溶洞丘陵地貌土石方高填方施工技術(shù)研究

姚運(yùn)軍，李 寧

（中鐵北京工程局集團(tuán)有限公司機(jī)場工程分公司，北京 102308）

1 工藝原理

（1）隱伏溶洞施工工藝原理。采取墊層強(qiáng)夯法處理隱伏溶洞，確保原地基中隱伏溶洞能夠壓實(shí)，為后續(xù)的高填方施工提供基礎(chǔ)支撐。

（2）土石方高填方施工工藝原理。從底層開始對(duì)高填方各環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，通過對(duì)不同因素影響下高填方施工質(zhì)量的觀測(cè)，對(duì)比分析，總結(jié)出一套最適宜用于溶洞丘陵地貌土石方高填方施工的方法。

2 隱伏溶洞處理

2.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工放樣。將圖紙上隱伏溶洞位置在施工現(xiàn)場標(biāo)識(shí)出來并設(shè)置好施工區(qū)域，放樣后與地勘單位人員核對(duì)溶洞位置，確認(rèn)無誤后方可開始施工。

（2）一般條件。施工現(xiàn)場具備以下條件后，可開始進(jìn)行溶洞地基處理施工：溶洞周圍原地面地表，植被、耕植土等已處理完畢；填筑材料檢測(cè)完成，確保符合設(shè)計(jì)要求。

（3）鋪設(shè)墊層。由于直接在溶洞洞上方進(jìn)行強(qiáng)夯會(huì)破壞溶洞原有持力結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)置好的溶洞施工區(qū)域上方鋪設(shè)強(qiáng)夯墊層；強(qiáng)夯時(shí)，沖擊能量最大部分直接作用于強(qiáng)夯墊層上，向下傳遞逐漸減小。

2.2 墊層強(qiáng)夯

在溶洞強(qiáng)夯區(qū)域內(nèi)布置夯點(diǎn)，夯點(diǎn)的間距為4.5m，正方形布置，2遍點(diǎn)夯+1遍滿夯，第一遍點(diǎn)夯與第二遍點(diǎn)夯的夯點(diǎn)呈梅花形交錯(cuò)布置，如圖1所示。

圖1 夯點(diǎn)平面布置示意圖（單位：m）

為保證兩遍點(diǎn)夯區(qū)域頂層均勻密實(shí)，在兩遍點(diǎn)夯后將場地推平，再進(jìn)行一次滿夯。滿夯采用1000kN·m能級(jí)，夯點(diǎn)之間d/4搭接，d為夯錘直徑，夯擊次數(shù)為3次。

2.3 試驗(yàn)檢測(cè)

點(diǎn)夯及滿夯完成后進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)工作，按照設(shè)計(jì)要求，經(jīng)強(qiáng)夯處理后，溶洞墊層地基承載力特征值不小于180kPa，強(qiáng)夯墊層固體體積率不小于78%。

溶洞地基處理試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示，夯擊能為2000kN·m時(shí)，地基承載力有一項(xiàng)不合格；夯機(jī)能為3000kN·m時(shí)，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)均合格；夯擊能為4000kN·m時(shí)，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)均合格，但檢測(cè)值超過設(shè)計(jì)要求較多。從經(jīng)濟(jì)合理及節(jié)能減排角度考慮，在滿足設(shè)計(jì)要求指標(biāo)時(shí)應(yīng)選用能級(jí)較小的工藝進(jìn)行施工。

表1 溶洞地基處理試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)表

3 土石方高填方施工

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）填筑分區(qū)。進(jìn)行區(qū)域施工放樣，根據(jù)不同區(qū)域填筑質(zhì)量要求不同，主要分為飛行區(qū)道面影響區(qū)、升降帶土面區(qū)、其他土面區(qū)、填方邊坡穩(wěn)定影響區(qū)、航站區(qū)、工作區(qū)道路區(qū)、工作區(qū)建筑區(qū)。

（2）地表清理。區(qū)域內(nèi)有溶洞地基處理的，必須完成地基驗(yàn)收，之后方可開始土石方填筑施工；填筑之前清除植物、土，同時(shí)清除填方區(qū)零星分布的生活垃圾、工業(yè)垃圾。

