丘陵多雨地區機場場道地基處理施工優化措施及其應用

張劍翔,楊建分

(1. 上饒市建設局,江西上饒 334000；2. 上饒三清山機場有限公司,江西上饒 334000)

丘陵多雨地區機場場道地基處理施工優化措施及其應用

張劍翔1,楊建分2

(1. 上饒市建設局,江西上饒 334000；2. 上饒三清山機場有限公司,江西上饒 334000)

結合上饒三清山機場建設項目,在了解場區地質、水文及氣候特點的基礎上,分析丘陵多雨地區場道地基處理過程中碰到的難點。通過準確把握工程難點,提出了適用于丘陵多雨地區機場場道地基施工優化措施,并將之成功應用于實際。實踐證明,按照該施工優化措施處理后的場道地基,在壓實度、地基反應模量及沉降變形三個方面均得到顯著加強。該施工優化措施對于提高場道地基工程質量、保證施工進度具有重要意義。

丘陵；多雨；場道地基處理；施工優化措施

0 引言

隨著我國國民經濟的高速發展,機場新建項目日益增多,機場建設質量要求越來越高。場道地基處理工程是機場建設項目的重要環節,場道地基處理效果直接影響跑道的平整程度、飛機起降安全、長期使用性能等。場道地基必須滿足強度要求,也即達到在上部結構自重及外荷載作用下不致產生局部或整體剪切破壞的要求。同時,場道地基應當滿足在上部結構自重以及外荷載作用下不致產生過大沉降變形,尤其是不均勻沉降變形的要求。然而,機場選址涉及因素眾多,場址所在地質條件、水文條件不能盡善盡美。同時,機場場道是一個線型工程,占地面積大,場區內各區域工程地質條件往往比較復雜,特別是丘陵和沿海地區［1］。因此,針對不同地質條件,需采用合理的場道地基處理施工措施,以滿足功能要求。

我國南方內陸地區的機場,多位于山地丘陵地區,地勢起伏明顯,溝塘密布,土方工程量較大。同時,南方多雨,且存在明顯的雨季,這對于機場場道地基的建設提出了更加嚴峻的挑戰。一般地區機場場道地基處理施工措施,并不能很好的解決丘陵多雨地區場道地基處理過程中碰到的工程技術難題。因此,為達到丘陵多雨地區場道地基處理的目的,需結合現場實際情況,進一步優化施工措施。

本文以江西上饒三清山機場建設項目為背景,在充分掌握場址所在地的工程地質、水文地質及氣候條件等特點的基礎上,分析場道地基處理過程中將碰到的關鍵技術難點,結合已有工程實踐經驗,提出切實可行的施工優化措施,并通過壓實度、地基反應模量以及沉降變形來評價場道地基處治效果。本文提出施工優化措施科學合理,針對性的解決丘陵多雨地區場道地基處理過程中的難題,對其他類似工程具有廣泛借鑒意義。

1 工程概況

上饒三清山機場場址位于江西省上饒市中心區南面,與市中心區直線距離約8 km。項目建設規模為4C級支線機場,新建一條長2 400 m、寬45 m的跑道,一條長208.5 m、寬23 m的垂直聯絡道,以及長290 m、寬130 m的站坪。項目擬用地149.6 hm2,主體工程于2013年12月開工建設。

機場場址處于低山丘陵地帶,地面高程在90～116 m之間,最大高差為29.475 m。機場土石方工程總挖方量約300萬m3,總填方量約316萬m3。場區出露第四系更新統(Q4)、白堊系河口組二段上亞段(K2h2-1)和三段下亞段(K2h3-1)、茅店組(K1m)地層。根據巖性可將場區地層分為二大類,其中第四系分為耕土(Q4pd)、淤泥(Q41)和含礫粉質粘土(Q4d1+e1)等三層,白堊系可分為泥質砂巖(K2)、粉砂巖(K)、粗砂巖(K2)和含礫砂巖(K)等四層,依風化程度又可分為九個亞層。中風化程度的砂巖、粉砂巖見圖1、圖2。

圖1 中風化砂巖巖芯

圖2 中風化粉砂巖巖芯

場區地表分布有27個供當地農業灌溉和生活之用的坑塘水面,其補給來源為大氣降水及農田灌溉水。此外,場區低洼地分布有水溝,寬度1.5～3.9 m不等,水深0.2～0.5 m不等。上饒屬亞熱帶季風性氣候,雨水充足,降雨集中且持續時間長。根據2006～2010年的氣象資料,機場場址所在區域年平均降雨量約1 716 mm,日最大降雨量約183.5 mm,雨量充沛。圖3(a)所示為2011～2013年上饒市年度降雨天數統計結果,近三年上饒每年有超1/3的時間處于降雨狀態。圖3(b)統計結果顯示上饒雨水主要集中于上半年,尤其是5、6月份。

