秦巴山区机场建设中存在的岩土工程问题研究

王 文 良

(1.中国民航机场建设集团公司西北分公司，陕西 西安 710075； 2.长安大学公路学院,陕西 西安 710064)

秦巴山区机场建设中存在的岩土工程问题研究

王 文 良1,2

(1.中国民航机场建设集团公司西北分公司，陕西 西安 710075； 2.长安大学公路学院,陕西 西安 710064)

秦巴山区某民用机场工程,场区地震烈度高、地形及地质条件复杂，降水丰富，为解决该工程中可能存在的岩土工程问题，对工程建设中存在的粗粒料特性、高填方变形、不均匀沉降等难题进行了分析研究，并提出了解决方案，以期为工程设计提供参考依据。

山区，粗粒料，沉降变形，边坡稳定

0 引言

甘肃某民用机场工程位于秦巴山区，属国家“十二五”重点项目，投资巨大，该工程对甘肃航空运输发展以及推动地方经济建设具有重要意义。根据初步的土方地势设计方案，该工程存在大量的填、挖方，最大填挖方高度均达45 m，土石方工程量达3 300万m3。场区地形地貌和地质条件复杂，粉质粘土及泥岩大面积分布，自然斜坡高陡、降水丰富，并且处于地震高烈度区。以上各种因素决定了该工程必然存在诸多的岩土工程问题。

1 存在的岩土工程问题

1.1 场地条件简介

1)水文气象条件。

场址地处秦岭南麓，秦巴山区。该地四季分明，属暖温带湿润气候。年平均气温11.7 ℃，极端最高气温37.3 ℃，极端最低气温-15.0 ℃。年平均降雨量621 mm，集中在7，8，9三个月，日最大降水量181 mm，年平均蒸发量493.8 mm。

地下水以孔隙潜水为主，局部为基岩裂隙水和上层滞水。主要含水层为粉质粘土层和强风化基岩层，粉质粘土层渗透系数0.02 m/d，强风化基岩层渗透系数0.02 m/d～0.06 m/d。

2)构造地质。

该地区内新构造运动比较活跃，以差异性升降运动为主，有多条活动断裂并发育有大量的滑坡。近场区内发育了规模不等的11条断裂，其中1条为中更新世～晚更新世活动断层，8条为早中更新世断裂，2条为前第四纪断裂。场区内无断裂构造，地壳基本稳定，抗震设防烈度为8度，基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第二组，为抗震一般地段。

3)工程地质条件。

拟建场地地层分4层，自上而下依次为：

③强风化基岩层(N2)：厚度2.30 m～5.40 m，依地形起伏变化较大，出露部位产状为65°/SE∠10°。半成岩，砖红色，以砂质泥岩为主，表层含少量钙质结核，分布有砂岩薄层。矿物成分以蒙脱石、绿泥石、高岭石、长石等为主，泥钙质胶结，岩体呈巨厚层状结构，岩石呈碎屑结构，块状构造，微裂隙及风化裂隙较发育，遇水易软化，致密。岩体基本质量等级为V级。

④中风化基岩层(N2)：厚度2.80 m～43.70 m(未穿透)，依地形起伏变化较大。矿物成分及岩石结构同③层。岩体基本质量等级为Ⅳ级。

1.2 存在的岩土工程问题

长期以来粗粒料引起的工程地质问题一直是全球性的难题。粗粒料的研究兴起于20世纪50年代后期，随着世界各国高土石坝工程的兴建，粗粒料被广泛应用，随着我国大型工程的广泛兴建，也不可避免的遇到了粗粒料特性问题，由于粗粒料具有物质组成的不均一性、颗粒破碎性、剪胀性、湿化性以及较强渗透性等诸多工程特性，加之岩土体中裂隙杂乱分布，使得各种大型粗粒料填筑工程显得异常困难。

拟建场地位于强风化岩层出露区，根据“填挖平衡、就地取材”的原则，填筑材料必然要采用挖方区粉质粘土与强、中风化岩组成的粗粒料。虽然各相关行业都对其进行了一定的研究，但尚处于初期阶段，并不十分成熟，在民航领域还没有专门研究。而且机场粗粒料高填方与土石坝工程仍有很大的区别，有些经验也不适用。

