王 文 良

(1.中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司西北分公司，陜西 西安 710075； 2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西 西安 710064)

秦巴山區(qū)機(jī)場(chǎng)建設(shè)中存在的巖土工程問(wèn)題研究

王 文 良1,2

(1.中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司西北分公司，陜西 西安 710075； 2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西 西安 710064)

秦巴山區(qū)某民用機(jī)場(chǎng)工程,場(chǎng)區(qū)地震烈度高、地形及地質(zhì)條件復(fù)雜，降水豐富，為解決該工程中可能存在的巖土工程問(wèn)題，對(duì)工程建設(shè)中存在的粗粒料特性、高填方變形、不均勻沉降等難題進(jìn)行了分析研究，并提出了解決方案，以期為工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

山區(qū)，粗粒料，沉降變形，邊坡穩(wěn)定

0 引言

甘肅某民用機(jī)場(chǎng)工程位于秦巴山區(qū)，屬?lài)?guó)家“十二五”重點(diǎn)項(xiàng)目，投資巨大，該工程對(duì)甘肅航空運(yùn)輸發(fā)展以及推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。根據(jù)初步的土方地勢(shì)設(shè)計(jì)方案，該工程存在大量的填、挖方，最大填挖方高度均達(dá)45 m，土石方工程量達(dá)3 300萬(wàn)m3。場(chǎng)區(qū)地形地貌和地質(zhì)條件復(fù)雜，粉質(zhì)粘土及泥巖大面積分布，自然斜坡高陡、降水豐富，并且處于地震高烈度區(qū)。以上各種因素決定了該工程必然存在諸多的巖土工程問(wèn)題。

1 存在的巖土工程問(wèn)題

1.1 場(chǎng)地條件簡(jiǎn)介

1)水文氣象條件。

場(chǎng)址地處秦嶺南麓，秦巴山區(qū)。該地四季分明，屬暖溫帶濕潤(rùn)氣候。年平均氣溫11.7 ℃，極端最高氣溫37.3 ℃，極端最低氣溫-15.0 ℃。年平均降雨量621 mm，集中在7，8，9三個(gè)月，日最大降水量181 mm，年平均蒸發(fā)量493.8 mm。

地下水以孔隙潛水為主，局部為基巖裂隙水和上層滯水。主要含水層為粉質(zhì)粘土層和強(qiáng)風(fēng)化基巖層，粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)0.02 m/d，強(qiáng)風(fēng)化基巖層滲透系數(shù)0.02 m/d～0.06 m/d。

2)構(gòu)造地質(zhì)。

該地區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活躍，以差異性升降運(yùn)動(dòng)為主，有多條活動(dòng)斷裂并發(fā)育有大量的滑坡。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)發(fā)育了規(guī)模不等的11條斷裂，其中1條為中更新世～晚更新世活動(dòng)斷層，8條為早中更新世斷裂，2條為前第四紀(jì)斷裂。場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)斷裂構(gòu)造，地殼基本穩(wěn)定，抗震設(shè)防烈度為8度，基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，為抗震一般地段。

3)工程地質(zhì)條件。

擬建場(chǎng)地地層分4層，自上而下依次為：

③強(qiáng)風(fēng)化基巖層(N2)：厚度2.30 m～5.40 m，依地形起伏變化較大，出露部位產(chǎn)狀為65°/SE∠10°。半成巖，磚紅色，以砂質(zhì)泥巖為主，表層含少量鈣質(zhì)結(jié)核，分布有砂巖薄層。礦物成分以蒙脫石、綠泥石、高嶺石、長(zhǎng)石等為主，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，巖體呈巨厚層狀結(jié)構(gòu)，巖石呈碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微裂隙及風(fēng)化裂隙較發(fā)育，遇水易軟化，致密。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。

④中風(fēng)化基巖層(N2)：厚度2.80 m～43.70 m(未穿透)，依地形起伏變化較大。礦物成分及巖石結(jié)構(gòu)同③層。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

1.2 存在的巖土工程問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)粗粒料引起的工程地質(zhì)問(wèn)題一直是全球性的難題。粗粒料的研究興起于20世紀(jì)50年代后期，隨著世界各國(guó)高土石壩工程的興建，粗粒料被廣泛應(yīng)用，隨著我國(guó)大型工程的廣泛興建，也不可避免的遇到了粗粒料特性問(wèn)題，由于粗粒料具有物質(zhì)組成的不均一性、顆粒破碎性、剪脹性、濕化性以及較強(qiáng)滲透性等諸多工程特性，加之巖土體中裂隙雜亂分布，使得各種大型粗粒料填筑工程顯得異常困難。

