西南山區機場地勢及土石方工程設計要點簡析

摘要：從機場地勢設計的目標出發，結合西南山區多山丘溝壑的特點，分析了西南山區機場地勢設計和土石方計算的原則和要點，以此為西南山區類似機場的設計提供參考。

關鍵詞：山區機場； 地勢及土石方； 設計要點

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場場道工程設計和研究工作。

0 引言

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

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

1 地勢設計原則

1.1 滿足規范要求

民用運輸機場、軍用永備機場、公路跑道等雖然功能板塊組成不盡相同，但地勢設計均為首先保證飛機起飛、著陸和滑行的安全。各類型的機場均有各自的規范標準，在進行相應設計時需要遵照執行。

1.2 滿足排水要求

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

1.3 減少土石方工程量，節省投資

地勢設計時應盡量減少工程總的填挖方工程量，并在設計過程中優化土石方的調運距離，使得運距盡可能短。地勢設計時還應結合地勘資料，減少爆破等開挖方式的使用，節省工程投資。

1.4 滿足地基處理的需求

山區機場的地勢設計不僅需要考慮高填深挖引起的特殊地基處理，還應考慮河流溝谷、魚塘水庫等帶來的特殊地基處理工程，使地基的穩定性、壓實度等指標符合要求。

1.5 滿足機場遠期發展的需求

機場地勢設計時還需要考慮機場遠期的發展，保證遠期的施工能盡量不影響現在已施工或已投入使用的工程，并且使得遠期預留的工程造價最省。

2 地勢及土石方工程設計要點

地勢設計是一項系統工程，土方計算則是在地勢設計的基礎上進行的詳細計算，其中有一些注意事項需要特別關注。

2.1 明確機場功能定位

機場的功能定位決定了機場的規模，從而決定了地勢場坪的設計范圍。

2.1.1 機場性質

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

2.1.2 明確機場保障機型的種類

機型種類不僅影響著機場的基礎長度、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。在設計中應以批復中的保障機型為設計機型，同時應注意是長期保障還是滿足偶爾協轉或是迫降使用。

2.1.3 明確機場的飛行程序

飛行程序是保障飛機飛行路線、高度和機動的規定，對于機場設計來說至關重要。平原機場，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凈空要求。而山區機場，由于地形復雜，為了節省投資，則可能適當降低要求。如只保障主起主降方向嚴格按照規范執行，次降方向降低要求，不完全執行規范條文。

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，應充分比較各分項工程是分別進行平整經濟還是合并一起平整后土石方統一進行調配經濟。一般來說，民航的航站樓區離飛行區較近，土石方統一調配后造價更優，所以需要統一平整；軍航的外場營區一般在機坪區附近，需納入飛行區一起平整，而內場營區一般離飛行區較遠，則需單獨進行場地平整。

平整范圍除了考慮場道專業的規范要求外，還需充分考慮其余專業需求：

（1）助航燈光專業：進近燈光系統根據機場等級在跑道端設置高桿燈，這對端凈空會產生影響。如I類精密進近燈光系統，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對接助航燈光燈桿高程是否滿足凈空需要。

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

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

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直接需要的用地，一般包括飛行區用地、放坡用地、坡腳排水溝等永久設施所需用地。臨時用地包括凈空區需清障處理的用地、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。

穩定的用地需要施工圖完成后才能完全確定，因為在設計過程中，平面不斷優化，場坪的縱橫坡率不斷調整，甚至整個機場的標高都在調整，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、是否設置擋墻等也會影響用地的范圍。對于凈空處理區的臨時用地范圍，也會受到機場標高的影響。

對于填方區坡腳的地基處理范圍，根據邊坡穩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，匯集到邊坡坡腳區域的雨水會影響邊坡的穩定。為了解決該問題，可以采取將上游填高或將截斷的部分改流，這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置截水溝，在坡腳下設置排水溝，該部分的用地也會影響征地的范圍（圖2）。

