西宁机场三期扩建工程航站楼边坡支护技术浅析

蔡廷吉

摘要：西宁机场三期扩建工程 T3 航站楼南侧存在高填方边坡，为减小边坡支护结构变形，保证边坡及周边建筑物结构安全，对回填边坡采用上部悬臂 桩+下部双排桩分级支挡方式进行支护，桩后采用质量比为 1：7 水泥土回填。

关键词：高填方;水平土压力;结构安全;水泥土;支护桩

1 引言

西宁机场三期扩建工程拟建 T3 航站楼建设场地及周边地面发育陡坎、 地形起伏大，地势整体呈西高东低、北高南低之势，地势高差大，需对建 设场地进行地基回填处理，回填高度平均为 20m。航站楼南侧为新建综合 交通换乘中心，二者之间为环形站前高架系统，从而在航站楼与站前高架 道路之间形成总高约 18.6m，长度约 270m 的永久性边坡。为保证填方边坡 和周边建筑结构稳定安全，对该永久性边坡进行支护处理。

2 工程条件分析

2.1 工程地质条件

根据钻探现场描述、原位测试及室内土工试验结果，将勘探深度范围 内的地基土共分为 9 层：①层填土（Q4ml）、②层黄土状土（粉质粘土） （Q4al+pl）、③层性黄土状土（粉质粘土）（Q4al+pl）、④层石（Q4al+pl）、 ⑥层黄土状土（粉质粘土）（Q3al+pl）、⑦层卵石（Q3al+pl）、⑧层强风化 泥岩（N）及⑨层中风化泥岩（N）。

2.2 特殊地势条件

本项目航站楼边坡属于高填方边坡，将总边坡拆分为二级边坡分别进 行支挡，两级边坡之间设置卸载平台，支护结构及卸载平台占用水平宽度 平均为 16m。边坡距离南侧站前高架桥约 6m，坡底为设计工作道路，无法 采取自然放坡形式进行边坡处理。

3 边坡支护设计

3.1 支护方案

根据现场实际高差及与周边建筑物的相互位置关系，拟采用扶壁式挡 土墙、锚杆挡墙、悬臂桩及桩锚体系组合进行比选，具体选型组合有：上 部扶壁式挡墙+下部锚杆挡墙、上部悬臂桩+下部桩锚支护、上部扶壁式挡 墙+下部双排桩、上部悬臂桩+下部双排桩。

3.1.1 扶壁式挡土墙

对于填方边坡，扶壁式挡土墙支挡高度不大于 10m，这种支护形式在 高度方面受到限制，同时为了满足挡土墙的抗倾覆及抗滑移要求，基础底 板较大，若设置挡土墙，其底板及扶肋将与航站楼前以及高架桥北侧桩基 承台位置冲突;其次，由于场地为大面积填土，由于填土的自身沉降以及 填土下原状土的沉降将导致挡土墙变形难以控制;最后，挡土墙立板的区 域无法采用大型夯压设备施工，从而无法保证该区域回填土质量。

3.1.2 锚索

桩锚支护体系或锚索挡墙是现有较为成熟的支护方式，其控制变形能 力好，造价合理，安全性高，但由于本项目边坡高度较高，填土锚索摩擦 力较小。同时采用锚索需精确定位航站楼桩基及高架桥桩基。其次，锚索 在长期使用过程中存在应力松弛情况，需要定期检查锁定力，后期维護需 要花费较大精力。锚索在长期使用过程中也存在锈蚀情况，对永久边坡也 存在一定风险。

3.1.3 悬臂桩

悬臂桩分为单排桩及双排桩两种形式，通过与扶壁式挡土墙及锚索支 护体系比较，悬臂桩避免了扶壁式挡土墙可能发生的不均匀沉降问题，同 时避免了锚索对影响航站楼和高架桥桩基的影响。

综合比较，悬臂桩支护形式为最科学合理的支护形式，这种支护形式 占用空间最小，施工周期短，与周边结构的相互影响最小，因此本项目采 用上部悬臂桩+下部双排桩分级支挡方式，双排桩之间采用连梁进行连接，每排支护桩与桩之间通过冠梁连接，桩前植筋连接混凝土挡土面板，挡土 板与土面形成的空隙采用细石混泥土填充。

鉴于南侧高架桥下部结构采用双层框架门墩，为避开高架桥下部结构 之间的横梁，将高架桥墩截面处上级悬臂桩调整为双排桩，增加桩长及嵌 固端长度;下级支护由双排桩调整为扶壁式挡土墙;具体见图 1～2。