圖3 上饒市降雨天數統計(2011～2013年)

2 地基處理難點

依據場址所在地工程地質特點、水文地質特點以及氣候條件,場道地基處理過程中將碰到以下難點：

(1)較高填方

場址位于丘陵地帶,場區內山頭林立,溝塘密布,見圖4,地勢起伏明顯。為滿足機場跑道線型要求,高填深挖難以避免。機場跑道西高東低,縱坡坡度為2‰,東西高差4.8 m。場區內最大填方區域位于跑道西端的沖溝1,填方高度達16 m。較高填方區域是不均勻沉降變形易發區,施工中必須采取有力措施,以控制填筑過程中土體強度。

圖4 魚塘及沖溝分布圖

(2)紅砂巖填料

機場場址位于典型的紅砂巖地區,場道地基施工中普遍采用開挖出的紅砂巖作為地基填料。紅砂巖在我國南部省區廣泛分布,是泥巖、砂質泥巖、泥質砂巖、砂巖及頁巖等沉積類巖石的統稱,其因含有豐富的氧化物而呈紅色、深紅色或褐色。鄧覲宇對紅砂巖崩解物的工程力學性質,即擊實試件的回彈模量、CBR值、壓縮性指標及滲透性等,進行研究,結果表明紅砂巖填料作為路堤填料是可行的［2］。然而,紅砂巖具有強度低,易崩解,易膨脹,遇水軟化等不良工程性質。機場填方高度一般高于公路路堤,且場道地基對不均勻沉降變形要求較高。兩相對比下,要求在機場場道地基處理中,優化施工措施,以保證紅砂巖填料地基能符合機場場道在強度、變形及穩定性方面的要求。

(3)雨季施工

場址所在地區降雨強度大,持續時間長,嚴重影響施工進度。而三清山機場建設項目工期緊張,為保證施工進度,要做好降雨前準備,防止雨水對已填筑地基的浸泡沖刷。同時,要充分利用降雨間歇期,做好相應施工準備。如何制定有效的雨季施工措施,是設計單位、施工單位必須面臨的難題。

3 施工優化措施［3-5]

針對以上場道地基處理過程中碰到的難點,制定相應有效的施工優化措施,應用于整個施工期間,督促施工單位嚴格執行。

(1)分層碾壓

道槽區填筑體采用穩定的不易遇水軟化的石料或土石混合料,鏟裝填料時,應保證有足夠的細粒料成分,做到粗細料較均衡,級配較合適,不滿足要求應提前破碎。填筑施工工藝流程遵循：施工準備(機具準備、填方材料準備)→基底處理→測量放線→運料→攤鋪→局部找平→碾壓→檢測→下一層施工。

碾壓采用分層振動碾壓工藝,虛鋪厚度為50 cm。碾壓機具采用50 t激振力壓路機,走速不大于3 km/h,碾壓遍數初定為8～10遍,以達到壓實度或固體體積率要求為準。碾壓時,先壓兩側后中間,主輪重疊15 cm左右,壓實過程中應特別注意避免不均勻沉陷,碾壓縱向進退式進行,橫向接頭一般重疊0.4～0.5 m,前后相鄰兩區段宜縱向重疊1.0～1.5 m,應達到無漏壓、無死角,確保壓實質量。

施工中,嚴格控制分層碾壓的虛鋪厚度,對碾壓后的土層壓實度及時進行檢測。施工單位先進行自檢,自檢合格后,由第三方檢測再次抽檢,檢驗合格,并經監理同意后,方能繼續填筑施工。為爭取施工進度,施工單位自檢作業隊、第三方檢測單位、監理單位需隨時待命,第一時間進行檢測、驗收。分層碾壓,逐層驗收,最大程度上控制了填筑施工質量,保證了場區高填方的強度及變形性能。

(2)機械上道

道槽填方區的沖溝及魚塘,按照地基處理范圍清除淤泥及下層的流塑至可塑含礫粘土,在回填土層中每隔50 cm厚度填土鋪填一層土工格柵,底層格柵于魚塘或沖溝底換填50 cm厚填料后在上方鋪設,格柵應深入至臺階,共鋪設5層土工格柵后再進行上部的填筑和處理。按上述地基處理過后,穿越道槽區的魚塘及沖溝區域地基能滿足設計要求。然而,場區內較高填方區域、填挖魚塘及沖溝區域、填挖結合區域是不均勻沉降易發區域,為加速場道地基沉降,提高地基強度,提出了“機械上道”的施工措施。

待跑道全線拉通,且地基填筑至距道槽設計標高兩層左右填土時,機械設備以道槽區為施工便道,有計劃的分流通行,通過施工車輛和重型設備的碾壓,進一步提高場道地基的壓實度。當最后一層填筑至道槽槽底標高時,道槽及其影響區的土基頂部采用沖擊碾壓進行補強處理,采用沖擊勢能25 kJ三邊形沖碾機械,走速不小于8 km/h,沖碾遍數初定25遍。

