山區(qū)機場改擴建工程填方邊坡支護(hù)方案比選分析

周春鋒 楊彪 黃金

摘要：文章結(jié)合西南某機場改擴建工程，分析比較了自然放坡、加筋陡坡、抗滑樁等不同處理方法的效果及優(yōu)劣，介紹了碎石樁地基處理與土工合成材料加筋在山區(qū)填方邊坡支護(hù)中的應(yīng)用，可為其它類似改擴建工程提供參考。

關(guān)鍵詞：機場;改擴建工程;人工填土加筋土坡;碎石樁

中圖分類號：U416.14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.052

文章編號：1673-4874（2019）09-0184-04

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國越來越多的工程項目進(jìn)入改擴建階段。由于各種條件限制，前期工程建設(shè)中產(chǎn)生的人工填土層，具有均勻性差、厚度大、孔隙率高、壓縮性大、強度低、穩(wěn)定性差等特點，給后期改擴建工程帶來了巨大的困難。

針對深厚的填工，工程中常常采用強夯法、CFG樁、碎石樁等方法進(jìn)行地基處理與邊坡支護(hù)，或者采用抗滑樁、加筋土坡收坡，減小填方量。各種處理方法均有其自身的適用條件，改擴建工程一般限制因素較多，需要結(jié)合各方案的工藝特點、場區(qū)條件綜合考慮確定處理方案。

本文針對西南山區(qū)某機場改擴建工程填方邊坡，比較了各種處理方案的優(yōu)劣，提出了優(yōu)選方案。

1工程概況

1.1機場概況

該機場跑道長2400m，寬45m，海拔近1900m，研究區(qū)域位于機場飛行區(qū)西北端，填方高約20m，研究區(qū)域附近圍場路、排水溝、場外鄉(xiāng)村道路、助航燈光鐵塔等構(gòu)筑物多，場地狹窄，施工受限。

1.2 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)域西側(cè)地勢較高，平整時開挖，北側(cè)地勢逐漸降低，為斜坡沖溝，為填方區(qū)。海拔1853.36-1917.39m，最大相對高差約64.03m。地形坡度多介于15°-25°，局部地形較陡。見圖1。

地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g。

根據(jù)勘察資料，現(xiàn)地表為近期形成的人工填土層，其下為第四系坡洪積相的黏性土，下伏印支期花崗巖。

素填土（Q）：由黏性土混含全風(fēng)化花崗巖、角礫、碎石組成，最大粒徑約為2.00-4.00cm，結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性質(zhì)不均勻，為機場建設(shè)時整平場地堆填形成，未經(jīng)嚴(yán)格分層壓實，層厚0.80-23.00m，平均厚度為9.49m。

粉質(zhì)黏土（Qd）：可塑狀態(tài)，稍濕～濕，干強度中等、韌性中等，平均厚度為2.60m。

全風(fēng)化花崗巖（r5）：鉆探巖芯多呈粉砂及粉工狀，少量為角礫狀、碎石狀及土狀。厚度3.60-47.30m，平均厚度為17.06m。

強風(fēng)化花崗巖（y’5）：巖芯呈碎石、碎塊狀，層厚約1.2m.

1.3水文地質(zhì)條件

場地雨季穩(wěn)定水位在0.00-11.60m，地下水位變化幅度約2.50-3.00m，流量受季節(jié)性控制，動態(tài)變化大。

上層滯水主要賦存于第四系松散人工填土中，富水程度差異較大，水量主要受季節(jié)性降水補給。

孔隙型潛水主要賦有于全風(fēng)化花崗巖地層孔隙中，總體屬裂隙強含水層，地下水主要靠大氣降雨及地表水滲流補給，含水層大多位于風(fēng)化裂隙帶范圍內(nèi)，富水性一般較強。

2填方邊坡評價

2.1 邊坡特征

填方區(qū)域坡頂?shù)狡履_高差約18m，邊坡區(qū)原一期拋填的素填土厚度較大（>7m），浸水后物理力學(xué)性質(zhì)較差，局部坡面地形較陡，填方存在順坡填筑的特征。因場地排水溝、道路等地勢條件的限制，邊坡上部設(shè)置高約4m加筋土擋墻收坡，擋墻外設(shè)置20m寬平臺，設(shè)置排水溝和場外道路，道路外側(cè)放坡至原地面。

2.2邊坡穩(wěn)定性評價

原邊坡坡面約25°，經(jīng)過計算，原邊坡暴雨工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.105（Bishop法），處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。素填土層為邊坡穩(wěn)定性控制地層，地基土不處理時，填方邊坡按1：2放坡，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.009;填方邊坡按照1：3放坡，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.040，均不滿足《民用機場巖土工程設(shè)計規(guī)范》（MH/T5027-2013）要求。

3支護(hù)方案比選分析

3.1支護(hù)方案擬定

（1）自然放坡+地基處理

因素填土性質(zhì)較差，僅采用坡率法，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)不滿足規(guī)范要求，需要對填土地基進(jìn)行處理。本改擴建工程施工場地狹小，坡度大，凈空限制嚴(yán)格，DDC樁和強夯置換法施工機械高大，不適宜本場區(qū)，而CFG樁成本較高。綜合考慮采用技術(shù)成熟的碎石樁處理素填土層

