某巖溶地質(zhì)條件高填方機場道槽區(qū)沉降穩(wěn)定技術(shù)探討★

張 潔 玙

(山西機械化建設(shè)集團有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

近年來，中國航空運輸業(yè)得到了高速發(fā)展。“十三五”期間，民航基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)依然為主攻方向，在山區(qū)等機場密度較低且需求潛力大的地域，規(guī)劃的新(擴)建機場比例均較高。以高山深谷地形為主要地貌特點的山區(qū)機場，高填方施工中沉降穩(wěn)定問題，是施工難題；巖溶地質(zhì)條件，又因其地質(zhì)、水文的特殊性，對機場高填方道槽區(qū)沉降穩(wěn)定有著直接的影響。本研究依托貴州某機場實例進行研究，確定相應(yīng)技術(shù)措施和對策。

1 工程概況

貴州某機場設(shè)計標準為4C，道槽區(qū)填方量：86.4萬m3，道槽區(qū)最大填高達32.4 m，位于本場區(qū)最大漏斗(LD04)內(nèi)。場址及附近屬巖溶地貌，按地貌成因可細分為：漏斗、落水洞、溶洞、溶丘洼地、土洞、溶蝕帶等，其中巖溶漏斗分布較多。場區(qū)雨量較充沛，但工作范圍內(nèi)僅有兩個溶洞中有少量的積水。

2 機場場道工程高填方道槽區(qū)的沉降影響因素

根據(jù)研究課題前期成果表明，影響機場場道工程高填方道槽區(qū)的沉降的主要因素包括：填筑材料的巖土特性、高填方道槽區(qū)的地基穩(wěn)定性、地下及地表水的影響、填筑體夯壓方式影響以及施工因素引起的高填方填筑體施工接縫處治的影響。

根據(jù)勘察資料及實地考察，機場區(qū)域內(nèi)基巖面起伏很大，基巖上面存在著厚度、性質(zhì)不同的粘土、粉質(zhì)粘土及紅粘土等，高填方道槽區(qū)溝谷地帶也存在較厚的軟弱沉積層，地基條件和填料均具有特殊性。故本次研究主要針對巖溶地質(zhì)條件前提下的相關(guān)影響原因,即:針對巖溶地區(qū)填料差異的技術(shù)措施，針對巖溶地基條件的處理措施以及針對巖溶地區(qū)地下、地表水的處治措施。

3 技術(shù)措施及對策

3.1 施工填料選擇

3.1.1試驗段施工填料選擇

試驗段施工時，試驗填料均來源于指定借方區(qū)，由于料場覆蓋層較厚，全部采用表層第四系土，因含水量較高，先行晾曬后，進行碾壓加固，測試結(jié)果不能滿足道槽及其影響區(qū)高填方填筑體壓實度要求；后采用強夯工藝，依然因含水量較高，效果優(yōu)于碾壓但仍不理想。

3.1.2道槽區(qū)大面積試驗施工填料選擇

因試驗段施工采用土質(zhì)填料實施效果均不理想，主要是土質(zhì)填料對含水量的敏感性造成，故在道槽區(qū)大面積試驗施工中采用石質(zhì)填料和土石混合料。

根據(jù)勘察報告的統(tǒng)計，該機場按巖性定義的土石比為3.1∶6.9，大面積試驗施工中土石混合料取土石比為3∶7,以接近自然比例；道槽區(qū)高填方施工填料全部優(yōu)先采用石質(zhì)填料，且最大粒徑控制在80 cm之內(nèi)，不均勻系數(shù)Cu>5，曲率系數(shù)Cc=1-3，含泥量小于10%。

加固工藝采用強夯加固,與原地面一并考慮兼作找平，進行第一層強夯工藝后，石料填筑按4.5 m一層進行強夯加固，單擊夯能采用3 000 kN·m，夯點間距4.5 m正方形布點，單點擊數(shù)7擊～10擊；滿夯800 kN·m，只在填筑體最上一層強夯時采用滿夯。

3.2 道槽及其影響區(qū)高填方區(qū)域地基處理

本項目主要為巖溶地質(zhì)條件，根據(jù)場區(qū)內(nèi)不同地貌分布方式，包括雜土及紅粘土區(qū)域、巖溶漏斗及落水洞區(qū)域，以及潛伏溶洞區(qū)域，根據(jù)不同表現(xiàn)形式，原地基處理分以下幾種不同處理方式。

