某機場高填方道槽區(qū)快速沉降穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù)
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
張潔玙
（山西機械化建設(shè)集團公司，山西 太原 030009）
[摘要]以山區(qū)地形為主要特點的山區(qū)機場，高填方道槽區(qū)快速沉降穩(wěn)定問題是其面臨的關(guān)鍵問題之一。結(jié)合工程實例，對高填方道槽區(qū)快速沉降穩(wěn)定因素進行了分析，并確定相應(yīng)對策，總結(jié)出實現(xiàn)機場快速沉降穩(wěn)定的一套經(jīng)濟有效的施工技術(shù)。
[關(guān)鍵詞]機場；場道；高填方；道槽區(qū)；沉降；施工技術(shù)
[中圖分類號]TU751[文章編號]1002 -8498( 2016) 07 -0123 -03
0 引言
以山區(qū)地形為主要特點的山區(qū)機場，高填方道槽區(qū)快速沉降穩(wěn)定問題是其面臨的關(guān)鍵問題之一。高填方道槽區(qū)沉降穩(wěn)定的時間，特別是工后沉降穩(wěn)定期，將直接影響道面能否開始施工，成為制約機場工期進展、質(zhì)量保證的關(guān)鍵問題之一。
針對上述問題，以某國防機場為例，通過技術(shù)攻關(guān)，在高填方道槽區(qū)完成后2個月內(nèi)沉降觀測總體趨于收斂，達到了目前收集到的機場高填方道槽區(qū)快速沉降穩(wěn)定的最好水平。
1工程概況
某機場飛行區(qū)土石方工程，總填方約2 400余萬m3，填筑場地整體為安山巖，抗壓強度120~160MPa，軟化因數(shù)0.81~0.91，表層基巖出露，僅在部分沖溝底部存在較厚的沉積層，在本工程填高最大的沖溝內(nèi)，沉積軟弱土層厚6~7m。填料以場地內(nèi)爆破巖石為主，土石方工程整體為搬山填溝方式，山勢較為平緩。
由于項目具有特殊性，總工期僅9個月，其中跑道道槽區(qū)5個月完成，建成后沉降穩(wěn)定越快越好，以保證道面開工時間。工程質(zhì)量要求為優(yōu)良。機場對于沉降的設(shè)計要求為：天然土基處理后填筑體完成后，原則上應(yīng)至少置放3個月，月均沉降≤5mm可進行基層施工，月均沉降≤3mm可進行道面施工。
2高填方道槽區(qū)沉降引發(fā)要因分析
2.1 填筑材料的巖土特性
機場建設(shè)中，由于土石方量巨大，填料選擇必須遵循“因地制宜、就地取材”的原則，填筑材料受周圍資源、場地條件、環(huán)境保護要求等條件的制約，不能完全按理想化的條件選用，一些性質(zhì)較差填料的填人，易于在填筑體中形成軟弱結(jié)構(gòu)面，引起沉降加大、沉降期延長。
2.2高填方道槽區(qū)的地基穩(wěn)定性
相對高填方的自重而言，高填方道槽區(qū)的地基穩(wěn)定性要求高，存在松散土層或較厚的軟弱土層需要加固處理。而高填方道槽區(qū)一般都存在于沖溝位置，沖溝底部都會存在松散的較厚沉積層，地基整體承載力低。這是引起道槽區(qū)高填方沉降的重要原因之一。同時，地基穩(wěn)定性因素中，還包括地基表面清理的因素，若殘留草皮、耕植土等有機物時，易于形成沉降不穩(wěn)定區(qū)。
2.3水的影響
水的作用是影響高填方道槽區(qū)沉降穩(wěn)定的極其重要的因素，其表現(xiàn)為軟化地基和填筑體，在一定程度上降低了巖土的抗剪強度和地基強度，特別是黃土、膨脹土、紅黏土、泥巖或頁巖等巖土；同時，增加了土體質(zhì)量，相應(yīng)增加了滑動力，易于引起大面積的滑塌、失穩(wěn)。
而機場建設(shè)中，土石方量大、占地面積廣，特別是高填方道槽區(qū)，多位于原有地形自然排水溝谷中，其建設(shè)必然改變場地排水系統(tǒng)，水對整體沉降穩(wěn)定有著至關(guān)重要的影響。
2.4夯（壓）實方式的影響
對高填方道槽區(qū)填筑體沉降穩(wěn)定期直接影響的最關(guān)鍵因素，在于高填方填筑體在自重的影響下、自身固結(jié)沉降問題，這與高填方填筑體的夯（壓）方式直接相關(guān)。
施工主要加固方法包括：振動碾壓、沖擊碾壓及強夯施工，不同的夯（壓）方式對后期沉降有著明顯的影響。
2.5高填方填筑體施工接縫的影響
