丘陵多雨地区机场场道地基处理施工优化措施及其应用

张剑翔,杨建分

(1. 上饶市建设局,江西上饶 334000；2. 上饶三清山机场有限公司,江西上饶 334000)

丘陵多雨地区机场场道地基处理施工优化措施及其应用

张剑翔1,杨建分2

(1. 上饶市建设局,江西上饶 334000；2. 上饶三清山机场有限公司,江西上饶 334000)

结合上饶三清山机场建设项目,在了解场区地质、水文及气候特点的基础上,分析丘陵多雨地区场道地基处理过程中碰到的难点。通过准确把握工程难点,提出了适用于丘陵多雨地区机场场道地基施工优化措施,并将之成功应用于实际。实践证明,按照该施工优化措施处理后的场道地基,在压实度、地基反应模量及沉降变形三个方面均得到显著加强。该施工优化措施对于提高场道地基工程质量、保证施工进度具有重要意义。

丘陵；多雨；场道地基处理；施工优化措施

0 引言

随着我国国民经济的高速发展,机场新建项目日益增多,机场建设质量要求越来越高。场道地基处理工程是机场建设项目的重要环节,场道地基处理效果直接影响跑道的平整程度、飞机起降安全、长期使用性能等。场道地基必须满足强度要求,也即达到在上部结构自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏的要求。同时,场道地基应当满足在上部结构自重以及外荷载作用下不致产生过大沉降变形,尤其是不均匀沉降变形的要求。然而,机场选址涉及因素众多,场址所在地质条件、水文条件不能尽善尽美。同时,机场场道是一个线型工程,占地面积大,场区内各区域工程地质条件往往比较复杂,特别是丘陵和沿海地区［1］。因此,针对不同地质条件,需采用合理的场道地基处理施工措施,以满足功能要求。

我国南方内陆地区的机场,多位于山地丘陵地区,地势起伏明显,沟塘密布,土方工程量较大。同时,南方多雨,且存在明显的雨季,这对于机场场道地基的建设提出了更加严峻的挑战。一般地区机场场道地基处理施工措施,并不能很好的解决丘陵多雨地区场道地基处理过程中碰到的工程技术难题。因此,为达到丘陵多雨地区场道地基处理的目的,需结合现场实际情况,进一步优化施工措施。

本文以江西上饶三清山机场建设项目为背景,在充分掌握场址所在地的工程地质、水文地质及气候条件等特点的基础上,分析场道地基处理过程中将碰到的关键技术难点,结合已有工程实践经验,提出切实可行的施工优化措施,并通过压实度、地基反应模量以及沉降变形来评价场道地基处治效果。本文提出施工优化措施科学合理,针对性的解决丘陵多雨地区场道地基处理过程中的难题,对其他类似工程具有广泛借鉴意义。

1 工程概况

上饶三清山机场场址位于江西省上饶市中心区南面,与市中心区直线距离约8 km。项目建设规模为4C级支线机场,新建一条长2 400 m、宽45 m的跑道,一条长208.5 m、宽23 m的垂直联络道,以及长290 m、宽130 m的站坪。项目拟用地149.6 hm2,主体工程于2013年12月开工建设。

机场场址处于低山丘陵地带,地面高程在90～116 m之间,最大高差为29.475 m。机场土石方工程总挖方量约300万m3,总填方量约316万m3。场区出露第四系更新统(Q4)、白垩系河口组二段上亚段(K2h2-1)和三段下亚段(K2h3-1)、茅店组(K1m)地层。根据岩性可将场区地层分为二大类,其中第四系分为耕土(Q4pd)、淤泥(Q41)和含砾粉质粘土(Q4d1+e1)等三层,白垩系可分为泥质砂岩(K2)、粉砂岩(K)、粗砂岩(K2)和含砾砂岩(K)等四层,依风化程度又可分为九个亚层。中风化程度的砂岩、粉砂岩见图1、图2。

图1 中风化砂岩岩芯

图2 中风化粉砂岩岩芯

场区地表分布有27个供当地农业灌溉和生活之用的坑塘水面,其补给来源为大气降水及农田灌溉水。此外,场区低洼地分布有水沟,宽度1.5～3.9 m不等,水深0.2～0.5 m不等。上饶属亚热带季风性气候,雨水充足,降雨集中且持续时间长。根据2006～2010年的气象资料,机场场址所在区域年平均降雨量约1 716 mm,日最大降雨量约183.5 mm,雨量充沛。图3(a)所示为2011～2013年上饶市年度降雨天数统计结果,近三年上饶每年有超1/3的时间处于降雨状态。图3(b)统计结果显示上饶雨水主要集中于上半年,尤其是5、6月份。