3.2.1一般區(qū)域地基處理

主要針對雜土及紅粘土區(qū)域：首先清除地表的軟弱地層，針對出露的可塑～硬塑狀態(tài)的粘土、或粉質(zhì)粘土或紅粘土進行地基處理。考慮紅粘土分布厚度不大，故采用結(jié)合道槽區(qū)填筑體強夯工藝進行。道槽區(qū)填筑體第一層厚度調(diào)整為3.0 m，參數(shù)同填筑體強夯參數(shù)。

3.2.2漏斗、落水洞區(qū)域地基處理

漏斗、落水洞的處理，主要取決于充填物厚度。根據(jù)充填物厚度，確定強夯能級，一般宜采用如下建議能級：

對充填物厚度小于5 m區(qū)域，采用 2 000 kN·m 能級進行原地面強夯處理；

充填物厚度5 m～9 m，采用 3 000 kN·m能級進行原地面強夯處理；強夯加固設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 強夯加固設(shè)計參數(shù)表

充填物厚度超過9 m處，通過試驗施工，確定采用4 000 kN·m及以上能級進行強夯處理。本項目實施中，在LD4,LD6等道槽高填方區(qū)，采用了鋪設(shè)2 m墊層后，4 000 kN·m強夯處理方式。強夯布點采用正方形布點，夯點間距4.5 m，單點擊數(shù)7擊～10擊。

對于部分作為原地形過水通道的落水洞或漏斗，強夯處理后，沿頂面鋪填一層防水土工布，或不小于30 cm厚的粘土層，以防止在處理后的填筑體內(nèi)形成水流，影響整體穩(wěn)定。

3.2.3潛伏溶洞區(qū)

1)進場后，配合設(shè)計單位、勘察單位對潛伏溶洞進行是否需要處理的判定。一般根據(jù)“坍塌填塞法”和“溶洞頂板厚度與跨度比法”進行。判定時，除考慮溶洞所在位置的填筑高度、溶洞充填狀況、溶洞洞體是否連通等條件外，還需要綜合考慮潛伏溶洞在機場的不同分區(qū)的重要程度，比如道槽區(qū)、航站樓區(qū)等均屬于重要區(qū)域。

2)潛伏溶洞的現(xiàn)場處理：

a.對于頂板埋深在5 m以內(nèi)的，主要采用清爆換填方式，即：對潛伏溶洞的頂板進行爆破開挖后，采用石料進行回填壓實處理；回填填料粒徑采取由下到上逐漸變小的方式，以便形成反濾作用——溶洞底部采用大直徑填料，溶洞上部采用小粒徑填料。施工中以LD2為代表，進行分層填筑后，3 000 kN·m強夯處理。

b.現(xiàn)場勘察中，對照鉆孔，發(fā)現(xiàn)頂板基巖較薄的潛伏溶洞，且位于填方較高(填高在20 m以上)的區(qū)域時，現(xiàn)場可采用高能級強夯的方法進行探測，夯擊中發(fā)生塌陷的，按照a條采用清爆破換填方式進行處理。

c.對于洞體無充填或充填較少的潛伏溶洞，采用清爆換填處理方式不經(jīng)濟時，采用充填碎石或投石料，加注漿方案處理。

d.勘察確認需要處理的溶洞，若洞體在半充填以上的，采用直接注漿方案處理。

注漿采用袖閥管注漿法，為彌補填充材料作為充填骨架的不足之處，采用分段、多次復(fù)注方式。

施工中以LD7，LD6～LD7之間為代表，采用鉆孔注漿處理，注漿孔距4.0 m，三角形布置；注漿孔徑400 mm；孔深以鉆穿溶洞頂板為準；投入填充材料。

注漿材料：周邊孔注漿材料采用純水泥漿+膨潤土+水玻璃，中央孔注漿材料采用純水泥漿。注漿順序由外到內(nèi)，隔孔交替進行，以保證注漿效果。

3)處理結(jié)果。

均達到設(shè)計要求，通過驗收。

以LD6為例，挖開墊層后對原地面進行標準貫入試驗，在不同測試點位，分別為：0.00 m～5.40 m深度范圍內(nèi)N63.5平均值為17.4,20.0,0.00 m～4.50 m深度范圍內(nèi)N63.5平均值為20.4，滿足設(shè)計要求。

