秦巴山區機場建設中存在的巖土工程問題研究

王 文 良

(1.中國民航機場建設集團公司西北分公司，陜西 西安 710075； 2.長安大學公路學院,陜西 西安 710064)

秦巴山區機場建設中存在的巖土工程問題研究

王 文 良1,2

(1.中國民航機場建設集團公司西北分公司，陜西 西安 710075； 2.長安大學公路學院,陜西 西安 710064)

秦巴山區某民用機場工程,場區地震烈度高、地形及地質條件復雜，降水豐富，為解決該工程中可能存在的巖土工程問題，對工程建設中存在的粗粒料特性、高填方變形、不均勻沉降等難題進行了分析研究，并提出了解決方案，以期為工程設計提供參考依據。

山區，粗粒料，沉降變形，邊坡穩定

0 引言

甘肅某民用機場工程位于秦巴山區，屬國家“十二五”重點項目，投資巨大，該工程對甘肅航空運輸發展以及推動地方經濟建設具有重要意義。根據初步的土方地勢設計方案，該工程存在大量的填、挖方，最大填挖方高度均達45 m，土石方工程量達3 300萬m3。場區地形地貌和地質條件復雜，粉質粘土及泥巖大面積分布，自然斜坡高陡、降水豐富，并且處于地震高烈度區。以上各種因素決定了該工程必然存在諸多的巖土工程問題。

1 存在的巖土工程問題

1.1 場地條件簡介

1)水文氣象條件。

場址地處秦嶺南麓，秦巴山區。該地四季分明，屬暖溫帶濕潤氣候。年平均氣溫11.7 ℃，極端最高氣溫37.3 ℃，極端最低氣溫-15.0 ℃。年平均降雨量621 mm，集中在7，8，9三個月，日最大降水量181 mm，年平均蒸發量493.8 mm。

地下水以孔隙潛水為主，局部為基巖裂隙水和上層滯水。主要含水層為粉質粘土層和強風化基巖層，粉質粘土層滲透系數0.02 m/d，強風化基巖層滲透系數0.02 m/d～0.06 m/d。

2)構造地質。

該地區內新構造運動比較活躍，以差異性升降運動為主，有多條活動斷裂并發育有大量的滑坡。近場區內發育了規模不等的11條斷裂，其中1條為中更新世～晚更新世活動斷層，8條為早中更新世斷裂，2條為前第四紀斷裂。場區內無斷裂構造，地殼基本穩定，抗震設防烈度為8度，基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第二組，為抗震一般地段。

3)工程地質條件。

擬建場地地層分4層，自上而下依次為：

③強風化基巖層(N2)：厚度2.30 m～5.40 m，依地形起伏變化較大，出露部位產狀為65°/SE∠10°。半成巖，磚紅色，以砂質泥巖為主，表層含少量鈣質結核，分布有砂巖薄層。礦物成分以蒙脫石、綠泥石、高嶺石、長石等為主，泥鈣質膠結，巖體呈巨厚層狀結構，巖石呈碎屑結構，塊狀構造，微裂隙及風化裂隙較發育，遇水易軟化，致密。巖體基本質量等級為V級。

④中風化基巖層(N2)：厚度2.80 m～43.70 m(未穿透)，依地形起伏變化較大。礦物成分及巖石結構同③層。巖體基本質量等級為Ⅳ級。

1.2 存在的巖土工程問題

長期以來粗粒料引起的工程地質問題一直是全球性的難題。粗粒料的研究興起于20世紀50年代后期，隨著世界各國高土石壩工程的興建，粗粒料被廣泛應用，隨著我國大型工程的廣泛興建，也不可避免的遇到了粗粒料特性問題，由于粗粒料具有物質組成的不均一性、顆粒破碎性、剪脹性、濕化性以及較強滲透性等諸多工程特性，加之巖土體中裂隙雜亂分布，使得各種大型粗粒料填筑工程顯得異常困難。

擬建場地位于強風化巖層出露區，根據“填挖平衡、就地取材”的原則，填筑材料必然要采用挖方區粉質粘土與強、中風化巖組成的粗粒料。雖然各相關行業都對其進行了一定的研究，但尚處于初期階段，并不十分成熟，在民航領域還沒有專門研究。而且機場粗粒料高填方與土石壩工程仍有很大的區別，有些經驗也不適用。