图3 上饶市降雨天数统计(2011～2013年)

2 地基处理难点

依据场址所在地工程地质特点、水文地质特点以及气候条件,场道地基处理过程中将碰到以下难点：

(1)较高填方

场址位于丘陵地带,场区内山头林立,沟塘密布,见图4,地势起伏明显。为满足机场跑道线型要求,高填深挖难以避免。机场跑道西高东低,纵坡坡度为2‰,东西高差4.8 m。场区内最大填方区域位于跑道西端的冲沟1,填方高度达16 m。较高填方区域是不均匀沉降变形易发区,施工中必须采取有力措施,以控制填筑过程中土体强度。

图4 鱼塘及冲沟分布图

(2)红砂岩填料

机场场址位于典型的红砂岩地区,场道地基施工中普遍采用开挖出的红砂岩作为地基填料。红砂岩在我国南部省区广泛分布,是泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积类岩石的统称,其因含有丰富的氧化物而呈红色、深红色或褐色。邓觐宇对红砂岩崩解物的工程力学性质,即击实试件的回弹模量、CBR值、压缩性指标及渗透性等,进行研究,结果表明红砂岩填料作为路堤填料是可行的［2］。然而,红砂岩具有强度低,易崩解,易膨胀,遇水软化等不良工程性质。机场填方高度一般高于公路路堤,且场道地基对不均匀沉降变形要求较高。两相对比下,要求在机场场道地基处理中,优化施工措施,以保证红砂岩填料地基能符合机场场道在强度、变形及稳定性方面的要求。

(3)雨季施工

场址所在地区降雨强度大,持续时间长,严重影响施工进度。而三清山机场建设项目工期紧张,为保证施工进度,要做好降雨前准备,防止雨水对已填筑地基的浸泡冲刷。同时,要充分利用降雨间歇期,做好相应施工准备。如何制定有效的雨季施工措施,是设计单位、施工单位必须面临的难题。

3 施工优化措施［3-5]

针对以上场道地基处理过程中碰到的难点,制定相应有效的施工优化措施,应用于整个施工期间,督促施工单位严格执行。

(1)分层碾压

道槽区填筑体采用稳定的不易遇水软化的石料或土石混合料,铲装填料时,应保证有足够的细粒料成分,做到粗细料较均衡,级配较合适,不满足要求应提前破碎。填筑施工工艺流程遵循：施工准备(机具准备、填方材料准备)→基底处理→测量放线→运料→摊铺→局部找平→碾压→检测→下一层施工。

碾压采用分层振动碾压工艺,虚铺厚度为50 cm。碾压机具采用50 t激振力压路机,走速不大于3 km/h,碾压遍数初定为8～10遍,以达到压实度或固体体积率要求为准。碾压时,先压两侧后中间,主轮重叠15 cm左右,压实过程中应特别注意避免不均匀沉陷,碾压纵向进退式进行,横向接头一般重叠0.4～0.5 m,前后相邻两区段宜纵向重叠1.0～1.5 m,应达到无漏压、无死角,确保压实质量。

施工中,严格控制分层碾压的虚铺厚度,对碾压后的土层压实度及时进行检测。施工单位先进行自检,自检合格后,由第三方检测再次抽检,检验合格,并经监理同意后,方能继续填筑施工。为争取施工进度,施工单位自检作业队、第三方检测单位、监理单位需随时待命,第一时间进行检测、验收。分层碾压,逐层验收,最大程度上控制了填筑施工质量,保证了场区高填方的强度及变形性能。

(2)机械上道

道槽填方区的冲沟及鱼塘,按照地基处理范围清除淤泥及下层的流塑至可塑含砾粘土,在回填土层中每隔50 cm厚度填土铺填一层土工格栅,底层格栅于鱼塘或冲沟底换填50 cm厚填料后在上方铺设,格栅应深入至台阶,共铺设5层土工格栅后再进行上部的填筑和处理。按上述地基处理过后,穿越道槽区的鱼塘及冲沟区域地基能满足设计要求。然而,场区内较高填方区域、填挖鱼塘及冲沟区域、填挖结合区域是不均匀沉降易发区域,为加速场道地基沉降,提高地基强度,提出了“机械上道”的施工措施。

待跑道全线拉通,且地基填筑至距道槽设计标高两层左右填土时,机械设备以道槽区为施工便道,有计划的分流通行,通过施工车辆和重型设备的碾压,进一步提高场道地基的压实度。当最后一层填筑至道槽槽底标高时,道槽及其影响区的土基顶部采用冲击碾压进行补强处理,采用冲击势能25 kJ三边形冲碾机械,走速不小于8 km/h,冲碾遍数初定25遍。

