山区机场高填方地基填挖交界处理技术研究

作者:周立新 皮进 李丽伟 黄晓波
单位:中基北方国际工程技术有限公司 北京泰斯特工程检测有限公司 中国水利水电科学研究院
摘要:削峰填谷高填方机场工程建设中, 存在大量高填方填挖交界区域, 地基处理不当易出现不均匀沉降, 导致高填方机场道面在填挖交界沿线出现断裂破坏。以西北某山区高填方机场工程为例, 采用挖方区缓坡过渡段、交界处两侧强夯处理、土工布 (格栅) 和土工格室加筋处理等填挖交界地基处理技术, 对该机场高填方填挖交界区域进行地基处理, 并设置沉降监测点。沉降监测数据表明, 经过半年自然沉降后, 该高填方填挖交界处的沉降量满足规范和设计要求。
关键词:机场工程 地基 缓坡 处理 土工格栅 施工技术
作者简介:周立新, 高级工程师, 国家注册土木工程师 (岩土) , E-mail:lisin_zhou@sina.com; *皮进, 博士, 工程师, E-mail:276663484@qq.com;
基金:国家自然科学基金 (41772337);

 

0 引言

随着山区土地资源的开发,大量高填方机场修建于山区,削峰填谷是山区高填方机场建设设计时常用的方式之一[1],在削峰填谷过程中,必然存在大量的填挖交界,填挖交界指地基填方和挖方施工均达到设计标高时,在填方区和挖方区形成整体平面后,填方与挖方相互交界的区域。在山区公路工程建设过程中,填挖交界因路基的不均匀沉降导致路面出现破坏[2],目前主要采用土工材料在填挖交界处分层铺设约束填土,减小路基不均匀沉降[3,4,5]。不同于公路地基,削峰填谷高填方机场工程建设中,高填方填挖交界存在高差大、沿线长、填挖交界区域相互交错等特点,不均匀沉降更显著,若处理不当易导致高填方机场道面在填挖交界沿线处出现断裂破坏。目前对高填方填挖交界的地基处理研究较少,因而开展机场高填方填挖交界处的地基技术研究,合理调节填挖交界两侧的不均匀沉降,对保证上部结构的功能完整性,具有重要的工程意义。

1 挖方区缓坡处理技术

填挖施工接近填筑设计标高时,如图1所示,距设计标高1.000~3.000m (可依据挖方区的地质情况和挖方区面积的大小综合确定) ,随填筑施工的进行,在挖方区一侧开挖缓坡过渡段,坡度比1∶8~1∶10,超挖部分回填后,逐层按设计要求压实填筑。设置挖方区缓坡过渡段可有效调节填挖交界处较短距离内的沉降差,特别是石质山体的岩石地基,对保证道面稳定起良好效果。

图1 挖方区缓坡过渡段处理

图1 挖方区缓坡过渡段处理

Fig.1 The treatment of excavation area slope transition section

2 交界处两侧强夯处理

土质高填方山体 (如湿陷性黄土地区) 在填挖交界处,除处理挖方区缓坡过渡段外,还可结合正常的地基处理,在交界处两侧一定范围内开展强夯处理,更好调节填挖方交界处的强度和沉降差异[6],如图2所示。强夯处理要求如下。

图2 填挖方交界处两侧强夯处理

图2 填挖方交界处两侧强夯处理

Fig.2 Dynamic consolidation treatment on both sides of the junction of filling and excavating

