西南山區(qū)機(jī)場地勢及土石方工程設(shè)計要點簡析

摘要：從機(jī)場地勢設(shè)計的目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合西南山區(qū)多山丘溝壑的特點，分析了西南山區(qū)機(jī)場地勢設(shè)計和土石方計算的原則和要點，以此為西南山區(qū)類似機(jī)場的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)機(jī)場； 地勢及土石方； 設(shè)計要點

中國分類號：TU751+.4A

［定稿日期］2022-09-15

［作者簡介］李建軍（1990—），男，碩士，工程師，主要從事地基處理及機(jī)場場道工程設(shè)計和研究工作。

0 引言

機(jī)場地勢設(shè)計的目標(biāo)是通過對選定的機(jī)場場址進(jìn)行地形地貌改造，以滿足飛機(jī)起飛、著陸的要求［1］。在改造過程中，不僅需要改造飛機(jī)起飛所用的跑道區(qū)域，還需根據(jù)飛行程序要求處理飛機(jī)起落航線上的障礙物，通常為超高的山頭、鐵塔、房屋等。

西南山區(qū)地形復(fù)雜，不僅存在著連綿的山峰，還存在著錯落的溝谷。機(jī)場設(shè)計與公路、鐵路等線狀工程不同，線狀工程可以通過選線來實現(xiàn)避免或減少高填深挖工程的出現(xiàn)；而機(jī)場是塊狀集中式工程，通常沿跑道方向可達(dá)3 000～4 000 m，垂直跑道方向可達(dá)1 000 m以上，山區(qū)高填深挖工程極為常見，使得土石方工程投資占比巨大。好的地勢設(shè)計不僅能保證機(jī)場功能的實現(xiàn)，還能節(jié)省機(jī)場的總投資。

1 地勢設(shè)計原則

1.1 滿足規(guī)范要求

民用運輸機(jī)場、軍用永備機(jī)場、公路跑道等雖然功能板塊組成不盡相同，但地勢設(shè)計均為首先保證飛機(jī)起飛、著陸和滑行的安全。各類型的機(jī)場均有各自的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計時需要遵照執(zhí)行。

1.2 滿足排水要求

機(jī)場根據(jù)功能分區(qū)可以分成許多不同的板塊，各版塊的縱橫坡要求各不相同。為了保證機(jī)場在雨天不良天氣條件下的飛行安全，需要盡快排除場內(nèi)的雨水，這就要求場區(qū)各功能板塊的地勢設(shè)計能讓雨水盡快匯集到排水溝內(nèi)排出場外。

1.3 減少土石方工程量，節(jié)省投資

地勢設(shè)計時應(yīng)盡量減少工程總的填挖方工程量，并在設(shè)計過程中優(yōu)化土石方的調(diào)運距離，使得運距盡可能短。地勢設(shè)計時還應(yīng)結(jié)合地勘資料，減少爆破等開挖方式的使用，節(jié)省工程投資。

1.4 滿足地基處理的需求

山區(qū)機(jī)場的地勢設(shè)計不僅需要考慮高填深挖引起的特殊地基處理，還應(yīng)考慮河流溝谷、魚塘水庫等帶來的特殊地基處理工程，使地基的穩(wěn)定性、壓實度等指標(biāo)符合要求。

1.5 滿足機(jī)場遠(yuǎn)期發(fā)展的需求

機(jī)場地勢設(shè)計時還需要考慮機(jī)場遠(yuǎn)期的發(fā)展，保證遠(yuǎn)期的施工能盡量不影響現(xiàn)在已施工或已投入使用的工程，并且使得遠(yuǎn)期預(yù)留的工程造價最省。

2 地勢及土石方工程設(shè)計要點

地勢設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，土方計算則是在地勢設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行的詳細(xì)計算，其中有一些注意事項需要特別關(guān)注。

2.1 明確機(jī)場功能定位

機(jī)場的功能定位決定了機(jī)場的規(guī)模，從而決定了地勢場坪的設(shè)計范圍。

2.1.1 機(jī)場性質(zhì)