填方邊坡坡比為1：2，每10m高一級，邊坡區(qū)采用φ0.5m的碎石樁處理素填土層。

（2）加筋土坡+地基處理

坡面采用坡比為1：1的土工格柵加筋土坡，土工格柵垂直間距為0.5m，格柵的長度和強度需滿足邊坡穩(wěn)定性要求，坡面采用工工植生袋綠化。

（3）抗滑樁支護(hù)

采用抗滑樁支護(hù)，經(jīng)計算邊坡的剩余下滑力為851kN/m，采用長15m的抗滑樁，尺寸為2x3m，間距約5m。

3.2 支護(hù)方案比選

以上三種方案在邊坡支護(hù)中應(yīng)用較廣，均可滿足填方邊坡穩(wěn)定性的要求，不存在難度特別大的施工技術(shù)要求。本文從經(jīng)濟(jì)、工期、防護(hù)效果、綠化等多個方面進(jìn)行比較，具體如表1所示。

對比表1可知，從經(jīng)濟(jì)性來看，三種方案成本差別不大，方案2地基處理范圍較小，土工格柵成本較低。從抗滑能力來看，方案3抗滑樁抗滑能力最強，方案、部分區(qū)域存在貼坡填筑的特點，抗滑能力較弱。從施工難度來看，方案1施工難度最小，方案3需要在深厚素填土層人工挖孔，存在一定的風(fēng)險，施工難度稍大，方案2需要分層鋪設(shè)工工格柵，工序稍多，但是難度不大。從綠化環(huán)保角度來看，方案3邊坡綠化難度大。

綜合考慮工程成本、施工難度、抗滑效果以及綠化要求，加筋工坡+碎石樁處理地基方案較優(yōu)。

4加筋土邊坡設(shè)計與施工

4.1加筋土邊坡設(shè)計

地層的主要參數(shù)根據(jù)勘察資料并結(jié)合類似工程經(jīng)驗確定，碎石樁處理后的復(fù)合地基參數(shù)按照《地基處理手冊》計算得到，主要參數(shù)如表2所示。

根據(jù)《公路工工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》方法計算土工格柵的長度和強度。采用Bisop法復(fù)核填方邊坡整體穩(wěn)定性，天然工況下加筋土邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.325，暴雨工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.119，地震工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.143，滿足規(guī)范要求，具體如圖2所示。

主要支護(hù)措施如下（如圖3所示）：

（1）地基處理：采用碎石樁穿透素填土至全風(fēng)化花崗巖1m深，碎石樁φ0.5m。中部素填土厚度較大區(qū)域間距為1.5m，素填工厚度較小區(qū)域間距為2.0m。碎石樁頂鋪設(shè)0.5m厚碎石并鋪設(shè)一層土工格柵。

（2）填方邊坡：采用1：1加筋土坡填方邊坡。上部工工格柵長22m，設(shè)計抗拉強度為50kN/m;中部工工格柵長18m，設(shè)計抗拉強度為100kN/m;底部工工格柵長約12m，設(shè)計抗拉強度為150kN/m。坡面采用土工格柵反包生態(tài)植生袋護(hù)坡并綠化。

（3）臺階開挖：當(dāng)原地面坡度陡于1：5時，應(yīng)開挖臺階，臺階寬度≥2m并滿足鋪設(shè)筋材長度的需要，高寬比宜≤1：2。臺階頂面向內(nèi)傾斜，傾斜坡度>4%，并滿足壓實要求。

4.2 加筋土邊坡施工

加筋工邊坡的施工流程為：施工準(zhǔn)備→測量放線→平臺開挖→地基處理→坡腳處理→鋪設(shè)土工格柵（各層）→設(shè)置反包土袋（各層）→填料攤鋪（各層）→填料壓實（各層）→檢查回填土壓實度和反包袋坡面（各層）變形監(jiān)測→效果檢驗、驗收。

施工過程中應(yīng)在密實的填土上裁剪并安放土工格柵，留出格柵沿坡面反包的長度。土工格柵應(yīng)該鋪設(shè)平整，并拉直。填料應(yīng)分層碾壓密實，碾壓要控制速度，避免搓動格柵。碾壓時應(yīng)避免壓輪與格柵接觸，以防格柵損壞。

5 結(jié)語

機場改擴建工程限制條件多，施工難度較大，特別是前期施工形成的深厚素填土處理難度大，成本高，具體的工程措施受成本、工期、現(xiàn)場施工條件、工程風(fēng)險等因素影響，需充分考慮各方案的優(yōu)劣和工程的關(guān)鍵影響因素才能優(yōu)選出合適的支護(hù)方案和施工措施。采用碎石樁處理地基并采用加筋陡坡收坡可節(jié)省工程投資，增強邊坡的穩(wěn)定性，該方案可為山區(qū)深厚素填土填方邊坡支護(hù)提供參考。