機場大型土石方工程規(guī)模大，土石方量大，多在數(shù)千萬m3甚至上億m3，施工中標段劃分多，各個標段內(nèi)又劃分若干平行施工區(qū)，組織流水作業(yè)方能滿足工期需要。在標段之間、各作業(yè)區(qū)之間，存在交接面，即施工接縫，多由施工因素引發(fā)，是因質(zhì)量控制問題產(chǎn)生較大沉降的關(guān)鍵部位。
3 高填方道槽區(qū)快速沉降穩(wěn)定相應(yīng)對策
3.1填筑材料選擇
機場施工普遍具有土石方量大，一般本著“就地取材、挖填平衡”的原則。本項目挖方區(qū)及料場表層有較厚沉積層，內(nèi)部為中風化、弱風化安山巖。考慮填料水穩(wěn)性對于高填方道槽區(qū)整體沉降穩(wěn)定影響較大，對道槽區(qū)填料采用巖性較好的爆破石料，即中風化、弱風化和新鮮的巖料。同時，考慮石料填筑體密實度與填料級配直接相關(guān)，對填料要求級配良好，最大粒徑≤0. 8m，C v>10。基底處理時墊層填料采用挖方區(qū)爆破的石料，碎石最大粒徑≤0. 4m，Cu>5，Cc取1～3。
3.2 高填方道槽區(qū)地基處理
填筑場地的地基處理是保證道槽區(qū)高填方盡快穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。根據(jù)勘察資料及實地考察，本項目高填方道槽區(qū)溝谷地帶存在較厚的軟弱沉積層，必須對軟弱地基進行整體處理，以提高原土地基的承載力，滿足上部填筑體自重壓力及建筑荷載附加壓力下的強度及變形要求。
1)施工前首先對現(xiàn)場情況進行踏勘，了解實地地形、地質(zhì)水文情況，徹底清除表土。
2)道槽區(qū)及其影響區(qū)鋪填1m厚碎石墊層后進行強夯處理，墊層填料按設(shè)計厚度鋪填，作為“始夯面”兼有作業(yè)面找平作用，局部最大厚度按3m控制。
3)道槽及其影響區(qū)處理方法 ①覆蓋土層厚度0~5m的區(qū)域 鋪填1m厚碎石墊層后，采用2 000kN．m能級強夯法加固；②覆蓋土層厚度>5m的區(qū)域鋪填1m厚碎石墊層后，清除部分沉積物至厚度<5 m，再采用覆蓋土層厚度0~5 m處理。
4)地基處理工藝參數(shù)2 000kN .m能級的強夯處理，分2遍夯。第1遍夯點間距按5m正方形布點，第2遍夯點位于第1遍夯點中間，單點擊數(shù)≥12擊，最后2擊平均夯沉量≤5cm作為停錘標準。補強方式為1000kN .m滿夯，夯1遍，每點2擊，D/4搭接。
5)地基處理檢測結(jié)果
天然地基處理后承載力標準值≥200kPa，變形模量≥16MPa。
3.3 高填方道槽區(qū)填筑體加固方法
1)高填方道槽區(qū)填筑，攤鋪方式采用分層攤鋪，每層最大厚度1m。
2)填筑體按最大虛鋪厚度4m進行加固，采用3 000kN-m能級強夯加固法。強夯錘底靜接地壓力控制在35~50kPa，強夯停錘條件為單點擊數(shù)≥10擊，并同時滿足最后2擊的平均夯沉量≥0. 05m。
3)強夯加固完成后，采用25 kJ三邊形沖擊壓路機沖壓補強，遍數(shù)≥20遍。
4)本項目檢測過程中通過固體體積率控制，道槽區(qū)高填方區(qū)固體體積率最低83.3%，最高85. 8%，平均84. 5%，全部點數(shù)均達到設(shè)計要求的83%以上。
3.4水穩(wěn)措施
3.4.1坑、穴、河溝及池塘處理
道槽區(qū)高填方區(qū)域內(nèi)存在坑、穴和存水的河溝及池塘，在施工中采取先排水，挖淤、晾曬后，回填碎石、分層夯實。水坑、池塘回填后，極易在后期使用過程中聚水形成水囊，發(fā)生沉陷，故在水坑、池塘的下游向開挖豁口，以保證排水順暢。
3.4.2原有排水溝谷的處置
結(jié)合地質(zhì)、地形條件采取設(shè)置主、次、支盲溝的立體盲溝體系方式處理。匯水溝谷設(shè)置主盲溝，根據(jù)溝谷原有匯水面積和當?shù)貥O端降水量，溝深、溝寬按1.5~ 2m設(shè)計，梯形斷面；在匯水支溝設(shè)置次盲溝，溝深、溝寬可按1. 0m左右設(shè)計，梯形或矩形斷面；在泉水出露點設(shè)置支盲溝。主、次、支盲溝整體連接成樹狀，排水坡度≥3%0，逐級匯人下一級盲溝，形成立體排水體系。盲溝主體采用15~40cm塊石或>8cm卵礫石，頂層鋪填15cm厚5~8cm卵礫石反濾層，底層先鋪無紡土工布，再分層鋪25cm厚3~ 6cm卵礫石反濾層，由于該機場處于降雨豐沛區(qū)，無紡土工布完成后，先行鋪設(shè)排水管，以增加斷面排水面積。