(3)防水、引水及排水

為確保雨季施工質量,保證填方區安全,需注重場區內降雨前后防水、引水及排水工作。降雨前,盡量將已回填區域壓實到位,進行封皮,并結合排水溝合理設置縱橫坡,做到“雨停水散”,最大程度減免雨水浸泡；降雨過后,在重點區上游和已經被浸泡區域,開挖集水坑,將匯集后的雨水、滲水進行強排,避免對回填區域產生不良影響。

雨季施工存在諸多不利因素,但絲毫不能放松工程質量。在雨前突擊回填低洼處,道槽區域搶填一兩層,使其高于周邊土面區；在雨后,第一時間組織人員、機械清除作業面積水,避免雨水浸泡帶來的不利影響。與此同時,施工便道應在雨前整平,留設坡度,便于雨后通行。

雨季來臨前,認真細致調查場區匯水情況、排水走向,統籌安排工作。做到施工道路必要的場地硬化,保證現場運輸道路暢通；做到料場和固定機械安放點高于周圍場地,保證排水暢通無積水現象；做到合理布設臨時排水溝和集水坑,保證重要區域的安全。

(4)慎用爆破

項目建設中,根據實際地質條件選擇合理的開挖方式。爆破是工程中常見的開挖方式之一,但爆破產生的石料粒徑往往較大。填筑體內若存在較大粒徑的石料,則會存在局部的填料級配不良,碾壓不易很好的密實,對于爆破的石料中若含有大于30 cm粒徑的石料,仍需采用二次爆破。因此,三清山機場建設過程中,除巖體堅硬必須采用爆破手段外,盡量少用或不用爆破,采用耕機配合挖機進行開挖。該施工措施得到的開挖料,基本滿足顆粒級配不均勻系數Cu＞5,曲率系數1＜Cc＜3的要求,提供優質場道地基填料。

4 施工效果檢測

通過上述場道地基施工優化措施,場道地基在強度及變形要求上均達到規范要求,于2014年12月順利通過驗收。

(1)壓實度檢測

于道槽區、聯絡道區、停機坪區共計選取八個壓實度檢測點,檢測結果見表1。

根據上述檢測結果,最小壓實度96.5%,最大壓實度99.0%,平均壓實度97.8%,遠高于壓實度要求值96%。

表1 壓實度檢測結果

(2)地基反應模量檢測

表 2 地基反應模量檢測結果

場區內共計選取三個地基反應模量檢測點,分別位于跑道東端、跑道西端,以及停機坪區,測試結果見表2。根據測試結果,地基反應模量均滿足設計要求值。

(3)沉降監測

場區內共計布設59個沉降監測點,最長監測周期達半年時間。監測后期,連續兩個月,各監測點每月沉降量均不超過3 mm。其中,連續兩月僅五個測點每月沉降量達3 mm,其余均不超過2 mm。場道地基沉降在較短時間內趨于穩定,地基處理效果顯著。沖溝2區域沉降量隨時間的變化關系見圖4。

圖 4 沖溝2沉降量-時間關系曲線圖

5 結語

本文結合江西上饒三清山機場建設項目,提出了適用于丘陵多雨地區場道地基處理的施工優化措施,主要得到以下幾點重要結論：

(1)丘陵地帶,機場場道建設高填深挖不可避免,為保證高填筑體的施工質量,地基處理過程中,采用分層碾壓,逐層報驗的施工措施,能夠最大程度上控制每層填土的密實度。

(2)通過機械上道的施工手段,能夠進一步增加場道地基壓實程度,有效加快地基沉降變形,對工期緊張的建設項目具有重要意義。

(3)多雨地區場道地基處理過程中,制定高效合理的雨季施工措施,注重場道地基的防水、引水及排水,能夠顯著消除雨水帶來的不利影響,保證施工進度。

［1］ 葉偉勝，張豫.復雜地基條件下機場場道地基處理的探討［J］.華東地質學院學報，1999(3):248-254.

［2］ 鄧覲宇.高速公路紅砂巖的路用性能研究 ［J］.廣西交通科技，2003，28 (106):67-69.

［3］ 中國民航機場建設集團公司.江西上饒三清山機場建設項目場道工程施工圖設計說明［Z］.2013.

［4］ 中材地質工程勘察研究院.上饒三清山機場工程工程地質詳細勘察報告［R］.2012.

［5］ MH5014-2002，民用機場飛行區土(石)方與道面基礎施工技術規范［S］.

U415

B

1009-7716(2015)09-0128-04

2015-05-21

張劍翔(1966-),男,江西鉛山人,高級工程師,副局長,從事路橋工程管理與施工工作。