明確機(jī)場是軍用機(jī)場、民用機(jī)場、軍民合用機(jī)場還是公路跑道。因為不同的機(jī)場類型對應(yīng)著不同的規(guī)范。若是單一功能機(jī)場，執(zhí)行對應(yīng)的規(guī)范即可；若是合用機(jī)場，則應(yīng)明確哪些功能板塊是共用，哪些是單獨使用。共用的如跑道應(yīng)采用涉及到的規(guī)范里最強的條文來執(zhí)行；若是獨自使用的部分，如場坪、獨自使用的聯(lián)絡(luò)滑行道等采用自身的規(guī)范即可。對于軍用機(jī)場，還應(yīng)明確平行滑行道的功能定位：是只保障飛機(jī)平滑，還是兼顧應(yīng)急起飛或是應(yīng)急起飛著陸，不同要求對應(yīng)著不同的規(guī)范條文。

2.1.2 明確機(jī)場保障機(jī)型的種類

機(jī)型種類不僅影響著機(jī)場的基礎(chǔ)長度、跑滑間距等基本平面尺寸，也會影響到道面板厚度的計算，從而影響投資。在設(shè)計中應(yīng)以批復(fù)中的保障機(jī)型為設(shè)計機(jī)型，同時應(yīng)注意是長期保障還是滿足偶爾協(xié)轉(zhuǎn)或是迫降使用。

2.1.3 明確機(jī)場的飛行程序

飛行程序是保障飛機(jī)飛行路線、高度和機(jī)動的規(guī)定，對于機(jī)場設(shè)計來說至關(guān)重要。平原機(jī)場，一般凈空不存在問題，可以保障飛行所需的兩個端凈空和兩個側(cè)凈空要求。而山區(qū)機(jī)場，由于地形復(fù)雜，為了節(jié)省投資，則可能適當(dāng)降低要求。如只保障主起主降方向嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，次降方向降低要求，不完全執(zhí)行規(guī)范條文。

2.2 明確場地平整范圍和用地范圍

2.2.1 確定平整范圍

場地平整范圍，應(yīng)充分比較各分項工程是分別進(jìn)行平整經(jīng)濟(jì)還是合并一起平整后土石方統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)配經(jīng)濟(jì)。一般來說，民航的航站樓區(qū)離飛行區(qū)較近，土石方統(tǒng)一調(diào)配后造價更優(yōu)，所以需要統(tǒng)一平整；軍航的外場營區(qū)一般在機(jī)坪區(qū)附近，需納入飛行區(qū)一起平整，而內(nèi)場營區(qū)一般離飛行區(qū)較遠(yuǎn)，則需單獨進(jìn)行場地平整。

平整范圍除了考慮場道專業(yè)的規(guī)范要求外，還需充分考慮其余專業(yè)需求：

（1）助航燈光專業(yè)：進(jìn)近燈光系統(tǒng)根據(jù)機(jī)場等級在跑道端設(shè)置高桿燈，這對端凈空會產(chǎn)生影響。如I類精密進(jìn)近燈光系統(tǒng)，位于跑道中線延長線上，自跑道端間距30 m延伸至距跑道入口900 m處［2］。在考慮場坪范圍時需注意與助航燈光專業(yè)對接助航燈光燈桿高程是否滿足凈空需要。

（2）建、構(gòu)筑物高程：某些專業(yè)用房位于飛行區(qū)范圍內(nèi)或者離飛行區(qū)較近，需考慮其設(shè)計高程是否超過凈空要求。若不滿足規(guī)范要求，則需調(diào)整建、構(gòu)筑物的位置或拉大其與升降帶的距離。對于軍航機(jī)場來說，需特別注意的建、構(gòu)筑物有：中央塔臺、圍界、攔阻網(wǎng)工作用房、場坪附近的照明燈桿等。

（3）導(dǎo)航專業(yè)：導(dǎo)航專業(yè)的航向臺、方位臺均位于跑道中線延長線上，需復(fù)核其凈空要求。近距無方向信標(biāo)臺距跑道著陸端的距離為900～1 200 m［3］，導(dǎo)航臺站上的雷達(dá)天線約有10 m高度，場坪時需復(fù)核天線高程。

2.2.2 確定用地范圍

用地包括永久用地和臨時用地。永久用地指工程建設(shè)直接需要的用地，一般包括飛行區(qū)用地、放坡用地、坡腳排水溝等永久設(shè)施所需用地。臨時用地包括凈空區(qū)需清障處理的用地、地基處理需臨時使用的用地等，這些臨時用地待工程竣工后歸還給原有方。

