聯(lián)絡(luò)道區(qū)、停機(jī)坪區(qū)共計選取八個壓實度檢測點,檢測結(jié)果見表1。

根據(jù)上述檢測結(jié)果,最小壓實度96.5%,最大壓實度99.0%,平均壓實度97.8%,遠(yuǎn)高于壓實度要求值96%。

表1 壓實度檢測結(jié)果

(2)地基反應(yīng)模量檢測

表 2 地基反應(yīng)模量檢測結(jié)果

場區(qū)內(nèi)共計選取三個地基反應(yīng)模量檢測點,分別位于跑道東端、跑道西端,以及停機(jī)坪區(qū),測試結(jié)果見表2。根據(jù)測試結(jié)果,地基反應(yīng)模量均滿足設(shè)計要求值。

(3)沉降監(jiān)測

場區(qū)內(nèi)共計布設(shè)59個沉降監(jiān)測點,最長監(jiān)測周期達(dá)半年時間。監(jiān)測后期,連續(xù)兩個月,各監(jiān)測點每月沉降量均不超過3 mm。其中,連續(xù)兩月僅五個測點每月沉降量達(dá)3 mm,其余均不超過2 mm。場道地基沉降在較短時間內(nèi)趨于穩(wěn)定,地基處理效果顯著。沖溝2區(qū)域沉降量隨時間的變化關(guān)系見圖4。

圖 4 沖溝2沉降量-時間關(guān)系曲線圖

5 結(jié)語

本文結(jié)合江西上饒三清山機(jī)場建設(shè)項目,提出了適用于丘陵多雨地區(qū)場道地基處理的施工優(yōu)化措施,主要得到以下幾點重要結(jié)論：

(1)丘陵地帶,機(jī)場場道建設(shè)高填深挖不可避免,為保證高填筑體的施工質(zhì)量,地基處理過程中,采用分層碾壓,逐層報驗的施工措施,能夠最大程度上控制每層填土的密實度。

(2)通過機(jī)械上道的施工手段,能夠進(jìn)一步增加場道地基壓實程度,有效加快地基沉降變形,對工期緊張的建設(shè)項目具有重要意義。

(3)多雨地區(qū)場道地基處理過程中,制定高效合理的雨季施工措施,注重場道地基的防水、引水及排水,能夠顯著消除雨水帶來的不利影響,保證施工進(jìn)度。

［1］ 葉偉勝，張豫.復(fù)雜地基條件下機(jī)場場道地基處理的探討［J］.華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1999(3):248-254.

［2］ 鄧覲宇.高速公路紅砂巖的路用性能研究 ［J］.廣西交通科技，2003，28 (106):67-69.

［3］ 中國民航機(jī)場建設(shè)集團(tuán)公司.江西上饒三清山機(jī)場建設(shè)項目場道工程施工圖設(shè)計說明［Z］.2013.

［4］ 中材地質(zhì)工程勘察研究院.上饒三清山機(jī)場工程工程地質(zhì)詳細(xì)勘察報告［R］.2012.

［5］ MH5014-2002，民用機(jī)場飛行區(qū)土(石)方與道面基礎(chǔ)施工技術(shù)規(guī)范［S］.

U415

B

1009-7716(2015)09-0128-04

2015-05-21

張劍翔(1966-),男,江西鉛山人,高級工程師,副局長,從事路橋工程管理與施工工作。