另外粗粒料造成的破坏是长期的、反复的和潜在的，而机场的建设周期又比较短，拟建机场工程填挖方高度均比较大，所以对于该工程而言，可能会遇到如下问题：

1)粗粒料的工程特性；2)机场高填方地基的稳定与变形(沉降与差异沉降)；3)高填方和深挖方边坡的稳定性；4)填挖交界面的处治。

1.3 对存在岩土工程问题的分析

1.3.1 粗粒料的工程特性

工程填筑材料采用挖方区粉质粘土与强、中风化泥岩组成的粗粒料，其工程特性决定了存在如下岩土工程问题：

1)粗粒料的级配。

由于粗细颗粒的不均一性，在填筑体粗粒料中，泥岩、砂岩的大颗粒作骨架时，细料粉质粘土充填孔隙，充填愈好，土体密度愈大，其抗剪强度愈高，沉陷变形愈小；反之，则沉陷变形大，不利于岩土体工程的稳定性。泥岩作为填料时，破碎粒径指标、填充粉质粘土的粘度特征、粘粒含量、粗细粒的比例关系等对高填方工程至关重要，应进行重点研究。

2)泥岩的遇水软化和崩解。

该工程粗粒料主要由泥岩组成，泥岩在一定的应力状态下浸水后，由于颗粒间被水润滑以及颗粒矿物浸水软化，颗粒发生相互滑移、破碎和重新排列，导致岩体软化；当水贯入泥岩的孔隙、裂隙中时，细小岩粒的吸附水膜便会增厚，部分胶结物会被软化或溶解，从而引起岩石颗粒的崩裂解体，产生岩土体变形失稳，使得控制地表沉降以及高填方边坡稳定性显得异常困难，因此研究泥岩遇水软化和崩解性对本工程的建设尤为重要。

3)粗粒料的蠕变特性。

粗粒料大多采用人工爆破等方法开采出来，往往存在很多微裂隙，加之棱角尖锐、填筑高，在高围压条件下产生蠕变，岩土体会沿着破裂面破碎，宏观上表现为开裂、折断或整块断裂等形式的颗粒破碎，从而引起高填方沉降变形以及边坡失稳等一系列岩土工程问题。

4)粗粒料的强渗透性。

粗粒料具有强渗透性，降水能较快的入渗填筑体，这在一定程度上加快了高填方破坏失稳的进程。因此应研究粗粒料的渗透特性，为坡面、道面的防水和排水设计方案提供依据。

5)粗粒料的施工工艺。

如何控制粗粒料填筑施工质量，如何确定其施工参数及采用哪种方法和控制指标对填筑体质量进行检测也是该工程存在的一个重要问题。

1.3.2 高填方变形

沉降变形是高填方工程中普遍存在，又没得到很好解决的问题，由于拟建机场工程填方高(预计最高达45 m)、荷载大且填料具备颗粒破碎性、剪胀性、遇水软化崩解、蠕变、强渗水性等诸多工程特性，地面沉降控制难度极大。如何去监测，如何埋传感器，在哪些位置埋设能够有效的监测，采取哪些措施既能经济有效、又能降低总沉降量和工后沉降量，是本机场工程建设的另一核心技术难题。

1.3.3 高边坡的稳定性

高填挖边坡稳定性是一个必须重视的问题，包括挖方区、填方区两部分。对于挖方边坡，由于场地地形复杂，自然坡度陡，高差大，开挖卸荷对边坡稳定性影响较大，加之岩土体强风化、胶结程度低、节理裂隙发育等特性，一旦降水沿裂隙入渗，极易导致边坡滑动破坏，因此，需对其进行研究。

对于填方边坡，由于本身填筑高，同时粗粒料具有颗粒不均一性、泥岩遇水软化、蠕变、强渗透性等工程特性，在外界诱发因素(降水、地震、施工振动等)的作用下，极可能引发失稳等岩土工程问题；因此，需要进行深入研究，采用不同的稳定性分析方法，探索粗粒料工程特性对边坡稳定性的影响程度，确定合理的填筑体边坡坡比。