（3）原地面碾壓。原地面清表后，上部第一層填筑采用碾壓工藝時(shí)，對(duì)清表后地面進(jìn)行碾壓。

（4）填料檢測(cè)。填筑材料檢測(cè)完成，確保符合設(shè)計(jì)要求；填料根據(jù)場地分區(qū)及填筑豎向部位確定。

（5）填挖交界面處理。填挖交界面做開挖臺(tái)階處理。

3.2 土石方填筑

填筑過程中需要注意采用堆填法分層填筑，虛鋪4.0m，分成3層進(jìn)行填筑，每層約1.3m，填筑的土石方粒徑不得大于0.8m。

3.3 夯機(jī)強(qiáng)夯

強(qiáng)夯施工，夯點(diǎn)布置形式為正方形（4m×4m），每一填筑層進(jìn)行1遍點(diǎn)夯，根據(jù)不同填筑分區(qū)選取1遍點(diǎn)夯的夯擊數(shù)。強(qiáng)夯施工工藝參數(shù)如表2所示。

表2 強(qiáng)夯施工工藝參數(shù) 單位：%

最上一層強(qiáng)夯填筑層夯坑推平后，對(duì)強(qiáng)夯區(qū)域進(jìn)行滿夯，滿夯單擊夯擊能1000kN·m，夯點(diǎn)布置形式為d/4搭接（d為夯錘直徑），夯擊數(shù)3擊。

3.4 填筑面搭接

土石方高填方施工同一層填筑體之間的交接面是高填方填筑時(shí)的薄弱點(diǎn)，各個(gè)作業(yè)面要相互溝通，搭接的作業(yè)面高程差不得大于4m。作業(yè)面搭接的范圍及工藝不得小于20m。和已有的工程交接處要在原地面上開挖臺(tái)階，臺(tái)階的高度為1m，開挖時(shí)臺(tái)階頂面應(yīng)向挖方側(cè)傾斜，臺(tái)階坡度為1∶8。

3.5 上下層填筑

上下兩個(gè)強(qiáng)夯層施工時(shí)，要保證上下兩層夯點(diǎn)按梅花形布置。

4 土石方高填方施工試驗(yàn)檢測(cè)

4.1 不同填料的土石方填筑施工試驗(yàn)檢測(cè)

不同填料試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示，通過對(duì)比分析可以看出，利用中風(fēng)化灰?guī)r填筑存在檢測(cè)不合格情況，需要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)夯，直至合格，這會(huì)造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。對(duì)此，在土石方高填方施工過程中，應(yīng)優(yōu)先選用強(qiáng)風(fēng)化巖石，這樣更容易進(jìn)行壓實(shí)，能夠減少成本及能源消耗。

表3 不同填料試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果

4.2 不同壓實(shí)工藝的土石方填筑施工試驗(yàn)檢測(cè)

該工程為機(jī)場擴(kuò)建工程，機(jī)場周邊屬于較敏感區(qū)域，不允許采用超高機(jī)械施工。

選定3塊區(qū)域采用相同的回填材料進(jìn)行填筑：若離機(jī)場運(yùn)行區(qū)較遠(yuǎn)，可以選取超大機(jī)械施工的區(qū)域，采用強(qiáng)夯；對(duì)于離機(jī)場較近但滿足沖碾機(jī)械最短沖擊距離及速度的區(qū)域，采用沖擊碾壓工藝；對(duì)于離機(jī)場較近且不滿足沖碾機(jī)械施工的區(qū)域，采用振動(dòng)碾壓工藝。

如表4所示，通過檢測(cè)結(jié)果可以看出，3種壓實(shí)工藝均可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足現(xiàn)場施工需要。

表4 不同壓實(shí)工藝試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果

4.3 土石方高填方沉降觀測(cè)

觀測(cè)區(qū)域內(nèi)，填方高度為14～56m，表層沉降觀測(cè)歷時(shí)211d，累計(jì)沉降量介于-2.1～-75.7mm；最后一個(gè)月沉降速率介于0.00～0.11mm/d，倒數(shù)第二個(gè)月沉降速率介于0.00～0.11mm/d，倒數(shù)第三個(gè)月沉降速率介于0.00～0.50mm/d；工后剩余沉降量介于8.4～88mm，工后差異沉降介于0.0‰～1.3‰，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定值，（跑道在設(shè)計(jì)使用年限30年內(nèi)的工后沉降、工后差異沉降不宜大于0.2m、1.0‰，滑行道在設(shè)計(jì)年限30年內(nèi)的工后沉降、工后差異沉降不宜大于0.3m、1.5‰），沉降預(yù)測(cè)推算工后沉降量與工后差異沉降均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

通過對(duì)比分析，溶洞丘陵地貌高填方施工地基處理采用3000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯處理，并采用強(qiáng)風(fēng)化巖石用于土石方高填方回填，既能保證工程質(zhì)量、節(jié)約成本，又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，取得了良好的環(huán)保效益和社會(huì)效益，應(yīng)在今后的施工中廣泛推廣使用。