穩(wěn)定的用地需要施工圖完成后才能完全確定，因為在設(shè)計過程中，平面不斷優(yōu)化，場坪的縱橫坡率不斷調(diào)整，甚至整個機(jī)場的標(biāo)高都在調(diào)整，這勢必會影響放坡邊線的范圍。其次邊坡的坡率、排水邊溝的形式和尺寸、是否設(shè)置擋墻等也會影響用地的范圍。對于凈空處理區(qū)的臨時用地范圍，也會受到機(jī)場標(biāo)高的影響。

對于填方區(qū)坡腳的地基處理范圍，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性要求和處理方式的不同可能會處理到坡腳以外5 m，甚至10 m的范圍，對于整個機(jī)場來說，由于范圍很大，該部分是納入永久征地還是臨時用地值得設(shè)計時特別注意（圖1）。

對于填方邊坡，邊坡范圍可能會部分深入溝谷中，而沿著溝谷的原有排水路徑被截斷，匯集到邊坡坡腳區(qū)域的雨水會影響邊坡的穩(wěn)定。為了解決該問題，可以采取將上游填高或?qū)⒔財嗟牟糠指牧鳎@也會影響征地的范圍。

對于挖方邊坡，一般需在挖方的坡頂線一定范圍設(shè)置截水溝，在坡腳下設(shè)置排水溝，該部分的用地也會影響征地的范圍（圖2）。

雖然穩(wěn)定的用地范圍需要等到施工圖完成后才能確定，但由于機(jī)場范圍較大，征地工作需要提前開展。這就要求設(shè)計人員在各階段考慮充足、穩(wěn)定方案，做到用地范圍無大的變化。筆者建議征地可分批次進(jìn)行：一般任務(wù)書（可研）批復(fù)后，跑道的中心點、長度等指標(biāo)就已經(jīng)確定，首先可提供跑道、平行滑行道及中間平地區(qū)的范圍；待平面方案穩(wěn)定后可提供場坪范圍以內(nèi)的用地范圍；最后待設(shè)計方案完全穩(wěn)定后提供包含邊坡和排水溝的所有用地范圍。征地原則是“先征確定地，后征可能變動用地”“減少補征，避免征而不用”，在此過程中，應(yīng)與建設(shè)方多溝通，保證用地的動態(tài)穩(wěn)定。

2.3 土石方計算

機(jī)場土石方計算采用的是方格網(wǎng)法，常用的土石方計算軟件有飛時達(dá)、EICAD、HTCAD等。

2.3.1 方格網(wǎng)設(shè)置

土方計算的基礎(chǔ)資料是業(yè)主單位提供的方格網(wǎng)地形圖，該地形圖一般由業(yè)主單位委托具有相應(yīng)資質(zhì)的測量單位實測得到，地形圖上每20 m×20 m的方格格點均有標(biāo)高值。

在利用方格網(wǎng)地形圖計算前，首先應(yīng)根據(jù)機(jī)場各板塊的使用功能將整個場坪范圍劃分為飛行區(qū)道面影響區(qū)、飛行區(qū)土面區(qū)、營區(qū)和填方邊坡穩(wěn)定影響區(qū)。飛行區(qū)道面影響區(qū)指道肩兩側(cè)各外延1～3 m的范圍，填方區(qū)再按照1∶0.6～1∶0.4的坡率放坡至原地面［4］；填方邊坡穩(wěn)定影響區(qū)根據(jù)填土高度及原地基情況確定，通常為坡腳線內(nèi)外各5～10m長度范圍（圖3）。

根據(jù)功能分區(qū)確定區(qū)塊范圍后，應(yīng)將方格網(wǎng)設(shè)置為盡可能多地與提供的地形圖方格網(wǎng)一致，這樣計算采用的原始標(biāo)高值才能更準(zhǔn)確。對于不在地形圖方格網(wǎng)上的格點，應(yīng)結(jié)合等高線和周圍地形圖格點高程綜合確定。現(xiàn)在的軟件一般可以根據(jù)等高線和高程點插值得到格點高程，但為了避免機(jī)器誤差，也需進(jìn)行人工校對。

2.3.2 計算參數(shù)確定

方格網(wǎng)各格點的填挖高程計算公式為式（1）：

式中：Sh為方格網(wǎng)格點的表面設(shè)計高程（m）；Jh為道面結(jié)構(gòu)層厚度（m），道面區(qū)以外區(qū)域取值為0；Dh為方格網(wǎng)格點的天然地面標(biāo)高（m）；Ch為清除草皮土厚度（m）；Zh為壓實量（填方）或預(yù)留量（挖方）（m）。

