山區機場道基排水設計與優化途徑

摘要：隨著經濟發展，我國各項建設取得了顯著成就，機場建設也邁入建設發展的新階段。山區機場在水文地形上較為復雜，因為機場道基排水設計不合理極易導致機場發生水毀問題，制約機場建設的發展。本文通過結合相關山區機場道基排水的影響因素，分析山區機場道基的各類病害，總結排水設計要點。

關鍵詞：山區機場；道基排水；病害類型；設計優化

近些年來，隨著機場建設規模的擴大，機場建設用地與城市發展用地之間出現了一些矛盾，使更多的機場建設項目選在較為偏離城市的山區地帶。一方面緩解了土地緊張，但另一方面由于山區特有的地質條件，不可避免地會給山區機場建設帶來一系列技術難題，而山區機場的道基排水設計就是其中之一。實現山區機場道基排水設計的優化，是保障山區機場安全性能的重要步驟。

一、山區機場工程道基排水的特殊性

機場是一種人工形態的構造物，以面狀加以呈現，與自然環境連為一體，在山區機場道基排水方面受到各種因素的綜合制約，如山區地形地貌、山區氣候環境、山區的地層巖性及山區的水文條件等[1]。

我國南部山區一般呈現出水熱同季、雨量充沛的特點，陰雨時間長，復雜天氣多，而北部山區地形條件更為復雜，土地特性多帶有濕陷性、力學強度低的特點，極易引發地質災害。具體地說，我國山區機場道基排水受以下方面影響較深。

1.氣候環境上，山區機場降水往往伴隨著時空的不均性，短時間的強度降雨是引發機場道基排水及道路損害的重要環境因素。

2.地形條件上，南部山區多為特殊地貌形式，如巖溶地貌，這種地形的水排泄基準面會隨著新的構造活動的抬升發生下降反應，給排水設計增加難度；北部山區機場多為沖溝地貌，地形切割程度嚴重，道基易沉陷。

3.水文條件上，山區機場一般選擇地表水徑流區域較多的區域，以實現機場用水的有效補給，但由于地形條件的復雜，地表水流經斷裂區域，會發生水滲透現象，長此以往，容易對機場道基形成侵蝕。

二、山區機場道基排水的水文影響因素分析

山區機場道基排水一方面受到山區地貌的特殊限制，另一方面，水文因素起到更為重要的制約作用。水文影響又根據水文形式，從以下幾個方面對山區機場道基排水系統施加影響。

（一）地表水

山區機場的雨水，一部分經由道路地表的橫縱坡以徑流的形態流入土面區，與此同時，另外一部分則會順沿機場道面的縫隙進入道面結構內部，最終可能會滲透進機場道基內。一般來說，在設計山區道基排水時，為獲取最佳的道基壓實程度，壓實工藝是在道基土體含水量最豐富時實施的，此時道基土層具備了起到膠結作用的土體結構，但當水滲入道基土層時，會嚴重削弱膠結土體的連接表現，造成道基結構崩潰瓦解[2]。如再不及時采取措施，更會加劇水滲反應，最終導致機場道基下的土地結構呈現松散化，并伴有孔洞出現，喪失土體強度。

（二）地下水

坡積層和河流的沖積層以地下水的形式對山區機場道基施加影響。河流的沖積層具備了豐富的地形水，四季會得到河谷水及河流水的有效補充，因此，當山區機場建設在標高設定上過低時，會造成道基沒有形成足夠的高度，此時地下水就會經由毛細通道逐漸滲入道基系統，損壞道基的穩定性能。山區機場建設瀕臨河岸時，一般會將坡積層作為填方的邊坡，以供飛行區使用，而坡積層的地下水又會直接影響到邊坡的穩定程度，最終造成邊坡失穩。

（三）雨水

雨水主要通過沖刷作用對機場邊坡造成損害，引發溝蝕及面蝕。雨水的沖刷作用在山區新建機場中體現的更為明顯，這主要是由于機場使用周期較短，各種配套建設尚不完善，如坡面植被未長成，不能有效稀釋雨水，造成坡面因雨水沖刷產生沖溝，嚴重時造成邊坡崩塌及滑坡現象。除此之外，降雨還會影響到邊坡的荷載及穩定性，邊坡抗剪強度也會隨著雨水的下滲發生改變，土地的粘力下降。

三、山區機場道基道面、排水設施病害及原因

（一）山區機場道基道面的主要病害及成因

山區機場道基道面病害種類呈現多樣化，主要有道面裂縫、坑洞、斷裂等表現形式，涉及到排水因素的病害主要有以下類型。

1.縱向及交叉裂縫。一方面是由于道基壓實度不夠、填料性能不均及地質的濕陷性等因素的影響，另一方面是受飛機的荷載壓力而形成延伸裂縫。當雨水經由裂縫下滲道基時，又進一步增加了裂縫尺寸。交叉裂縫是由于道基的砼結構強度不足，遭遇水浸后產生沉降反應，最終形成交叉裂縫。