另外粗粒料造成的破壞是長期的、反復的和潛在的，而機場的建設周期又比較短，擬建機場工程填挖方高度均比較大，所以對于該工程而言，可能會遇到如下問題：

1)粗粒料的工程特性；2)機場高填方地基的穩定與變形(沉降與差異沉降)；3)高填方和深挖方邊坡的穩定性；4)填挖交界面的處治。

1.3 對存在巖土工程問題的分析

1.3.1 粗粒料的工程特性

工程填筑材料采用挖方區粉質粘土與強、中風化泥巖組成的粗粒料，其工程特性決定了存在如下巖土工程問題：

1)粗粒料的級配。

由于粗細顆粒的不均一性，在填筑體粗粒料中，泥巖、砂巖的大顆粒作骨架時，細料粉質粘土充填孔隙，充填愈好，土體密度愈大，其抗剪強度愈高，沉陷變形愈??；反之，則沉陷變形大，不利于巖土體工程的穩定性。泥巖作為填料時，破碎粒徑指標、填充粉質粘土的粘度特征、粘粒含量、粗細粒的比例關系等對高填方工程至關重要，應進行重點研究。

2)泥巖的遇水軟化和崩解。

該工程粗粒料主要由泥巖組成，泥巖在一定的應力狀態下浸水后，由于顆粒間被水潤滑以及顆粒礦物浸水軟化，顆粒發生相互滑移、破碎和重新排列，導致巖體軟化；當水貫入泥巖的孔隙、裂隙中時，細小巖粒的吸附水膜便會增厚，部分膠結物會被軟化或溶解，從而引起巖石顆粒的崩裂解體，產生巖土體變形失穩，使得控制地表沉降以及高填方邊坡穩定性顯得異常困難，因此研究泥巖遇水軟化和崩解性對本工程的建設尤為重要。

3)粗粒料的蠕變特性。

粗粒料大多采用人工爆破等方法開采出來，往往存在很多微裂隙，加之棱角尖銳、填筑高，在高圍壓條件下產生蠕變，巖土體會沿著破裂面破碎，宏觀上表現為開裂、折斷或整塊斷裂等形式的顆粒破碎，從而引起高填方沉降變形以及邊坡失穩等一系列巖土工程問題。

4)粗粒料的強滲透性。

粗粒料具有強滲透性，降水能較快的入滲填筑體，這在一定程度上加快了高填方破壞失穩的進程。因此應研究粗粒料的滲透特性，為坡面、道面的防水和排水設計方案提供依據。

5)粗粒料的施工工藝。

如何控制粗粒料填筑施工質量，如何確定其施工參數及采用哪種方法和控制指標對填筑體質量進行檢測也是該工程存在的一個重要問題。

1.3.2 高填方變形

沉降變形是高填方工程中普遍存在，又沒得到很好解決的問題，由于擬建機場工程填方高(預計最高達45 m)、荷載大且填料具備顆粒破碎性、剪脹性、遇水軟化崩解、蠕變、強滲水性等諸多工程特性，地面沉降控制難度極大。如何去監測，如何埋傳感器，在哪些位置埋設能夠有效的監測，采取哪些措施既能經濟有效、又能降低總沉降量和工后沉降量，是本機場工程建設的另一核心技術難題。

1.3.3 高邊坡的穩定性

高填挖邊坡穩定性是一個必須重視的問題，包括挖方區、填方區兩部分。對于挖方邊坡，由于場地地形復雜，自然坡度陡，高差大，開挖卸荷對邊坡穩定性影響較大，加之巖土體強風化、膠結程度低、節理裂隙發育等特性，一旦降水沿裂隙入滲，極易導致邊坡滑動破壞，因此，需對其進行研究。

對于填方邊坡，由于本身填筑高，同時粗粒料具有顆粒不均一性、泥巖遇水軟化、蠕變、強滲透性等工程特性，在外界誘發因素(降水、地震、施工振動等)的作用下，極可能引發失穩等巖土工程問題；因此，需要進行深入研究，采用不同的穩定性分析方法，探索粗粒料工程特性對邊坡穩定性的影響程度，確定合理的填筑體邊坡坡比。

