山区机场改扩建工程填方边坡支护方案比选分析

周春锋 杨彪 黄金

摘要：文章结合西南某机场改扩建工程，分析比较了自然放坡、加筋陡坡、抗滑桩等不同处理方法的效果及优劣，介绍了碎石桩地基处理与土工合成材料加筋在山区填方边坡支护中的应用，可为其它类似改扩建工程提供参考。

关键词：机场;改扩建工程;人工填土加筋土坡;碎石桩

中图分类号：U416.14 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.052

文章编号：1673-4874（2019）09-0184-04

0引言

随着经济建设的发展，我国越来越多的工程项目进入改扩建阶段。由于各种条件限制，前期工程建设中产生的人工填土层，具有均匀性差、厚度大、孔隙率高、压缩性大、强度低、稳定性差等特点，给后期改扩建工程带来了巨大的困难。

针对深厚的填工，工程中常常采用强夯法、CFG桩、碎石桩等方法进行地基处理与边坡支护，或者采用抗滑桩、加筋土坡收坡，减小填方量。各种处理方法均有其自身的适用条件，改扩建工程一般限制因素较多，需要结合各方案的工艺特点、场区条件综合考虑确定处理方案。

本文针对西南山区某机场改扩建工程填方边坡，比较了各种处理方案的优劣，提出了优选方案。

1工程概况

1.1机场概况

该机场跑道长2400m，宽45m，海拔近1900m，研究區域位于机场飞行区西北端，填方高约20m，研究区域附近围场路、排水沟、场外乡村道路、助航灯光铁塔等构筑物多，场地狭窄，施工受限。

1.2 工程地质条件

研究区域西侧地势较高，平整时开挖，北侧地势逐渐降低，为斜坡冲沟，为填方区。海拔1853.36-1917.39m，最大相对高差约64.03m。地形坡度多介于15°-25°，局部地形较陡。见图1。

地区的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。

根据勘察资料，现地表为近期形成的人工填土层，其下为第四系坡洪积相的黏性土，下伏印支期花岗岩。

素填土（Q）：由黏性土混含全风化花岗岩、角砾、碎石组成，最大粒径约为2.00-4.00cm，结构松散，力学性质不均匀，为机场建设时整平场地堆填形成，未经严格分层压实，层厚0.80-23.00m，平均厚度为9.49m。

粉质黏土（Qd）：可塑状态，稍湿～湿，干强度中等、韧性中等，平均厚度为2.60m。

全风化花岗岩（r5）：钻探岩芯多呈粉砂及粉工状，少量为角砾状、碎石状及土状。厚度3.60-47.30m，平均厚度为17.06m。

强风化花岗岩（y’5）：岩芯呈碎石、碎块状，层厚约1.2m.

1.3水文地质条件

场地雨季稳定水位在0.00-11.60m，地下水位变化幅度约2.50-3.00m，流量受季节性控制，动态变化大。

上层滞水主要赋存于第四系松散人工填土中，富水程度差异较大，水量主要受季节性降水补给。

孔隙型潜水主要赋有于全风化花岗岩地层孔隙中，总体属裂隙强含水层，地下水主要靠大气降雨及地表水渗流补给，含水层大多位于风化裂隙带范围内，富水性一般较强。

2填方边坡评价

2.1 边坡特征

填方区域坡顶到坡脚高差约18m，边坡区原一期抛填的素填土厚度较大（>7m），浸水后物理力学性质较差，局部坡面地形较陡，填方存在顺坡填筑的特征。因场地排水沟、道路等地势条件的限制，边坡上部设置高约4m加筋土挡墙收坡，挡墙外设置20m宽平台，设置排水沟和场外道路，道路外侧放坡至原地面。

2.2边坡稳定性评价

原边坡坡面约25°，经过计算，原边坡暴雨工况下边坡稳定性系数为1.105（Bishop法），处于基本稳定状态。素填土层为边坡稳定性控制地层，地基土不处理时，填方边坡按1：2放坡，边坡稳定系数为1.009;填方边坡按照1：3放坡，边坡稳定性系数为1.040，均不满足《民用机场岩土工程设计规范》（MH/T5027-2013）要求。

