機(jī)場高填方邊坡治理及檢測策略分析

睢忠強(qiáng)

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京102600）

0 引言

我國機(jī)場所處地形環(huán)境煩瑣復(fù)雜，尤其是山區(qū)機(jī)場，有高填方、高烈度的特點(diǎn)，而機(jī)場建設(shè)周期緊張，增加工程建設(shè)難度，對此增強(qiáng)機(jī)場高填方邊坡的穩(wěn)定性，成為實(shí)際機(jī)場建設(shè)的關(guān)鍵性目標(biāo)[1]。本文選取某山區(qū)機(jī)場，依據(jù)相關(guān)理論計算方法，根據(jù)該機(jī)場地質(zhì)條件復(fù)雜、填挖高度大等問題，加強(qiáng)理論與實(shí)踐研究，提出一些具有可借鑒性的研究方案。

1 機(jī)場高填方邊坡的失穩(wěn)類型及影響因素

1.1 失穩(wěn)類型

機(jī)場高填方邊坡所處區(qū)域范圍，雖然穩(wěn)定性在技術(shù)措施下大幅度增強(qiáng)，但仍存在地基及地形變化，再加上多種不確定因素，造成難以防控其穩(wěn)定性。由于高填方邊坡中邊坡的穩(wěn)定受到邊坡變化影響，根據(jù)邊坡不穩(wěn)定及變形情況，失穩(wěn)形式主要表現(xiàn)為裂縫、沉降、塌陷、邊坡滑塌等。專家根據(jù)調(diào)查研究和現(xiàn)場檢測，將高填方邊坡出現(xiàn)變形失穩(wěn)的破壞類型稱為“沉陷”[2]。沉陷主要表現(xiàn)為兩種：

第一種是填筑體下方的天然地基的地基承載力不夠。

第二種是填筑體自身因素導(dǎo)致。

1.2 影響因素

關(guān)于高填方邊坡失穩(wěn)的影響因素，主要包括自然因素和人為因素兩大類。

1.2.1 自然因素

自然因素有地形地貌、氣候條件（凍融、降水）、水文因素、地震、填土類型等。

1.2.2 人為因素

人為因素有荷載作用、施工方法。荷載作用過大或過小，都會造成邊坡的變形失穩(wěn)，使土體發(fā)生破壞。施工方法中的強(qiáng)夯法、分層震動碾壓法等，施工操作不合理，均會造成邊坡的局部或整體產(chǎn)生變形及沉降，無法確保邊坡工程穩(wěn)定性，甚至是引發(fā)不可估量災(zāi)害[3]。

2 工程概況

某山區(qū)機(jī)場邊坡工程包括耕填土層、粉質(zhì)黏土層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖層、中風(fēng)化泥巖層。其中，巖層產(chǎn)狀（221o～260o∠5o～8o），場址區(qū)地下水埋深厚度范圍（0.72～11.02m），層面高程（1055.66～1119.68mm），地下水主要為第四系松散類孔隙潛水，水文受到季節(jié)影響，年度幅度（1.2～2.1m）。該邊坡沿坡體內(nèi)低下水位線附近，在地質(zhì)作用下形成軟弱滑動面，前緣深度（14.5～16m）、后緣深度（26～29m），每月向坡外滑移（8～10m）。關(guān)于該邊坡工程變形機(jī)理，為增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，邊坡填方設(shè)計計算參數(shù)選取詳見表1。根據(jù)該表1 基本參數(shù)，合理測算邊坡穩(wěn)定性以及邊坡穩(wěn)定性有限元復(fù)核。根據(jù)該邊坡工程實(shí)際情況，針對建設(shè)中出現(xiàn)的問題，及時創(chuàng)建相對應(yīng)的改進(jìn)措施，經(jīng)整理深孔位移監(jiān)測資料，分析其坡頂沉降規(guī)律，明確基層高填方邊坡治理及檢測策略，并檢驗(yàn)科學(xué)性、合理性及可行性。

表1 某機(jī)場邊坡工程計算參數(shù)表

該工程經(jīng)采用現(xiàn)場試驗(yàn)方法，測算出風(fēng)砂泥巖和粉質(zhì)黏土兩者混合填筑高填方的可行性，將其制作成混合料，有著干密度大、承載力強(qiáng)、簡易方便等優(yōu)勢。結(jié)合研究數(shù)據(jù)和工程實(shí)際，規(guī)定土石比例（2∶8）混合料為填料。采用強(qiáng)夯法（能級為2000kN·m），鋪松厚度（50cm），碾壓次數(shù)（5～8 次），控制合理振幅（1.86mm）。運(yùn)用極限平衡法計算不同剖面的穩(wěn)定性，確立2-2 剖面穩(wěn)定性最強(qiáng)，其安全系數(shù)（1.357）滿足安全規(guī)范，經(jīng)測量邊坡坡度比為1∶1.75，使用三維網(wǎng)植草護(hù)坡方案，骨架拱圈半徑和拱高分別為1.5m和3.0m，沿著邊坡每隔30m 創(chuàng)建1 條變形縫，從坡頂?shù)狡碌拙O(shè)置變形縫，在坡腳設(shè)置重力式擋土墻（高為2m）。