雖然穩定的用地范圍需要等到施工圖完成后才能確定，但由于機場范圍較大，征地工作需要提前開展。這就要求設計人員在各階段考慮充足、穩定方案，做到用地范圍無大的變化。筆者建議征地可分批次進行：一般任務書（可研）批復后，跑道的中心點、長度等指標就已經確定，首先可提供跑道、平行滑行道及中間平地區的范圍；待平面方案穩定后可提供場坪范圍以內的用地范圍；最后待設計方案完全穩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，應與建設方多溝通，保證用地的動態穩定。

2.3 土石方計算

機場土石方計算采用的是方格網法，常用的土石方計算軟件有飛時達、EICAD、HTCAD等。

2.3.1 方格網設置

土方計算的基礎資料是業主單位提供的方格網地形圖，該地形圖一般由業主單位委托具有相應資質的測量單位實測得到，地形圖上每20 m×20 m的方格格點均有標高值。

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

根據功能分區確定區塊范圍后，應將方格網設置為盡可能多地與提供的地形圖方格網一致，這樣計算采用的原始標高值才能更準確。對于不在地形圖方格網上的格點，應結合等高線和周圍地形圖格點高程綜合確定。現在的軟件一般可以根據等高線和高程點插值得到格點高程，但為了避免機器誤差，也需進行人工校對。

2.3.2 計算參數確定

方格網各格點的填挖高程計算公式為式（1）：

式中：Sh為方格網格點的表面設計高程（m）；Jh為道面結構層厚度（m），道面區以外區域取值為0；Dh為方格網格點的天然地面標高（m）；Ch為清除草皮土厚度（m）；Zh為壓實量（填方）或預留量（挖方）（m）。

表面設計高程根據地勢設計確定。道面結構層厚度應注意各道面區結構層厚度是否一致，如停靠大飛機的停機坪較停靠小飛機的停機坪更厚。草皮土厚度根據具體情況確定，對于西南山區機場，道面區清除草皮土厚度一般取為0.5 m，土面區為0.3 m。填方區壓實量指在填方之前，對原地面進行碾壓，以達到設計的壓實度要求，壓實后原地面下沉的高度值；挖方區預留量指挖方時不挖到設計高程，而預留一個高度值，以考慮碾壓沉降。通常道面區壓實量（預留量）取為0.06 m；土面區壓實量（預留量）取為0.04 m。

2.4 土石方調配

土石方調配的目標是全場的土石方總量最省，而場內的所有土石方總量達到平衡，無借方，也無不必要的棄方量。

土石方調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。在納入土石方調配時需根據地勘資料和試驗段數據合理確定挖填比。

（2）地基處理和邊坡防護工程中的土石方。西南山區多河谷溝塘，對于場坪范圍內淤泥軟土，地基處理常采用強夯置換、挖除換填或拋石擠淤等方法，相應的換填材料及夯沉量需要納入土方調配中；若邊坡防護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石料，則需納入調配中。

（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，其余均應納入土石方調配中。對于新修機場，該部分土石方可能達到幾萬立方米。

（4）附屬工程。附屬工程中的土石方包括平行公路、巡場路道槽區的挖土方。軍用機場還包括校靶堤、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考慮部分利用，利用部分可用于營區綠化，凈空區復耕等區域。

在進行土方調配前，應將所有參與調配的土石方計算清楚，表1是某機場項目所涉及的土石方量表。

式中：q1為挖填比例。根據地勘資料和試驗段數據確定；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，場內土石方是平衡的。實際設計時很難一次性做到，設計時需不斷進行地勢優化，調整調配數量。

3 結束語

地勢設計及土石方計算是機場設計的前提，也是基礎。地勢及土石方工程是系統性工程，涉及專業眾多。設計者需要有統籌規劃的大局觀和細致嚴謹的作風，抽絲剝繭，不斷優化，才能使地勢設計合理，土石方總量最優。

參考文獻

［1］ 李光元，樓設榮，許巍.機場地勢設計［M］.北京：人民交通出版社，2014.

［2］ 民用機場飛行區技術標準： MH5001-2021［S］.

［3］ 民用航空通信導航監視臺（站）設置場地規范 第一部分：導航： MH/T4003.1-2014［S］.

［4］ 民用機場巖土工程設計規范： MH/T5027-2023［S］.