表面設(shè)計高程根據(jù)地勢設(shè)計確定。道面結(jié)構(gòu)層厚度應(yīng)注意各道面區(qū)結(jié)構(gòu)層厚度是否一致，如停靠大飛機(jī)的停機(jī)坪較停靠小飛機(jī)的停機(jī)坪更厚。草皮土厚度根據(jù)具體情況確定，對于西南山區(qū)機(jī)場，道面區(qū)清除草皮土厚度一般取為0.5 m，土面區(qū)為0.3 m。填方區(qū)壓實量指在填方之前，對原地面進(jìn)行碾壓，以達(dá)到設(shè)計的壓實度要求，壓實后原地面下沉的高度值；挖方區(qū)預(yù)留量指挖方時不挖到設(shè)計高程，而預(yù)留一個高度值，以考慮碾壓沉降。通常道面區(qū)壓實量（預(yù)留量）取為0.06 m；土面區(qū)壓實量（預(yù)留量）取為0.04 m。

2.4 土石方調(diào)配

土石方調(diào)配的目標(biāo)是全場的土石方總量最省，而場內(nèi)的所有土石方總量達(dá)到平衡，無借方，也無不必要的棄方量。

土石方調(diào)配的土石方來源包括：

（1）圖面填挖方。圖面填挖方指按照理論計算得到的填挖方量。在納入土石方調(diào)配時需根據(jù)地勘資料和試驗段數(shù)據(jù)合理確定挖填比。

（2）地基處理和邊坡防護(hù)工程中的土石方。西南山區(qū)多河谷溝塘，對于場坪范圍內(nèi)淤泥軟土，地基處理常采用強夯置換、挖除換填或拋石擠淤等方法，相應(yīng)的換填材料及夯沉量需要納入土方調(diào)配中；若邊坡防護(hù)有片石混凝土擋墻形式且采用滿足片石材料要求的挖方區(qū)石料，則需納入調(diào)配中。

（3）排水工程中排水溝的挖土方。修筑排水溝一般是在完成場坪以后進(jìn)行反開挖，挖出的土方除了少部分用于排水溝回填外，其余均應(yīng)納入土石方調(diào)配中。對于新修機(jī)場，該部分土石方可能達(dá)到幾萬立方米。

（4）附屬工程。附屬工程中的土石方包括平行公路、巡場路道槽區(qū)的挖土方。軍用機(jī)場還包括校靶堤、防爆土堆等土石方量。

另需注意的是，清除的草皮土和淤泥應(yīng)考慮部分利用，利用部分可用于營區(qū)綠化，凈空區(qū)復(fù)耕等區(qū)域。

在進(jìn)行土方調(diào)配前，應(yīng)將所有參與調(diào)配的土石方計算清楚，表1是某機(jī)場項目所涉及的土石方量表。

式中：q1為挖填比例。根據(jù)地勘資料和試驗段數(shù)據(jù)確定；q2為清表土利用率；q3為淤泥軟土利用率。

理想的情況是可利用挖方和壓實填方的數(shù)量相等，這樣除了部分含草根樹樁的草皮土需要外棄之外，場內(nèi)土石方是平衡的。實際設(shè)計時很難一次性做到，設(shè)計時需不斷進(jìn)行地勢優(yōu)化，調(diào)整調(diào)配數(shù)量。

3 結(jié)束語

地勢設(shè)計及土石方計算是機(jī)場設(shè)計的前提，也是基礎(chǔ)。地勢及土石方工程是系統(tǒng)性工程，涉及專業(yè)眾多。設(shè)計者需要有統(tǒng)籌規(guī)劃的大局觀和細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，抽絲剝繭，不斷優(yōu)化，才能使地勢設(shè)計合理，土石方總量最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 李光元，樓設(shè)榮，許巍.機(jī)場地勢設(shè)計［M］.北京：人民交通出版社，2014.

［2］ 民用機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： MH5001-2021［S］.

［3］ 民用航空通信導(dǎo)航監(jiān)視臺（站）設(shè)置場地規(guī)范 第一部分：導(dǎo)航： MH/T4003.1-2014［S］.

［4］ 民用機(jī)場巖土工程設(shè)計規(guī)范： MH/T5027-2023［S］.