3支护方案比选分析

3.1支护方案拟定

（1）自然放坡+地基处理

因素填土性质较差，仅采用坡率法，边坡的稳定性系数不满足规范要求，需要对填土地基进行处理。本改扩建工程施工场地狭小，坡度大，净空限制严格，DDC桩和强夯置换法施工机械高大，不适宜本场区，而CFG桩成本较高。综合考虑采用技术成熟的碎石桩处理素填土层

填方边坡坡比为1：2，每10m高一级，边坡区采用φ0.5m的碎石桩处理素填土层。

（2）加筋土坡+地基处理

坡面采用坡比为1：1的土工格栅加筋土坡，土工格栅垂直间距为0.5m，格栅的长度和强度需满足边坡稳定性要求，坡面采用工工植生袋绿化。

（3）抗滑桩支护

采用抗滑桩支护，经计算边坡的剩余下滑力为851kN/m，采用长15m的抗滑桩，尺寸为2x3m，间距约5m。

3.2 支护方案比选

以上三种方案在边坡支护中应用较广，均可满足填方边坡稳定性的要求，不存在难度特别大的施工技术要求。本文从经济、工期、防护效果、绿化等多个方面进行比较，具体如表1所示。

对比表1可知，从经济性来看，三种方案成本差别不大，方案2地基处理范围较小，土工格栅成本较低。从抗滑能力来看，方案3抗滑桩抗滑能力最强，方案、部分区域存在贴坡填筑的特点，抗滑能力较弱。从施工难度来看，方案1施工难度最小，方案3需要在深厚素填土层人工挖孔，存在一定的风险，施工难度稍大，方案2需要分层铺设工工格栅，工序稍多，但是难度不大。从绿化环保角度来看，方案3边坡绿化难度大。

综合考虑工程成本、施工难度、抗滑效果以及绿化要求，加筋工坡+碎石桩处理地基方案较优。

4加筋土边坡设计与施工

4.1加筋土边坡设计

地层的主要参数根据勘察资料并结合类似工程经验确定，碎石桩处理后的复合地基参数按照《地基处理手册》计算得到，主要参数如表2所示。

根据《公路工工合成材料应用技术规范》方法计算土工格栅的长度和强度。采用Bisop法复核填方边坡整体稳定性，天然工况下加筋土边坡的稳定性系数为1.325，暴雨工况下边坡的稳定性系数为1.119，地震工况下边坡的稳定性系数为1.143，满足规范要求，具体如图2所示。

主要支护措施如下（如图3所示）：

（1）地基处理：采用碎石桩穿透素填土至全风化花岗岩1m深，碎石桩φ0.5m。中部素填土厚度较大区域间距为1.5m，素填工厚度较小区域间距为2.0m。碎石桩顶铺设0.5m厚碎石并铺设一层土工格栅。

（2）填方边坡：采用1：1加筋土坡填方边坡。上部工工格栅长22m，设计抗拉强度为50kN/m;中部工工格栅长18m，设计抗拉强度为100kN/m;底部工工格栅长约12m，设计抗拉强度为150kN/m。坡面采用土工格栅反包生态植生袋护坡并绿化。

（3）台阶开挖：当原地面坡度陡于1：5时，应开挖台阶，台阶宽度≥2m并满足铺设筋材长度的需要，高宽比宜≤1：2。台阶顶面向内倾斜，倾斜坡度>4%，并满足压实要求。

4.2 加筋土边坡施工

加筋工边坡的施工流程为：施工准备→测量放线→平台开挖→地基处理→坡脚处理→铺设土工格栅（各层）→设置反包土袋（各层）→填料摊铺（各层）→填料压实（各层）→检查回填土压实度和反包袋坡面（各层）变形监测→效果检验、验收。

施工过程中应在密实的填土上裁剪并安放土工格栅，留出格栅沿坡面反包的长度。土工格栅应该铺设平整，并拉直。填料应分层碾压密实，碾压要控制速度，避免搓动格栅。碾压时应避免压轮与格栅接触，以防格栅损坏。

5 结语

机场改扩建工程限制条件多，施工难度较大，特别是前期施工形成的深厚素填土处理难度大，成本高，具体的工程措施受成本、工期、現场施工条件、工程风险等因素影响，需充分考虑各方案的优劣和工程的关键影响因素才能优选出合适的支护方案和施工措施。采用碎石桩处理地基并采用加筋陡坡收坡可节省工程投资，增强边坡的稳定性，该方案可为山区深厚素填土填方边坡支护提供参考。