3.2 存在的问题

边坡上级双排桩支护距高架桥最小距离约 2.5 m，且高架桥承台埋深在 支护桩嵌固段以内，高填方边坡的水平土压力传至高架桥桩基和承台侧面，高架桥桩基和桥墩作为承压构造，抗剪能力较弱，难以承担此水平力，高 架桥结构存在一定的安全隐患。

3.3 解决方案

3.3.1 放坡方案

从下级支护按照 1：1.5 放坡，放坡至航站楼内约 33m。放坡方案优点分析：（1）南侧高架桥受到的土压力基本释放。（2）边坡支护形式由桩板墙改为放坡，支护造价降低。结构存在的问题：

（1）边坡对高架桥的安全隐患全部转移至航站楼内，航站楼由常规建 筑变为山地建筑。

（2） 山地建筑结构先天存在基础不等高、竖向构件长短不一，扭转效 应明显，受力复杂等特点。其作为一种复杂结构形式，地震对山地建筑的 破坏比普通结构更加明显，主要是地震诱发的地质灾害和地震作用对结构 的破坏。

（3）山地建筑结构应保证基础嵌固条件的有效性，用作结构嵌固的边 坡应达到罕遇地震作用下不破坏的性能要求，应采取措施保证场地及边坡 的稳定性。一般情况下，山地建筑接地端为基岩，场地及边坡稳定性良好。结合工程实际情况，本项目航站楼拟建场地大部分位于高厚填土区域，填 土质量很难保证。

（4）航站楼南侧 30m 范围框架柱位于边坡上，边坡产生的水平土压力 作用于框架柱上，框架柱难以承担边坡产生的水平土压力，易受剪破坏。在地震作用下，位于边坡上的框架柱受力更复杂，较其它区域更易破坏。

（5）根据航站楼抗震设防等设计参数，判断本项目山地建筑掉层结构 和吊脚结构最大高度差应控制在 8m 以内，本项目高差为 19m，已经远大于 相关设计要求。

（6）施工成本增加，边坡及桩基础界面交叉重叠，且位于边坡之上，桩基础施工对机械设备及施工工艺要求较高。

3.3.2 降低高架桥基础埋深，加固桥墩结构方案

将高架桥承台降至上级支护桩桩端以下，增加高架桥桥墩长度，加固 上部桥墩结构。

方案优点分析：

（1）上级支护桩对高架桥基础的土压力减小。

方案存在的不足：

（1） 高架桥基础承台埋深增加 10m，基坑支护难度大，承台范围填土 增加。

（2）基础上部桥墩位于边坡水平力影响范围内，桥墩采取加固措施，增加成本。

3.3.3 航站楼结构空腔方案

将上级支护以北 30m 范围内航站楼结构做成空腔结构，空腔底标高局 部地下一层等高。

航站楼结构空腔优点分析：

（1）无高架桥桥墩时上级支护高度减小，可采用一般的挡土墙支护;有高架桥桥墩时上级支护高度减少，原双排桩方案桩长减少，嵌固深度减少;支护及回填土成本相对减少。

（2）南侧高架桥承受边坡水平土压力大幅度减小。航站楼结构空腔存在的问题：

（1）航站楼基础埋深大于 3m，按照相关要求，需要增加地下人防面 积。

（2）航站楼局部范围需要设置结构顶板。

（3）下部结构空腔影响航站楼基础及主体结构。

3.3.4 水泥土回填方案

为增强边坡回填土的稳定性，采用水泥土配比为 1：7（质量比） 对边 坡支挡线以北区域分层碾压回填。航站楼南侧上级支挡边线以北 13m 作为 素土回填底边线，以北 49m 作为素土回填顶边线，素土与水泥土平行搭接 回填。高架桥及边坡支护桩施工顺序：高架桥桩基及承台施工—桥墩施工 至二级边坡地面处—回填水泥土并压实—支护桩施工（龄期满足要求后） —桩前土体开挖—桥墩继续施工。

综合比较，放坡、空腔结构、增加高架桥基础埋深方案对航站楼和站 前高架桥结构设计影响较大，因此不建议采用此类方案。为减少边坡结构 变形，保证航站楼及站前高架桥结构安全，本项目优选采用支护桩后填土 采用 1：7 水泥土回填方案。

4 结束语

综上所述，边坡支护技术研究在土木工程施工中具有非常重要的意义，尤其对于场地复杂且地势起伏较大的高填方边坡。选择边坡支护形式首先 要保证其主要的支护功能，满足边坡结构稳定安全，其次要因地制宜，兼 顾周边建筑，综合考虑施工便利、造价合理等因素。

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