3 機(jī)場高填方邊坡治理研究

3.1 集水井疏排

關(guān)于地下水控制，若是填方坡體中的地下水沒有及時排出，極易埋下邊坡工程穩(wěn)定性下降及變形的隱患[4]。經(jīng)科學(xué)規(guī)劃邊坡集水井，明確與仰斜排水孔的聯(lián)動排水舉措。結(jié)合原始地形，選取適宜邊坡原始沖溝處馬道，分別添置2 口水井，依據(jù)坡體地下水流方向，創(chuàng)建自然排水通道。期間為避免出現(xiàn)地下水位急劇上升現(xiàn)象，應(yīng)注重增強(qiáng)邊坡整體穩(wěn)定性。

3.2 抗滑樁支擋

針對邊坡下部部位，圍繞錨索抗滑樁，為避免坡體整體滑動，及時制定治理方案。根據(jù)各邊坡地形情況，尤其是邊坡變化較大的剖面部位，單獨(dú)采用傳統(tǒng)鋼筋混凝土滑樁（2.0m×3.0m）加固遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)聯(lián)合使用錨索，結(jié)合現(xiàn)場適當(dāng)調(diào)整滑動面起伏程度，采用傳統(tǒng)鋼筋混凝土與錨索加固時，應(yīng)控制樁體入滑動面的深度不低于9m，否則會影響整體穩(wěn)定性。

3.3 回填場地原地面處理

在對回填場地進(jìn)行填筑作業(yè)前，應(yīng)事先將地面清潔干凈，對于耕植土和弱土層，應(yīng)合理采用強(qiáng)夯、碎石樁等方法，以此穩(wěn)固原地基下的軟弱結(jié)構(gòu)面[5]。一般來說，原地基的處理應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)延伸到坡腳外1 個填方高度的寬度。如果回填場地的天然坡度比，確定為1∶1.5 或者是1∶2.0，此時應(yīng)把地面開挖成倒坡臺階，期間鋪設(shè)適量砂及碎石作為過渡層，這樣可提升接觸面的抗滑穩(wěn)定性。

3.4 挖填交接面處理

填方區(qū)和挖方區(qū)交接處，若是銜接性不強(qiáng)，就會成為高填方區(qū)的薄弱地帶，為確保兩者之間的均勻過渡，應(yīng)在此部位設(shè)置過渡臺階。對于挖填交接面基巖面，根據(jù)H=1m、寬度“L”原則[6]，分析實(shí)際坡度影響因素，沿著山體表面開挖臺階。若是直壁地形，在施工操作中，需要逐漸改變和調(diào)整高寬比，如果臺階寬度超出1m，為創(chuàng)建土巖過渡層，應(yīng)回填2m 厚砂碎石。

3.5 排水措施

首先，表水的排水措施，可沿著填筑體表面挖方區(qū)，設(shè)立截水溝、排水溝，達(dá)到集中排水的目的，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)跌水消能；對于邊坡兩端與山體交接部位，除了添加截水溝外，還應(yīng)不斷改進(jìn)機(jī)場排水系統(tǒng)，增加邊坡的防護(hù)體系以及雨水沖刷構(gòu)造[7]。其次，巖體裂隙水的排水措施，應(yīng)在填筑場地選取山澗谷底環(huán)形處，設(shè)置排水盲溝，確保基巖裂隙水的及時排出。如果填筑場地面積較大，單獨(dú)利用地表排水無法促進(jìn)地下水排出，對此應(yīng)明確適宜的填筑材料，創(chuàng)建環(huán)形土巖過渡層，根據(jù)填筑體高度，鋪設(shè)排水盲溝方格網(wǎng)，若是單面山，應(yīng)確定合理間隔，使單面坡的半挖半填地基與整個填筑體高度相符，做好對排水巖石情況的妥善處理，既要增強(qiáng)溝壁完整性，又要確保水流暢通。最后，泉水的排出措施，考慮挖填交接面的泉眼特點(diǎn)，合理布設(shè)集水井，利用盲溝作用，便于將泉水排出填筑場外。此外，排水措施除了考慮邊坡工程穩(wěn)定性及地形變化外，還應(yīng)綜合天氣因素，由于受到雨季發(fā)洪水等影響，為避免坡腳出現(xiàn)浸水現(xiàn)象，需要及時在泉眼部位創(chuàng)設(shè)集水井，增設(shè)排水系統(tǒng)，對于盲溝出口部位，將邊坡坡腳高度確立后，利用性能好、品質(zhì)高的材料實(shí)施填筑作業(yè)。