同時，擬建場區位于地震高發區，抗震設防烈度為8度，考慮到該工程的重要性需提高1度設防，即按9度考慮。因此，需高度重視地震工況下邊坡的穩定性。

1.3.4 填挖交界面的處治

受地形地貌的限制，該機場建設中存在多處填挖方交界面，不可避免的面臨填挖交界的處治問題。從總體上看，填挖交界處具有材料或結構的不一致性，在縱向上剛度出現差異，加之原地層是傾斜的，一旦工程處治不當，極易產生不均勻沉降、填挖交界處發生偏移，甚至滑動破壞，對于填挖交界的有效處治問題是該機場建設中亟待解決的又一個難題。

2 巖土工程問題的解決方案

2.1 解決方案

由于該項目場地巖土工程條件的復雜性，僅靠室內試驗參數進行數值計算及分析是不能滿足要求的，通過現場試驗與室內研究相結合的方案，結合實際工程，采用室內試驗、現場試驗、原位監測、理論分析與數值模擬相結合的手段，對該機場工程存在的巖土工程問題進行綜合研究，是解決問題的最佳途徑。

2.2 試驗研究的技術路線

該處理方案的技術路線概括為：首先開展文獻調研，收集資料，對研究現狀、類似實例進行調查分析，尋求突破點進行初步研究；其次對粗粒料高填方工程技術方案進行初步論證，確定粗粒料高填方工程試驗研究方案；再次進行粗粒料的工程特性試驗及高填方穩定性理論分析，根據分析展開現場試驗段研究，包括現場的模型試驗、檢測及監測等；并在此基礎上探討粗粒料工程特性的分析方法與處理對策，提出與粗粒料工程特性相適應的高填方問題的處理對策，通過高填方變形監測，對地基的穩定性做出準確評價，同時提出控制高填方沉降變形的工程措施，預測高填方的工后剩余沉降量，對研究結果進行初步總結，得出初步結論，進行粗粒料加筋處理與土方設計，待土方工程結束后對全場重要部位進行變形監測，并對試驗段的監測數據進行處理分析，同理論分析及數值計算進行比較，驗證所提出的分析方法與工程處理對策方法，必要時予以修正；最后編寫試驗研究總結報告?？偧夹g路線如圖1所示。

3 結語

秦巴山區的機場工程巖土工程問題十分復雜，有針對性的進行與工程實際相結合的試驗研究是十分必要的，可以為工程設計和施工提供技術依據和指導，保證工程的順利進行?，F場試驗段試驗與室內研究相結合的方式，是解決該機場問題的最佳途徑。該研究的順利進行可以使機場建設在質量上更為可靠，技術上更為先進，經濟上更加節約。

[1] 中國民航機場建設集團公司.甘肅某機場建設項目預可行性研究報告[R].

[2] 甘肅水文地質工程地質勘察院.民用機場飛行區巖土工程勘察報告[R].

[3] GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準[S].

[4] GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].

[5] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術規范[S].

[6] GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范[S].

[7] 馬 克.高填方建設場地若干巖土工程問題研究[D].南寧：廣西大學碩士學位論文，2010.

Study on geotechnical engineering problems of airport in Qinba mountains area

WANG Wen-liang1,2

(1.TheNorthwestSubsidiaryCompanyofCACC,Xi’an710075，China; 2.SchoolofHighway,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)

The a civil airport engineering in Qinba mountainous area, had high area earthquake intensity, complex topography and geological conditions, abundant rainfall, for solving the may existed geotechnical engineering problems in this project, this paper analyzed and researched the existed coarse aggregate characteristics, high embankment deformation, uneven settlement and other difficult problems in engineering construction, and proposed solutions, in order to provide reference for engineering design.

mountain, coarse aggregate, settlement deformation, slope stability

1009-6825(2014)30-0076-03

2014-08-19

王文良(1981- )，男，工程師，注冊巖土工程師，在讀博士

P642

A