1) 强夯应填挖交界处两侧10m范围,具体范围可依据挖方后的地质情况及填挖方区面积大小综合确定。

2) 强夯能级一般可定为2 000~3 000kN·m,具体可根据挖方后的地质情况及设计需要处理深度而定。

3) 施工中,强夯2遍,第2遍夯点位于第1遍四夯点间,夯击12~14击,夯点间距4~5m,呈正方形布置。

4) 根据夯沉量收敛情况进行双控,即最后2击夯沉量之差≤5cm,夯沉量之和≤10cm,不满足上述要求应追加击数。

5) 夯后面层一般采用满夯 (能级800~1 000kN·m) 处理,在场地条件允许的情况下采用冲击压实处理 (冲压24~30遍) 。

3 土工材料加筋处理

土工合成材料埋在土体中可分散土体应力、增大土体模量、传递拉应力、限制土体侧向位移;还增加土体和其他材料间的摩擦阻力、提高土体及有关构筑物的稳定性。在填挖交界处采用土工材料加筋处理主要是使用土工布 (格栅) 和土工格室加筋处理2种方式[7,8]

3.1 土工布 (格栅) 加筋处理

土工布 (格栅) 加筋处理主要在填挖交界处两侧10m范围,深度在设计标高下1.000m处。土工布 (格栅) 加筋处理断面如图3所示,其施工要点有: (1) 土工布 (格栅) 加筋可在一定程度上调节填挖交界处两侧的差异沉降; (2) 在强夯处理的地基下铺设土工布 (格栅) 应按先强夯处理后开挖铺设的原则进行; (3) 土工布 (格栅) 的技术指标可根据实际情况确定,其铺设应平展顺直,相互搭接≥30cm。

图3 土工布加筋断面

图3 土工布加筋断面

Fig.3 The cross sectional of reinforced geotextile

3.2 土工格室加筋处理

土工格室是一种采用高强度聚合物片材,经超声波焊接或铆接等方法连接,展开后呈蜂窝状的三维立体网格结构材料。与填料相互作用、共同工作,形成相当大的抗弯、抗拉和抗剪强度的复合整体。在应力扩散效应、侧向约束效应、网兜效应等作用下,对调整地基不均匀沉降、提高基层的抗拉性能、减小基底压力和提高土基回弹模量等方面起重要作用[9]

以单层土工格室为例,土工格室结构层设计为1层总厚度20cm的加筋,格室内充填砂砾石,分层施工。土工格室加筋结构如图4所示。

图4 土工格室加筋结构

图4 土工格室加筋结构

Fig.4 Reinforced structure of geotechnical grid

机场高填方工程中,常出现部分冲沟由于狭窄造成不均匀沉降差不能满足设计要求的状况。采用1层或多层土工格室加筋沿道槽方向铺设 (见图5) ,从而消除或减少不均匀沉降。

图5 沟谷中土工格室加筋断面

图5 沟谷中土工格室加筋断面

Fig.5 The cross section of reinforced by geotechnical grid in gully

土工格室处理的技术要点如下。

1) 铺设土工格室前应平整好填方地基,保证顺平,便于施工。

2) 受工厂制作、运输条件的限制,由若干组土工格室组合而成。各组间可用多种连接方式,如现场焊接、现场铆接、打孔穿绳连接、U形钉和专用插件连接等。

3) 张拉土工格室土工格室的横向端部应每隔1m用钢筋牢牢固定在下面的土基中,钢管直径>10~14mm,入土深度>30~50cm,上端最好焊有弯钩,以防止格室受拉时向上滑出。纵向每隔10格打入1根定位土钉或木桩以保证完全展开。施工时格室的延伸端可用伸张器框架相连,用卷扬机或其他设备适当拉紧,以保证格室完全拉开并受到一定的拉力 (以抗拉强度10%以下控制) 。

4) 充填级配碎石通过人工或装载机,采用逐步推进法向格室中填筑级配碎石 (最大粒径不超过单个格室边长的2/3) ,直至充满并超越格室顶端。填料的落距宜≤1m,且捣实整平。按压实后格室顶部应有厚度>5cm的碎石保护层,以控制填料的虚铺厚度,以防止车辆和压实设备破坏格室。

