九寨黃龍機場高填方施工技術

田 昊 張東寧

1 概況

四川九寨黃龍機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東北11 km的高地斜坡上,地處青藏高原東緣高寒季風氣候區,一年中1月～4月和11月～12月屬于冰凍期,凍深80 cm～100 cm;場區海拔3 400 m～3 500 m,道面高程3 430 m。該機場具有“三高四不利”的特點。“三高”是指海拔3 430 m,基本烈度8.1度,最大填方高度104 m(國內機場第一,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個月,對高填方體的變形和穩定性有很大的影響。本文以該機場高填方體施工為實例,針對山區高填方的結構特點,采取不同的填筑施工方法進行闡述。

2 地基處理

針對機場軟基厚度大,且分布極不均勻的特點,采取強夯(主要是置換強夯)、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區中的軟弱土層厚度大,分布區域較小,主要在元山子溝和設計溝。經過四種地基處理方案的對比,采用碎石樁方案切實可行。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,然后邊振動邊反復插拔樁管,形成密實碎石樁,并與樁周土體一起形成復合地基。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(排水固結作用),這對于軟土地基的固結變形是非常有利的。

表1 軟弱層厚度分區與地基處理

2.2 強夯處理軟基

強夯的處理形式有直接強夯和置換強夯兩種,直接強夯就是在原地面不輔加(或僅輔加薄層)材料進行強夯,置換強夯是在原地面輔加較厚墊層進行強夯。強夯荷載可以看作中高速沖擊循環荷載,對土體的加固除沖擊壓密作用外,還有在沖擊波作用下產生的超靜空隙水壓力在加載結束后消散,土體固結。置換強夯在夯擊過程中形成了復合地基,且墊層料的夯入使沖擊波向深部傳遞,并為土體內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

換填主要用于機場高填方體的道槽區、高填方體坡腳等關鍵部位,并輔于強夯和分層碾壓進行。為減小高填方地基沉降變形和提高填筑體穩定性,針對元山子溝道槽區和設計溝坡腳軟弱土層厚度大于10 m的部位進行換填處理,回填料為砂礫石土,從上向下逐層回填并進行振動碾壓,輔層厚度一般為0.3 m～0.6 m,底層壓實度為85%～90%,上部層位壓實度可達98%,當回填厚度達到4 m時進行強夯加固。

2.4 碾壓法

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

3 填筑施工

九寨黃龍機場填方的砂礫石填料主要呈紅色、灰白色,由卵礫、砂和粉質黏土組成,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。為合理調配填料和填筑施工,采用全液壓牽引式振動壓路機(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)進行碾壓實驗。結果見圖3,從中可以看出,砂礫石填料的最佳碾壓遍數應為6遍～8遍,而壓實度取決于填料的含水量(見表2)。

表2 不同壓實度區砂礫石料含水量(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立加載階段,在兩個加載體之間形成一高臺階,最大高差可達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0.73 m/d;第5步為坡頂加載階段;第6步則在道槽區進行了厚達3.0 m的堆載預壓。

根據九寨黃龍機場場區地形地貌實地勘察研究,得出填方高度最大的中部高填方區由南北兩條次級支溝構成,且溝口部位為“鎖扣”地形,利于填筑體穩定;對高填方體底部的軟弱土進行處理,采取以盲溝排水、碎石樁、塊碎石強夯、振動碾壓和換填處理。

4 質量控制

1)各個施工單位樹立“百年大計、質量第一”的質量管理理念,認真進行施工自檢監理旁站的質量控制體系。2)依據民航規范要求,進行第三方獨立抽檢,九寨黃龍機場土石方工程的壓實度檢測多達10萬余次,有效控制了大型土石方施工填筑質量。3)九寨黃龍機場土石方每填筑6 m就進行動力觸探和波速測試再檢測,對局部填筑體的薄弱環節進行高能量級強行補強施工。4)加強后期的總體質量檢測。先后進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,以及坡體形態巡視觀測。

5 結語

通過上述的施工方法和措施在九寨黃龍機場的實施,以及后期的多項檢測,大型土石方高填筑體施工質量優良,于2005年獲得了四川省科學進步一等獎;同年獲得中國民用航空協會科學技術一等獎;經歷了5·12汶川大地震的考驗,為抗震救災做出了貢獻,并于2008年榮獲中國土木工程學會“第八屆詹天佑獎”。

[1]成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室.九寨黃龍機場災后高填方地基檢測報告[R].2008.

[2]四川大學.四川九寨黃龍機場道面及基礎“5·12”汶川特大地震災后地質雷達監測報告[R].2008.

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