3.6 高填方地基濕化和變形處理

考慮到濕陷性黃土回填的高填方地基有著較強(qiáng)的特殊性，采用強(qiáng)夯處理做法后，在一定程度上能緩解濕陷變形問題。值得注意的是，若是細(xì)粒土高填方地基長時間使用，會出現(xiàn)排水不暢、實(shí)物滲水現(xiàn)象，究其原因，主要在于地形變化引發(fā)的沉降。軟化導(dǎo)致的沉降變形處理不及時，會影響整個工程穩(wěn)定性和功能性，尤其是填方高度超標(biāo)，會增加問題嚴(yán)重性。對于邊坡工程濕化、軟化變化，為確保整體穩(wěn)定性，需要對工程實(shí)施長時間的監(jiān)測。

3.7 高填方地基施工穩(wěn)定性方法

填筑體主要工序包括填筑和夯實(shí)，在實(shí)際處理中，對于形成的邊坡，應(yīng)明確強(qiáng)夯填筑體高度，結(jié)合實(shí)際工程情況，進(jìn)行構(gòu)筑作業(yè)。關(guān)于填方地基填筑，無論是填筑施工，還是人工邊坡施工，各個施工操作相互獨(dú)立、相輔相成、密不可分。通常情況下，打造高填方地基的人工邊坡，主要采取以下兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)造，一是根據(jù)坡率增加防護(hù)結(jié)構(gòu)，二是實(shí)施加筋土邊坡，明確施工措施，切實(shí)發(fā)揮相應(yīng)的防護(hù)、泄水、防沖刷等作用。此外，邊坡失穩(wěn)實(shí)際施工操作中，高填方地基填筑體自身有著不穩(wěn)定因素，極易產(chǎn)生邊坡滑塌、沉降開裂問題，需要予以重視，及時創(chuàng)建相對應(yīng)的施工方法。

4 機(jī)場高填方邊坡檢測策略

由于機(jī)場高填方邊坡地質(zhì)情況煩瑣復(fù)雜，受到內(nèi)外成因影響，會導(dǎo)致工程質(zhì)量及功能下降，隨著時間累積，安全度、耐久性、抗震性都需要綜合考量[8]。根據(jù)邊坡工程實(shí)際情況，經(jīng)過檢測技術(shù)處理，需要改善施工質(zhì)量，增加支護(hù)體系、錨固構(gòu)造等，期間受到巖土力學(xué)、水文地質(zhì)等不確定因素，為保障邊坡工程正常功能使用，需要高度重視檢測技術(shù)的應(yīng)用。由于機(jī)場高填方邊坡治理過程中，會運(yùn)用到不同填料，這需要明確不同檢測方法。例如，碎石料填筑邊坡為增強(qiáng)穩(wěn)定性，會采用加筋土工格網(wǎng)，使用碎石填料時，為計算固體體積率，多使用灌水法，以此確立填筑體的密實(shí)度。考慮到機(jī)場高填方邊坡的檢測技術(shù)有多種，需要根據(jù)實(shí)際情況做綜合考量。

灌水法屬于一種比較常見的傳統(tǒng)方法，主要用來控制壩體填筑質(zhì)量，有著重要的密度檢測作用，包括一些間接法的應(yīng)用，都是對灌水法的借鑒。在該工程的試驗(yàn)過程中，已經(jīng)得出檢測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性受到多種因素影響，應(yīng)用灌水法時，因根據(jù)邊坡填筑面，科學(xué)計算碾壓參數(shù)，待到碾壓環(huán)節(jié)完成后，根據(jù)填筑面實(shí)況進(jìn)行挖試坑，為檢驗(yàn)試抗中填料性能及品質(zhì)，應(yīng)及時計算含水率，根據(jù)該方法的計算理論，測取試坑體積，逐一確定填料中相應(yīng)的濕容重、壓實(shí)度和干容重。從本質(zhì)上來說，灌水法與灌砂法有著相同之處，都適用于測算多種土質(zhì)的密實(shí)度，如粗粒土、巨粒土等，該方法簡單易操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合理性，由于該方法需要投入大量的人力物力，在展開操作前應(yīng)做好工程規(guī)劃，處理好工程事件和工作量的關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)的推動，灌水法也不斷改進(jìn)，有著良好的應(yīng)用前景，在機(jī)場高填方邊坡治理及檢測中受到推崇。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，既要分析影響穩(wěn)定性因素，又要考量施工技術(shù)，確定適宜治理及檢測措施，推進(jìn)機(jī)場高填方邊坡工程建設(shè)。

5 結(jié)語

隨著我國民航強(qiáng)國戰(zhàn)略的推行，機(jī)場規(guī)模范圍加大，為緩解土地資源日益緊張情況，機(jī)場高填方邊坡處理成為重要課題。由于邊坡工程受到地質(zhì)煩瑣復(fù)雜條件影響，既需要注重數(shù)值模擬分析方法，又應(yīng)檢測不同地質(zhì)作用下邊坡穩(wěn)定性，對此需要加強(qiáng)對基礎(chǔ)高填方邊坡的治理及檢測，提升機(jī)場的合理性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，為人們的安全出行創(chuàng)造有利條件，有著重大現(xiàn)實(shí)意義。