(3)防水、引水及排水

为确保雨季施工质量,保证填方区安全,需注重场区内降雨前后防水、引水及排水工作。降雨前,尽量将已回填区域压实到位,进行封皮,并结合排水沟合理设置纵横坡,做到“雨停水散”,最大程度减免雨水浸泡；降雨过后,在重点区上游和已经被浸泡区域,开挖集水坑,将汇集后的雨水、渗水进行强排,避免对回填区域产生不良影响。

雨季施工存在诸多不利因素,但丝毫不能放松工程质量。在雨前突击回填低洼处,道槽区域抢填一两层,使其高于周边土面区；在雨后,第一时间组织人员、机械清除作业面积水,避免雨水浸泡带来的不利影响。与此同时,施工便道应在雨前整平,留设坡度,便于雨后通行。

雨季来临前,认真细致调查场区汇水情况、排水走向,统筹安排工作。做到施工道路必要的场地硬化,保证现场运输道路畅通；做到料场和固定机械安放点高于周围场地,保证排水畅通无积水现象；做到合理布设临时排水沟和集水坑,保证重要区域的安全。

(4)慎用爆破

项目建设中,根据实际地质条件选择合理的开挖方式。爆破是工程中常见的开挖方式之一,但爆破产生的石料粒径往往较大。填筑体内若存在较大粒径的石料,则会存在局部的填料级配不良,碾压不易很好的密实,对于爆破的石料中若含有大于30 cm粒径的石料,仍需采用二次爆破。因此,三清山机场建设过程中,除岩体坚硬必须采用爆破手段外,尽量少用或不用爆破,采用耕机配合挖机进行开挖。该施工措施得到的开挖料,基本满足颗粒级配不均匀系数Cu＞5,曲率系数1＜Cc＜3的要求,提供优质场道地基填料。

4 施工效果检测

通过上述场道地基施工优化措施,场道地基在强度及变形要求上均达到规范要求,于2014年12月顺利通过验收。

(1)压实度检测

于道槽区、联络道区、停机坪区共计选取八个压实度检测点,检测结果见表1。

根据上述检测结果,最小压实度96.5%,最大压实度99.0%,平均压实度97.8%,远高于压实度要求值96%。

表1 压实度检测结果

(2)地基反应模量检测

表 2 地基反应模量检测结果

场区内共计选取三个地基反应模量检测点,分别位于跑道东端、跑道西端,以及停机坪区,测试结果见表2。根据测试结果,地基反应模量均满足设计要求值。

(3)沉降监测

场区内共计布设59个沉降监测点,最长监测周期达半年时间。监测后期,连续两个月,各监测点每月沉降量均不超过3 mm。其中,连续两月仅五个测点每月沉降量达3 mm,其余均不超过2 mm。场道地基沉降在较短时间内趋于稳定,地基处理效果显著。冲沟2区域沉降量随时间的变化关系见图4。

图 4 冲沟2沉降量-时间关系曲线图

5 结语

本文结合江西上饶三清山机场建设项目,提出了适用于丘陵多雨地区场道地基处理的施工优化措施,主要得到以下几点重要结论：

(1)丘陵地带,机场场道建设高填深挖不可避免,为保证高填筑体的施工质量,地基处理过程中,采用分层碾压,逐层报验的施工措施,能够最大程度上控制每层填土的密实度。

(2)通过机械上道的施工手段,能够进一步增加场道地基压实程度,有效加快地基沉降变形,对工期紧张的建设项目具有重要意义。

(3)多雨地区场道地基处理过程中,制定高效合理的雨季施工措施,注重场道地基的防水、引水及排水,能够显著消除雨水带来的不利影响,保证施工进度。

［1］ 叶伟胜，张豫.复杂地基条件下机场场道地基处理的探讨［J］.华东地质学院学报，1999(3):248-254.

［2］ 邓觐宇.高速公路红砂岩的路用性能研究 ［J］.广西交通科技，2003，28 (106):67-69.

［3］ 中国民航机场建设集团公司.江西上饶三清山机场建设项目场道工程施工图设计说明［Z］.2013.

［4］ 中材地质工程勘察研究院.上饶三清山机场工程工程地质详细勘察报告［R］.2012.

［5］ MH5014-2002，民用机场飞行区土(石)方与道面基础施工技术规范［S］.

U415

B

1009-7716(2015)09-0128-04

2015-05-21

张剑翔(1966-),男,江西铅山人,高级工程师,副局长,从事路桥工程管理与施工工作。