九寨黄龙机场高填方施工技术

2010-08-20张东宁

山西建筑 2010年7期

田昊张东宁

1 概况

四川九寨黄龙机场地处高原高寒地带,场址位于四川省阿坝州松潘县川主寺镇东北11 km的高地斜坡上,地处青藏高原东缘高寒季风气候区,一年中1月～4月和11月～12月属于冰冻期,冻深80 cm～100 cm;场区海拔3 400 m～3 500 m,道面高程3 430 m。该机场具有“三高四不利”的特点。“三高”是指海拔3 430 m,基本烈度8.1度,最大填方高度104 m(国内机场第一,世界少有),土石方挖填总量5 856万m3;“四不利”是指土石方顺坡填筑,地下水丰富,原地基表面普遍存在3 m～10 m的软弱土层(见图1),土石方施工期仅14个月,对高填方体的变形和稳定性有很大的影响。本文以该机场高填方体施工为实例,针对山区高填方的结构特点,采取不同的填筑施工方法进行阐述。

2 地基处理

针对机场软基厚度大,且分布极不均匀的特点,采取强夯(主要是置换强夯)、碎石桩、换填和碾压四种地基处理方案(见表1,图2)。

2.1 碎石桩处理软基

由于A区中的软弱土层厚度大,分布区域较小,主要在元山子沟和设计沟。经过四种地基处理方案的对比,采用碎石桩方案切实可行。采用碎石桩方式成桩是指用振动或冲击荷载将底部装有活瓣式桩靴的桩管挤入地层,在软弱地基中成孔后,再将碎石从桩管投料口处投入桩管内,然后边振动边反复插拔桩管,形成密实碎石桩,并与桩周土体一起形成复合地基。碎石桩对地基土的加固除挤密作用外,桩体孔隙水排除提供了良好通道(排水固结作用),这对于软土地基的固结变形是非常有利的。

表1 软弱层厚度分区与地基处理

2.2 强夯处理软基

强夯的处理形式有直接强夯和置换强夯两种,直接强夯就是在原地面不辅加(或仅辅加薄层)材料进行强夯,置换强夯是在原地面辅加较厚垫层进行强夯。强夯荷载可以看作中高速冲击循环荷载,对土体的加固除冲击压密作用外,还有在冲击波作用下产生的超静空隙水压力在加载结束后消散,土体固结。置换强夯在夯击过程中形成了复合地基,且垫层料的夯入使冲击波向深部传递,并为土体内孔隙水压力排除提供了良好通道,大大提高了地基的加固效果。

2.3 换填

换填主要用于机场高填方体的道槽区、高填方体坡脚等关键部位,并辅于强夯和分层碾压进行。为减小高填方地基沉降变形和提高填筑体稳定性,针对元山子沟道槽区和设计沟坡脚软弱土层厚度大于10 m的部位进行换填处理,回填料为砂砾石土,从上向下逐层回填并进行振动碾压,辅层厚度一般为0.3 m～0.6 m,底层压实度为85%～90%,上部层位压实度可达98%,当回填厚度达到4 m时进行强夯加固。

2.4 碾压法

土方开挖完后,首先人工捡除砖石、瓦块及硬质杂物和有机质植物,再采用平地机整平3遍;其次,用灰土路拌机打土2遍;再次,人工捡除砖石、瓦块及硬质杂物和有机质植物;最后,利用小型压路机(ZDY-3)压平 2遍,人工跟随修补局部湿软坑槽,用铁锹拍实,确保基地平整。

3 填筑施工

九寨黄龙机场填方的砂砾石填料主要呈红色、灰白色,由卵砾、砂和粉质黏土组成,粗粒料(粒径 d＞5 mm)含量一般为35%～85%,粘粒(粒径 d＜0.074 mm)含量小于25%,巨粒料(粒径d＞60 mm)含量少,颗粒级配基本连续。为合理调配填料和填筑施工,采用全液压牵引式振动压路机(轮径1.5 m,宽2.0 m,自重22 t,激振力 89 t,碾压速度为2 km/h～3 km/h)进行碾压实验。结果见图3,从中可以看出,砂砾石填料的最佳碾压遍数应为6遍～8遍,而压实度取决于填料的含水量(见表2)。

表2 不同压实度区砂砾石料含水量(松铺厚度40 cm)

元山子沟高填方体填筑加载过程如图4所示,加载过程可划分为6步。第1步为坡脚部位和坡体中后部位各自独立加载阶段,在两个加载体之间形成一高台阶,最大高差可达47 m;第2步主要在坡体中部加载,从2001年9月11日～2001年11月20日,最大填筑厚度达50.55 m,日平均加载速率为0.722 m/d,而坡体后部加载速率明显较小;第3步为坡体中后部加载阶段,坡体前部加载速率相对较小;第4步为坡面快速加载阶段,日平均加载速率可达0.73 m/d;第5步为坡顶加载阶段;第6步则在道槽区进行了厚达3.0 m的堆载预压。

根据九寨黄龙机场场区地形地貌实地勘察研究,得出填方高度最大的中部高填方区由南北两条次级支沟构成,且沟口部位为“锁扣”地形,利于填筑体稳定;对高填方体底部的软弱土进行处理,采取以盲沟排水、碎石桩、块碎石强夯、振动碾压和换填处理。

4 质量控制

1)各个施工单位树立“百年大计、质量第一”的质量管理理念,认真进行施工自检监理旁站的质量控制体系。2)依据民航规范要求,进行第三方独立抽检,九寨黄龙机场土石方工程的压实度检测多达10万余次,有效控制了大型土石方施工填筑质量。3)九寨黄龙机场土石方每填筑6 m就进行动力触探和波速测试再检测,对局部填筑体的薄弱环节进行高能量级强行补强施工。4)加强后期的总体质量检测。先后进行了深层沉降观测和道面沉降观测、深部位移观测和坡面位移观测、空隙水压力观测、坡脚部位水位观测和盲沟出水量观测,以及坡体形态巡视观测。