同时，拟建场区位于地震高发区，抗震设防烈度为8度，考虑到该工程的重要性需提高1度设防，即按9度考虑。因此，需高度重视地震工况下边坡的稳定性。

1.3.4 填挖交界面的处治

受地形地貌的限制，该机场建设中存在多处填挖方交界面，不可避免的面临填挖交界的处治问题。从总体上看，填挖交界处具有材料或结构的不一致性，在纵向上刚度出现差异，加之原地层是倾斜的，一旦工程处治不当，极易产生不均匀沉降、填挖交界处发生偏移，甚至滑动破坏，对于填挖交界的有效处治问题是该机场建设中亟待解决的又一个难题。

2 岩土工程问题的解决方案

2.1 解决方案

由于该项目场地岩土工程条件的复杂性，仅靠室内试验参数进行数值计算及分析是不能满足要求的，通过现场试验与室内研究相结合的方案，结合实际工程，采用室内试验、现场试验、原位监测、理论分析与数值模拟相结合的手段，对该机场工程存在的岩土工程问题进行综合研究，是解决问题的最佳途径。

2.2 试验研究的技术路线

该处理方案的技术路线概括为：首先开展文献调研，收集资料，对研究现状、类似实例进行调查分析，寻求突破点进行初步研究；其次对粗粒料高填方工程技术方案进行初步论证，确定粗粒料高填方工程试验研究方案；再次进行粗粒料的工程特性试验及高填方稳定性理论分析，根据分析展开现场试验段研究，包括现场的模型试验、检测及监测等；并在此基础上探讨粗粒料工程特性的分析方法与处理对策，提出与粗粒料工程特性相适应的高填方问题的处理对策，通过高填方变形监测，对地基的稳定性做出准确评价，同时提出控制高填方沉降变形的工程措施，预测高填方的工后剩余沉降量，对研究结果进行初步总结，得出初步结论，进行粗粒料加筋处理与土方设计，待土方工程结束后对全场重要部位进行变形监测，并对试验段的监测数据进行处理分析，同理论分析及数值计算进行比较，验证所提出的分析方法与工程处理对策方法，必要时予以修正；最后编写试验研究总结报告。总技术路线如图1所示。

3 结语

秦巴山区的机场工程岩土工程问题十分复杂，有针对性的进行与工程实际相结合的试验研究是十分必要的，可以为工程设计和施工提供技术依据和指导，保证工程的顺利进行。现场试验段试验与室内研究相结合的方式，是解决该机场问题的最佳途径。该研究的顺利进行可以使机场建设在质量上更为可靠，技术上更为先进，经济上更加节约。

[1] 中国民航机场建设集团公司.甘肃某机场建设项目预可行性研究报告[R].

[2] 甘肃水文地质工程地质勘察院.民用机场飞行区岩土工程勘察报告[R].

[3] GB/T 50123-1999，土工试验方法标准[S].

[4] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[5] JGJ 79-2012，建筑地基处理技术规范[S].

[6] GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[7] 马 克.高填方建设场地若干岩土工程问题研究[D].南宁：广西大学硕士学位论文，2010.

Study on geotechnical engineering problems of airport in Qinba mountains area

WANG Wen-liang1,2

(1.TheNorthwestSubsidiaryCompanyofCACC,Xi’an710075，China; 2.SchoolofHighway,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)

The a civil airport engineering in Qinba mountainous area, had high area earthquake intensity, complex topography and geological conditions, abundant rainfall, for solving the may existed geotechnical engineering problems in this project, this paper analyzed and researched the existed coarse aggregate characteristics, high embankment deformation, uneven settlement and other difficult problems in engineering construction, and proposed solutions, in order to provide reference for engineering design.

mountain, coarse aggregate, settlement deformation, slope stability

1009-6825(2014)30-0076-03

2014-08-19

王文良(1981- )，男，工程师，注册岩土工程师，在读博士

P642

A