3.5 土石方施工接縫處置措施
1)為確保道槽區(qū)的整體質(zhì)量，道槽及其影響區(qū)內(nèi)不得出現(xiàn)縱向接縫，即不得沿縱向分區(qū)段作業(yè)。
2)為減少施工接縫處理的難度，施工中，分區(qū)分段界線盡量避開道槽區(qū)高填方區(qū)域（即分界線盡量設(shè)置在分區(qū)分段處填筑標高< 20. 000m處）。無法回避、必須劃分時，對施工接縫單獨處置。
3)施工接縫處置方法：施工接縫除按正常布點進行夯實外，接縫兩側(cè)填筑體標高相同時，僅對接縫處布置搭接夯點加強處置。即采用與填筑體同等能級(3 000kN . m)強夯，沿接縫處進行搭接夯點加強處理，5m正方形布點，設(shè)置l排，單點擊數(shù)≥10擊，夯擊1遍。若接縫兩側(cè)填筑體填筑標高不同步時，挖設(shè)1：2臺階整治后，沿接縫處按上述方法加強處置。同時，逐層對施工接縫處加大密度進行固體體積率檢測頻次。
4施工檢測
本項目道槽區(qū)施工完成后，按要求進行檢測，固體體積率全部≥83%，變形模量≥25MPa。工后不均勻沉降≤1%，即彎沉盆半徑>50cm，盆地與盆頂之差為50mm。道槽區(qū)高填方區(qū)域跑道道面施工前累計沉降量對照如表1所示。
1號跑道道槽區(qū)（含高填方區(qū)域）從完成交工開始連續(xù)監(jiān)測，2個月后總體趨于穩(wěn)定；監(jiān)測至3個月末，累計沉降量最大-2.12mm，最小-0.47mm。末次沉降速度均<0. 03 mm/d，監(jiān)測累計結(jié)果遠遠小于工后剩余沉降量≤8cm的設(shè)計要求。監(jiān)測結(jié)果表明，跑道道槽區(qū)沉降速率非常穩(wěn)定，處理效果十分理想。
5 結(jié)論及綜合建議
5.1結(jié)論
根據(jù)目前收集幾十個機場的沉降觀測報告分析，該機場在監(jiān)測2個月后總體趨于穩(wěn)定。該項目跑道歷時150d完成，交驗后2個月內(nèi)沉降觀測總體趨于收斂，3個月道槽區(qū)工后剩余沉降滿足設(shè)計要求。
從地質(zhì)條件來看，場地整體基巖條件較好，雖然高填方區(qū)域整體位于原有沖溝處，表層軟弱土層覆蓋最厚處，但沉降監(jiān)測點累計沉降量最大-2.12mm，累計沉降量較為均勻，說明該場地原地基處理、填筑體處理合理可靠。
5.2建議
5. 2.1填料要求
道槽區(qū)填料要優(yōu)選優(yōu)質(zhì)填料，一般為水穩(wěn)性好的粗粒徑填料；同時，對于石質(zhì)或土石混合料作為道槽區(qū)高填方填料量，填料級配是關(guān)鍵之一。
5.2.2道槽區(qū)高填方填筑體加固
加固方式宜采用強夯方式，攤鋪方式杜絕一次拋填到位，宜采用分層鋪填方式。
5.2.3排水體系
由于機場土石方量大，面臨著改變原有排水體系的特點，而道槽區(qū)高填方區(qū)域往往位于溝谷地帶，必須建立盲溝立體排水系統(tǒng)。同時，大體量的土石方工程，由于填料來源的復雜性和不同填料是否填在適宜位置的影響，應(yīng)視填料、所在區(qū)域雨量條件，間隔一定高度(10~15m)設(shè)置水平排水層。
5.2.4施工接縫處置
1)接縫處采用加強搭接夯點布置方式處理，即采用與填筑體同等能級強夯處置方式，一般以4～5m正方形布點，設(shè)置1~2排。施工接縫兩側(cè)標高不一致時，先挖臺階處理。
2)對于擴建機場中，延長跑道長度存在的道槽高填方新、舊填筑體結(jié)合面的施工接縫處理，接縫處新舊土體不僅含水量有別、土質(zhì)有別，而且舊道槽填筑體已經(jīng)板結(jié)穩(wěn)定，新舊結(jié)合處極易發(fā)生較大沉降。施工中首先必須對舊填筑體表層植被徹底清除，并挖設(shè)倒坡臺階。逐層回填交接處填筑體時，提前對舊道槽結(jié)合面處進行取樣，測定含水量，必要時進行表層灑水潤濕�；靥钚绿钐钪w部分，在接縫處即采用文中所述方式處理。
6結(jié)語
本項目通過對多個高填方機場的沉降觀測結(jié)果與施工方法進行對比、綜合分析，總結(jié)出實現(xiàn)機場快速沉降穩(wěn)定的一套有效、經(jīng)濟的高填方道槽區(qū)施工技術(shù)和有關(guān)機場地基沉降穩(wěn)定及沉降控制的規(guī)律性認識，將大大縮短高填方機場的建設(shè)周期，對我國山區(qū)機場建設(shè)有現(xiàn)實指導意義。