5) 碾压密实使用可振动压路机压实,格室内的土体密实度按重型击实标准95%或固体体积率83%控制。

4 沉降监测

西北某机场高填方填挖交界处经上述处理方法处理后,进行沉降监测。分别在填挖交界沿线两侧填方区和挖方区每隔50m各布置1个表面沉降监测点,同时沿跑道两侧每隔50m各布置1个表面沉降监测点。监测结果表明,填挖交界处挖方区内监测点累计沉降量非常小,半年最大累计沉降量为1.99mm,挖填交界处填方区监测点累计沉降量也非常小,半年最大累计沉降量为6.54mm,其他区域半年最大累计沉降量为61.72mm,经过计算,整个场区填筑体不均匀沉降满足规范[10]和设计要求。

5 结语

1) 挖方区缓坡过渡段可有效调节填挖交界处较短距离内的沉降差,对保证道面稳定性具有良好效果,其设置应在距离设计标高1.000~3.000m时的挖方侧进行。

2) 填挖交界处两侧强夯可有效增强土体强度、控制差异沉降,夯击范围及强夯参数应视地质情况及填挖方面积综合确定。

3) 土工布 (格栅) 加筋处理主要在填挖交界处两侧10m范围,深度在设计标高下1.000m的填挖方交界处;土工格室加筋处理应外延至挖方侧10~20m范围内进行。

4) 根据以上3种处理方式对西北某机场高填方工程填挖交界处进行施工处理,沉降监测结果表明高填方填挖交界处的沉降满足规范和设计要求。

 

参考文献[1]何光武, 周虎鑫.机场工程特殊土地基处理技术[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[2]马强, 李丽华, 肖衡林.挖填交界区格栅加筋路堤的试验和数值模拟分析[J].岩土力学, 2013 (10) :3011-3017.

[3]周志刚, 郑健龙, 李强.土工加筋材料处治填挖交界路基非均匀沉降设计方法研究[J].中国公路学报, 2003, 16 (1) :27-31.

[4]周志刚, 郑健龙, 李强.土工格网处治填挖交界路基非均匀沉降的现场检测研究[J].公路交通科技, 2003, 20 (2) :16-19.

[5]郝行舟, 申霖, 王选仓.土工格栅处治填挖交界路基不均匀沉降技术研究[J].中外公路, 2007, 27 (5) :56-58.

[6]强屹力.高填方填筑体压实效果检测与分析[J].施工技术, 2018, 47 (1) :92-96.

[7] 郝行舟, 申霖.土工格栅处治填挖交界路基不均匀沉降技术研究[J].中外公路, 2007, 27 (5) :56-58.

[8]杨晓华, 俞永华.土工格室在太古公路路基不均匀沉降病害处治中的应用[J].重庆交通学院学报, 2004, 23 (5) :27-29.

[9]周志刚, 郑健龙.土工格室处理填挖交界路基非均匀沉降的机理分析[J].岩土工程学报, 2002, 24 (5) :576-579.

[10] 中国民用航空总局机场司.民用机场飞行区土 (石) 方与道面基础施工技术规范:MH 5014—2002[S].北京:中国计划出版社, 2002.
Treatment Technology for Filling and Excavating Junction of High Filling Foundation in Mountainous Airport
ZHOU Lixin PI Jin LI Liwei HUANG Xiaobo
(Zhongji North International Engineering Technology Co., Ltd. Beijing Taisite Engineering Testing Co., Ltd. China Institute of Water Resources and Hydropower Research)
Abstract: In the construction of high filling airport with peak cutting and valley filling, there are a large number of high filling and excavation junction areas. Taking a high filling airport project in a mountainous area in Northwest China as an example, the foundation treatment technology at the filling-excavating junction is adopted, such as gentle slope transition section in excavation area, dynamic compaction treatment on both sides of the junction, geotextile ( grid) and geocell reinforcement treatment, and the settlement monitoring points are set up. Settlement monitoring data shows that after half a year of natural settlement, the settlement at the filling-excavation junction of the high fill meets the requirements of specifications and design.
Keywords: airport buildings; foundations; slope; treatment; geogrid; construction;
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