3.3 水的處理

本項目在表層清理后，按地形特點，采用了單一型盲溝排水系統(tǒng)。具體在高填方區(qū)域按地形情況分設(shè)主次盲溝，每一個泉眼均設(shè)置了排水支盲溝，并與主盲溝或次盲溝相連通。盲溝鋪設(shè)了防水土工布(≥300 g/m2)，以保證長期排水效果。同時,設(shè)置了坡面明排系統(tǒng)。

4 沉降觀測結(jié)果

4.1 基層開工前進行的道槽區(qū)高填方沉降觀測結(jié)果(快速沉降穩(wěn)定觀測)

4.1.1累計沉降量分析

一期沉降觀測點布置主要針對道槽高填方區(qū)進行。

根據(jù)沉降觀測結(jié)果，進行累計沉降量分析，得出：本次觀測各監(jiān)測點累計沉隆量均較小。累計沉降量大于3 cm點包括B02，B03，B07及原地面監(jiān)測點Y01，Y02，Y03等共6點。主要分布在LD4，LD6兩個填方高度大于30 m的漏斗填方區(qū)。

但累計沉降量大于3 cm各點沉降曲線末端均呈收斂形狀，同時對比原地面與相鄰位置的表面沉降數(shù)據(jù)，可以看出表面沉降量與原地基沉降量相當，甚至更小，表明本場地沉降主要由原地基土受附加荷載作用產(chǎn)生固結(jié)變形引起，填筑體本身自密沉降很小，一定程度上還形成“拱”效應(yīng)，減小了表面沉降，填筑體密實穩(wěn)定，填筑質(zhì)量好。

綜上，本觀測場地總體沉降量較小，填筑體密實穩(wěn)定。

4.1.2沉降速率

數(shù)據(jù)表明，各監(jiān)測點末期沉降速率相對較小，表面沉降點速率最大點為B03號點，及原地基Y03號監(jiān)測點。根據(jù)沉降速率，本觀測場地各觀測點除B02，B03，B07(LD4，LD6)三點以外，月沉降量均小于5 mm，滿足基層施工條件要求。

4.2 最高最大填方的漏斗(LD04，LD06)專題沉降觀測分析

基本情況：LD04，LD06兩個漏斗，填方量分別為48萬 m3，35 m3，均無排水出口，且在地基處理中基底土層厚度較大。

施工監(jiān)測過程中幾場大雨后，出現(xiàn)過負沉降和沉降速率突變。原因分析為暴雨后，水順著填筑體的縫隙滲到了漏斗底部，而漏斗底部無法做盲溝排出，漏斗底部較厚的粉質(zhì)粘土層在上部填土荷載和雨水滲透共同作用下發(fā)生沉降。

措施：通過道面結(jié)構(gòu)面層局部雙層鋼筋網(wǎng)片結(jié)構(gòu)形式進行調(diào)節(jié)，實施效果有效。

5 效果及結(jié)論

竣工一年后，我們再次對正在使用的該機場，進行質(zhì)量回訪，對跑道道面進行了全面外觀檢查，無任何病害，故得出：

1)針對巖溶原地基的分區(qū)、分類處理對高填方道槽區(qū)沉降穩(wěn)定有效。

2)針對巖溶地區(qū)填料，盡量采用大粒徑、水穩(wěn)性好的填料對高填方道槽區(qū)沉降穩(wěn)定有效。

3)針對較為少見的無出水口的大型封閉漏斗的水處理措施，還有待進一步研究，比如：a.進行詳勘，在可能的條件下，將漏斗底部與其他溶洞連通，創(chuàng)造排水出口；b.對大型無出水口的巖溶漏斗，對底部沉積土層全部或部分挖除，減薄對水敏感層的厚度，降低差異沉降的發(fā)生可能。

6 結(jié)語

本項目通過我集團公司施工的巖溶地區(qū)高填方機場的研究資料，通過對比、綜合分析，總結(jié)出實現(xiàn)機場快速沉降穩(wěn)定的施工技術(shù)和相關(guān)措施，對我國巖溶地區(qū)高填方機場建設(shè)有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。