九寨黃龍機(jī)場高填方施工技術(shù)

田 昊 張東寧

1 概況

四川九寨黃龍機(jī)場地處高原高寒地帶,場址位于四川省阿壩州松潘縣川主寺鎮(zhèn)東北11 km的高地斜坡上,地處青藏高原東緣高寒季風(fēng)氣候區(qū),一年中1月～4月和11月～12月屬于冰凍期,凍深80 cm～100 cm;場區(qū)海拔3 400 m～3 500 m,道面高程3 430 m。該機(jī)場具有“三高四不利”的特點(diǎn)。“三高”是指海拔3 430 m,基本烈度8.1度,最大填方高度104 m(國內(nèi)機(jī)場第一,世界少有),土石方挖填總量5 856萬m3;“四不利”是指土石方順坡填筑,地下水豐富,原地基表面普遍存在3 m～10 m的軟弱土層(見圖1),土石方施工期僅14個(gè)月,對高填方體的變形和穩(wěn)定性有很大的影響。本文以該機(jī)場高填方體施工為實(shí)例,針對山區(qū)高填方的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采取不同的填筑施工方法進(jìn)行闡述。

2 地基處理

針對機(jī)場軟基厚度大,且分布極不均勻的特點(diǎn),采取強(qiáng)夯(主要是置換強(qiáng)夯)、碎石樁、換填和碾壓四種地基處理方案(見表1,圖2)。

2.1 碎石樁處理軟基

由于A區(qū)中的軟弱土層厚度大,分布區(qū)域較小,主要在元山子溝和設(shè)計(jì)溝。經(jīng)過四種地基處理方案的對比,采用碎石樁方案切實(shí)可行。采用碎石樁方式成樁是指用振動或沖擊荷載將底部裝有活瓣式樁靴的樁管擠入地層,在軟弱地基中成孔后,再將碎石從樁管投料口處投入樁管內(nèi),然后邊振動邊反復(fù)插拔樁管,形成密實(shí)碎石樁,并與樁周土體一起形成復(fù)合地基。碎石樁對地基土的加固除擠密作用外,樁體孔隙水排除提供了良好通道(排水固結(jié)作用),這對于軟土地基的固結(jié)變形是非常有利的。

表1 軟弱層厚度分區(qū)與地基處理

2.2 強(qiáng)夯處理軟基

強(qiáng)夯的處理形式有直接強(qiáng)夯和置換強(qiáng)夯兩種,直接強(qiáng)夯就是在原地面不輔加(或僅輔加薄層)材料進(jìn)行強(qiáng)夯,置換強(qiáng)夯是在原地面輔加較厚墊層進(jìn)行強(qiáng)夯。強(qiáng)夯荷載可以看作中高速沖擊循環(huán)荷載,對土體的加固除沖擊壓密作用外,還有在沖擊波作用下產(chǎn)生的超靜空隙水壓力在加載結(jié)束后消散,土體固結(jié)。置換強(qiáng)夯在夯擊過程中形成了復(fù)合地基,且墊層料的夯入使沖擊波向深部傳遞,并為土體內(nèi)孔隙水壓力排除提供了良好通道,大大提高了地基的加固效果。

2.3 換填

換填主要用于機(jī)場高填方體的道槽區(qū)、高填方體坡腳等關(guān)鍵部位,并輔于強(qiáng)夯和分層碾壓進(jìn)行。為減小高填方地基沉降變形和提高填筑體穩(wěn)定性,針對元山子溝道槽區(qū)和設(shè)計(jì)溝坡腳軟弱土層厚度大于10 m的部位進(jìn)行換填處理,回填料為砂礫石土,從上向下逐層回填并進(jìn)行振動碾壓,輔層厚度一般為0.3 m～0.6 m,底層壓實(shí)度為85%～90%,上部層位壓實(shí)度可達(dá)98%,當(dāng)回填厚度達(dá)到4 m時(shí)進(jìn)行強(qiáng)夯加固。

2.4 碾壓法

土方開挖完后,首先人工撿除磚石、瓦塊及硬質(zhì)雜物和有機(jī)質(zhì)植物,再采用平地機(jī)整平3遍;其次,用灰土路拌機(jī)打土2遍;再次,人工撿除磚石、瓦塊及硬質(zhì)雜物和有機(jī)質(zhì)植物;最后,利用小型壓路機(jī)(ZDY-3)壓平 2遍,人工跟隨修補(bǔ)局部濕軟坑槽,用鐵鍬拍實(shí),確保基地平整。

