山區機場改擴建工程填方邊坡支護方案比選分析

周春鋒 楊彪 黃金

摘要：文章結合西南某機場改擴建工程，分析比較了自然放坡、加筋陡坡、抗滑樁等不同處理方法的效果及優劣，介紹了碎石樁地基處理與土工合成材料加筋在山區填方邊坡支護中的應用，可為其它類似改擴建工程提供參考。

關鍵詞：機場;改擴建工程;人工填土加筋土坡;碎石樁

中圖分類號：U416.14 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.052

文章編號：1673-4874（2019）09-0184-04

0引言

隨著經濟建設的發展，我國越來越多的工程項目進入改擴建階段。由于各種條件限制，前期工程建設中產生的人工填土層，具有均勻性差、厚度大、孔隙率高、壓縮性大、強度低、穩定性差等特點，給后期改擴建工程帶來了巨大的困難。

針對深厚的填工，工程中常常采用強夯法、CFG樁、碎石樁等方法進行地基處理與邊坡支護，或者采用抗滑樁、加筋土坡收坡，減小填方量。各種處理方法均有其自身的適用條件，改擴建工程一般限制因素較多，需要結合各方案的工藝特點、場區條件綜合考慮確定處理方案。

本文針對西南山區某機場改擴建工程填方邊坡，比較了各種處理方案的優劣，提出了優選方案。

1工程概況

1.1機場概況

該機場跑道長2400m，寬45m，海拔近1900m，研究區域位于機場飛行區西北端，填方高約20m，研究區域附近圍場路、排水溝、場外鄉村道路、助航燈光鐵塔等構筑物多，場地狹窄，施工受限。

1.2 工程地質條件

研究區域西側地勢較高，平整時開挖，北側地勢逐漸降低，為斜坡沖溝，為填方區。海拔1853.36-1917.39m，最大相對高差約64.03m。地形坡度多介于15°-25°，局部地形較陡。見圖1。

地區的抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g。

根據勘察資料，現地表為近期形成的人工填土層，其下為第四系坡洪積相的黏性土，下伏印支期花崗巖。

素填土（Q）：由黏性土混含全風化花崗巖、角礫、碎石組成，最大粒徑約為2.00-4.00cm，結構松散，力學性質不均勻，為機場建設時整平場地堆填形成，未經嚴格分層壓實，層厚0.80-23.00m，平均厚度為9.49m。

粉質黏土（Qd）：可塑狀態，稍濕～濕，干強度中等、韌性中等，平均厚度為2.60m。

全風化花崗巖（r5）：鉆探巖芯多呈粉砂及粉工狀，少量為角礫狀、碎石狀及土狀。厚度3.60-47.30m，平均厚度為17.06m。

強風化花崗巖（y’5）：巖芯呈碎石、碎塊狀，層厚約1.2m.

1.3水文地質條件

場地雨季穩定水位在0.00-11.60m，地下水位變化幅度約2.50-3.00m，流量受季節性控制，動態變化大。

上層滯水主要賦存于第四系松散人工填土中，富水程度差異較大，水量主要受季節性降水補給。

孔隙型潛水主要賦有于全風化花崗巖地層孔隙中，總體屬裂隙強含水層，地下水主要靠大氣降雨及地表水滲流補給，含水層大多位于風化裂隙帶范圍內，富水性一般較強。

2填方邊坡評價

2.1 邊坡特征

填方區域坡頂到坡腳高差約18m，邊坡區原一期拋填的素填土厚度較大（>7m），浸水后物理力學性質較差，局部坡面地形較陡，填方存在順坡填筑的特征。因場地排水溝、道路等地勢條件的限制，邊坡上部設置高約4m加筋土擋墻收坡，擋墻外設置20m寬平臺，設置排水溝和場外道路，道路外側放坡至原地面。

2.2邊坡穩定性評價

原邊坡坡面約25°，經過計算，原邊坡暴雨工況下邊坡穩定性系數為1.105（Bishop法），處于基本穩定狀態。素填土層為邊坡穩定性控制地層，地基土不處理時，填方邊坡按1：2放坡，邊坡穩定系數為1.009;填方邊坡按照1：3放坡，邊坡穩定性系數為1.040，均不滿足《民用機場巖土工程設計規范》（MH/T5027-2013）要求。