2.道基表面龜裂。主要是由于道基砼結構的抗凍性能不佳所決定，外加水滲作用的影響，會產生表面龜裂現象，表現出剝落的災害表征。

（二）山區機場道基排水設施的主要病害類型及原因

山區機場建設自然環境較為復雜，多種因素都會導致機場道基排水設施發生病害，主要原因涉及到兩方面，一是由于排水設施在材料及溝渠設置處理上不夠科學，二是由于外部環境制約，如地形條件、水文因素等[3]。主要病害類型有以下幾種：1.溝渠的沖刷及淤積。集中于坡面的截水溝及排水溝等結構系統；2.溝渠的沉陷及失穩。主要側重于坡面的截水溝；3.溝渠的溢流。排水溝、截水溝及急流槽等部位常出現此問題。

其中，溝渠的淤積一方面由于雨水的沖刷作用，另一方面是水流過程中流速過低。溝渠沖刷是由于加固措施不嚴密，或溝渠材料強度不夠，此外，也受到水流流速的影響。溝渠沉陷失穩根源于土地的壓實程度不強，加上雨水滲流共同作用。溝渠溢流是因為在排水溝設計上，沒有考慮山區雨季的強降水，另外，在溝渠進行轉彎的區域，設計施工不周。

四、山區機場道基排水的設計內容及優化途徑

山區機場道基在進行排水設計時，要緊密結合當地區域的地質情況及水文特征，并根據機場的具體等級加以詳細分析及計算。一般來說，山區機場道基排水的設計流程包括了數據采集調查、勘測地形圖紙、布設排水系統、計算水力數值、設計排水縱斷面、設計構筑物排水結構及必要的沖刷防護措施等。

（一）數據采集調查

這是進行山區機場道基設計的首要依據，要對機場建設選址的自然環境、生態系統及地質情況加以實地的勘測。結合當地的文獻資料，計算特殊自然條件，如暴雨的強度公式。總之，要本著最不利的設計原則，綜合考慮各種復雜因素。

（二）勘測地形圖紙

首先要參考當地的勘測單位實地勘測數據，形成比例縮放的地形圖，然后在圖上做仔細計算分析，對關鍵要點，如機場周圍的水系分布情況、水流的流速及流向情況、機場地形地勢的方位走向等全面掌握。

（三）布設排水系統

在對山區機場周圍的水系水流及地勢情況加以掌握后，就要著手進行道基排水系統的設計。在設計時要綜合考慮機場未來發展規劃，確定機場排水系統的容泄區的具體位置、考慮地形的坡向及排水系統的具體走向、確定雨水的出水口，這些因素都要緊密結合當地的地形地勢，以地勢坡向為設計參考[3]。在暗溝和排水明溝設計上要盡量避免穿越道面，以縮短線路長度，節省成本。

在布設排水系統時，關鍵點是出水口的確定，在確定出水口時要本著便于雨水及時排出并有效匯入道基容泄區的原則。出水口在數量設置上要適宜，既減低造價，又要確保雨量較大時，不會對出水口造成水毀。一般來說，山區機場道基排水系統的出水口數量以3至5個為宜。

（四）計算水力數值

這一階段要根據機場地勢圖，綜合機場區水文特征，對徑流系數、雨量集中期、匯水比例、匯流時間加以確定，從而計算出每個段位的排水溝設計流量值。然后參照排水溝的斷面構成，對溝渠的斷面尺寸加以試算。由于斷面尺寸具備了遞增性，因此要在輸水流量在數值范圍上大于排水設計流量時，再停止試算步驟。

（五）設計排水縱斷面

完成前幾個階段設計后，也就基本上對排水溝的坡度加以確定，但此時還應校驗水速的數值，看其是否居于最大流速及最小流速范圍區間內。如小于最小數值，要對溝底坡度值相應加大，并重新對水流量加以計算；如大于最大數值，可相應減小坡度數值，也可增大排水斷面的面積，但此時需要對水流量進行重新計算。

（六）設計盲溝和暗溝

根據山區多變的季節條件，要注重使用盲溝來促進地下水的排出，盲溝在地下水的水流流向與機場路基的走向相一致的情況下才能發揮最大作用，因此，要合理設置盲溝，以便在雨量豐沛的季節匯集排出裂隙水。在盲溝的縱坡確定上，要保證水流不會造成沖刷及淤積，并設計出最大縱坡及最小縱坡。

暗溝主要是將機場路基周圍的地下水及裂隙水集中排出，使其不留存于機場路基系統內，避免路基遭水蝕，產生失穩隱患。

結語

本文通過分析山區機場道基的特殊性，著重探討水文因素對山區機場道基造成的重要影響，并分析了排水系統的各種病害類型及其成因，最后對山區機場道基設計的主要內容進行總結，希望為山區機場道基排水設計工作提供參考借鑒。

參考文獻：

[1]廖崇高，李天華.西南某山區機場的工程地質分區及其評價[J].地質找礦論叢，2011，（3）：350-353+358.

[2]肖兵.畢節機場高填方土基沉降觀測分析[J].山西建筑，2013，（5）：58-60.

[3]張潔嶼.確保機場高邊坡穩定的施工技術[J].建筑施工，2012，（4）：308-310.