3 填筑施工

九寨黃龍機(jī)場填方的砂礫石填料主要呈紅色、灰白色,由卵礫、砂和粉質(zhì)黏土組成,粗粒料(粒徑 d＞5 mm)含量一般為35%～85%,粘粒(粒徑 d＜0.074 mm)含量小于25%,巨粒料(粒徑d＞60 mm)含量少,顆粒級配基本連續(xù)。為合理調(diào)配填料和填筑施工,采用全液壓牽引式振動壓路機(jī)(輪徑1.5 m,寬2.0 m,自重22 t,激振力 89 t,碾壓速度為2 km/h～3 km/h)進(jìn)行碾壓實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見圖3,從中可以看出,砂礫石填料的最佳碾壓遍數(shù)應(yīng)為6遍～8遍,而壓實(shí)度取決于填料的含水量(見表2)。

表2 不同壓實(shí)度區(qū)砂礫石料含水量(松鋪厚度40 cm)

元山子溝高填方體填筑加載過程如圖4所示,加載過程可劃分為6步。第1步為坡腳部位和坡體中后部位各自獨(dú)立加載階段,在兩個(gè)加載體之間形成一高臺階,最大高差可達(dá)47 m;第2步主要在坡體中部加載,從2001年9月11日～2001年11月20日,最大填筑厚度達(dá)50.55 m,日平均加載速率為0.722 m/d,而坡體后部加載速率明顯較小;第3步為坡體中后部加載階段,坡體前部加載速率相對較小;第4步為坡面快速加載階段,日平均加載速率可達(dá)0.73 m/d;第5步為坡頂加載階段;第6步則在道槽區(qū)進(jìn)行了厚達(dá)3.0 m的堆載預(yù)壓。

根據(jù)九寨黃龍機(jī)場場區(qū)地形地貌實(shí)地勘察研究,得出填方高度最大的中部高填方區(qū)由南北兩條次級支溝構(gòu)成,且溝口部位為“鎖扣”地形,利于填筑體穩(wěn)定;對高填方體底部的軟弱土進(jìn)行處理,采取以盲溝排水、碎石樁、塊碎石強(qiáng)夯、振動碾壓和換填處理。

4 質(zhì)量控制

1)各個(gè)施工單位樹立“百年大計(jì)、質(zhì)量第一”的質(zhì)量管理理念,認(rèn)真進(jìn)行施工自檢監(jiān)理旁站的質(zhì)量控制體系。2)依據(jù)民航規(guī)范要求,進(jìn)行第三方獨(dú)立抽檢,九寨黃龍機(jī)場土石方工程的壓實(shí)度檢測多達(dá)10萬余次,有效控制了大型土石方施工填筑質(zhì)量。3)九寨黃龍機(jī)場土石方每填筑6 m就進(jìn)行動力觸探和波速測試再檢測,對局部填筑體的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行高能量級強(qiáng)行補(bǔ)強(qiáng)施工。4)加強(qiáng)后期的總體質(zhì)量檢測。先后進(jìn)行了深層沉降觀測和道面沉降觀測、深部位移觀測和坡面位移觀測、空隙水壓力觀測、坡腳部位水位觀測和盲溝出水量觀測,以及坡體形態(tài)巡視觀測。

5 結(jié)語

通過上述的施工方法和措施在九寨黃龍機(jī)場的實(shí)施,以及后期的多項(xiàng)檢測,大型土石方高填筑體施工質(zhì)量優(yōu)良,于2005年獲得了四川省科學(xué)進(jìn)步一等獎(jiǎng);同年獲得中國民用航空協(xié)會科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng);經(jīng)歷了5·12汶川大地震的考驗(yàn),為抗震救災(zāi)做出了貢獻(xiàn),并于2008年榮獲中國土木工程學(xué)會“第八屆詹天佑獎(jiǎng)”。

[1]成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.九寨黃龍機(jī)場災(zāi)后高填方地基檢測報(bào)告[R].2008.

[2]四川大學(xué).四川九寨黃龍機(jī)場道面及基礎(chǔ)“5·12”汶川特大地震災(zāi)后地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測報(bào)告[R].2008.

[3]侯軍鳳.如何合理進(jìn)行軟土路基處理[J].山西建筑,2008,34(14):304-305.