3支護方案比選分析

3.1支護方案擬定

（1）自然放坡+地基處理

因素填土性質較差，僅采用坡率法，邊坡的穩定性系數不滿足規范要求，需要對填土地基進行處理。本改擴建工程施工場地狹小，坡度大，凈空限制嚴格，DDC樁和強夯置換法施工機械高大，不適宜本場區，而CFG樁成本較高。綜合考慮采用技術成熟的碎石樁處理素填土層

填方邊坡坡比為1：2，每10m高一級，邊坡區采用φ0.5m的碎石樁處理素填土層。

（2）加筋土坡+地基處理

坡面采用坡比為1：1的土工格柵加筋土坡，土工格柵垂直間距為0.5m，格柵的長度和強度需滿足邊坡穩定性要求，坡面采用工工植生袋綠化。

（3）抗滑樁支護

采用抗滑樁支護，經計算邊坡的剩余下滑力為851kN/m，采用長15m的抗滑樁，尺寸為2x3m，間距約5m。

3.2 支護方案比選

以上三種方案在邊坡支護中應用較廣，均可滿足填方邊坡穩定性的要求，不存在難度特別大的施工技術要求。本文從經濟、工期、防護效果、綠化等多個方面進行比較，具體如表1所示。

對比表1可知，從經濟性來看，三種方案成本差別不大，方案2地基處理范圍較小，土工格柵成本較低。從抗滑能力來看，方案3抗滑樁抗滑能力最強，方案、部分區域存在貼坡填筑的特點，抗滑能力較弱。從施工難度來看，方案1施工難度最小，方案3需要在深厚素填土層人工挖孔，存在一定的風險，施工難度稍大，方案2需要分層鋪設工工格柵，工序稍多，但是難度不大。從綠化環保角度來看，方案3邊坡綠化難度大。

綜合考慮工程成本、施工難度、抗滑效果以及綠化要求，加筋工坡+碎石樁處理地基方案較優。

4加筋土邊坡設計與施工

4.1加筋土邊坡設計

地層的主要參數根據勘察資料并結合類似工程經驗確定，碎石樁處理后的復合地基參數按照《地基處理手冊》計算得到，主要參數如表2所示。

根據《公路工工合成材料應用技術規范》方法計算土工格柵的長度和強度。采用Bisop法復核填方邊坡整體穩定性，天然工況下加筋土邊坡的穩定性系數為1.325，暴雨工況下邊坡的穩定性系數為1.119，地震工況下邊坡的穩定性系數為1.143，滿足規范要求，具體如圖2所示。

主要支護措施如下（如圖3所示）：

（1）地基處理：采用碎石樁穿透素填土至全風化花崗巖1m深，碎石樁φ0.5m。中部素填土厚度較大區域間距為1.5m，素填工厚度較小區域間距為2.0m。碎石樁頂鋪設0.5m厚碎石并鋪設一層土工格柵。

（2）填方邊坡：采用1：1加筋土坡填方邊坡。上部工工格柵長22m，設計抗拉強度為50kN/m;中部工工格柵長18m，設計抗拉強度為100kN/m;底部工工格柵長約12m，設計抗拉強度為150kN/m。坡面采用土工格柵反包生態植生袋護坡并綠化。

（3）臺階開挖：當原地面坡度陡于1：5時，應開挖臺階，臺階寬度≥2m并滿足鋪設筋材長度的需要，高寬比宜≤1：2。臺階頂面向內傾斜，傾斜坡度>4%，并滿足壓實要求。

4.2 加筋土邊坡施工

加筋工邊坡的施工流程為：施工準備→測量放線→平臺開挖→地基處理→坡腳處理→鋪設土工格柵（各層）→設置反包土袋（各層）→填料攤鋪（各層）→填料壓實（各層）→檢查回填土壓實度和反包袋坡面（各層）變形監測→效果檢驗、驗收。

施工過程中應在密實的填土上裁剪并安放土工格柵，留出格柵沿坡面反包的長度。土工格柵應該鋪設平整，并拉直。填料應分層碾壓密實，碾壓要控制速度，避免搓動格柵。碾壓時應避免壓輪與格柵接觸，以防格柵損壞。

5 結語

機場改擴建工程限制條件多，施工難度較大，特別是前期施工形成的深厚素填土處理難度大，成本高，具體的工程措施受成本、工期、現場施工條件、工程風險等因素影響，需充分考慮各方案的優劣和工程的關鍵影響因素才能優選出合適的支護方案和施工措施。采用碎石樁處理地基并采用加筋陡坡收坡可節省工程投資，增強邊坡的穩定性，該方案可為山區深厚素填土填方邊坡支護提供參考。