擬建場(chǎng)地位于強(qiáng)風(fēng)化巖層出露區(qū)，根據(jù)“填挖平衡、就地取材”的原則，填筑材料必然要采用挖方區(qū)粉質(zhì)粘土與強(qiáng)、中風(fēng)化巖組成的粗粒料。雖然各相關(guān)行業(yè)都對(duì)其進(jìn)行了一定的研究，但尚處于初期階段，并不十分成熟，在民航領(lǐng)域還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)研究。而且機(jī)場(chǎng)粗粒料高填方與土石壩工程仍有很大的區(qū)別，有些經(jīng)驗(yàn)也不適用。

另外粗粒料造成的破壞是長(zhǎng)期的、反復(fù)的和潛在的，而機(jī)場(chǎng)的建設(shè)周期又比較短，擬建機(jī)場(chǎng)工程填挖方高度均比較大，所以對(duì)于該工程而言，可能會(huì)遇到如下問(wèn)題：

1)粗粒料的工程特性；2)機(jī)場(chǎng)高填方地基的穩(wěn)定與變形(沉降與差異沉降)；3)高填方和深挖方邊坡的穩(wěn)定性；4)填挖交界面的處治。

1.3 對(duì)存在巖土工程問(wèn)題的分析

1.3.1 粗粒料的工程特性

工程填筑材料采用挖方區(qū)粉質(zhì)粘土與強(qiáng)、中風(fēng)化泥巖組成的粗粒料，其工程特性決定了存在如下巖土工程問(wèn)題：

1)粗粒料的級(jí)配。

由于粗細(xì)顆粒的不均一性，在填筑體粗粒料中，泥巖、砂巖的大顆粒作骨架時(shí)，細(xì)料粉質(zhì)粘土充填孔隙，充填愈好，土體密度愈大，其抗剪強(qiáng)度愈高，沉陷變形愈??；反之，則沉陷變形大，不利于巖土體工程的穩(wěn)定性。泥巖作為填料時(shí)，破碎粒徑指標(biāo)、填充粉質(zhì)粘土的粘度特征、粘粒含量、粗細(xì)粒的比例關(guān)系等對(duì)高填方工程至關(guān)重要，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2)泥巖的遇水軟化和崩解。

該工程粗粒料主要由泥巖組成，泥巖在一定的應(yīng)力狀態(tài)下浸水后，由于顆粒間被水潤(rùn)滑以及顆粒礦物浸水軟化，顆粒發(fā)生相互滑移、破碎和重新排列，導(dǎo)致巖體軟化；當(dāng)水貫入泥巖的孔隙、裂隙中時(shí)，細(xì)小巖粒的吸附水膜便會(huì)增厚，部分膠結(jié)物會(huì)被軟化或溶解，從而引起巖石顆粒的崩裂解體，產(chǎn)生巖土體變形失穩(wěn)，使得控制地表沉降以及高填方邊坡穩(wěn)定性顯得異常困難，因此研究泥巖遇水軟化和崩解性對(duì)本工程的建設(shè)尤為重要。

3)粗粒料的蠕變特性。

粗粒料大多采用人工爆破等方法開(kāi)采出來(lái)，往往存在很多微裂隙，加之棱角尖銳、填筑高，在高圍壓條件下產(chǎn)生蠕變，巖土體會(huì)沿著破裂面破碎，宏觀上表現(xiàn)為開(kāi)裂、折斷或整塊斷裂等形式的顆粒破碎，從而引起高填方沉降變形以及邊坡失穩(wěn)等一系列巖土工程問(wèn)題。

4)粗粒料的強(qiáng)滲透性。

粗粒料具有強(qiáng)滲透性，降水能較快的入滲填筑體，這在一定程度上加快了高填方破壞失穩(wěn)的進(jìn)程。因此應(yīng)研究粗粒料的滲透特性，為坡面、道面的防水和排水設(shè)計(jì)方案提供依據(jù)。

5)粗粒料的施工工藝。

如何控制粗粒料填筑施工質(zhì)量，如何確定其施工參數(shù)及采用哪種方法和控制指標(biāo)對(duì)填筑體質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)也是該工程存在的一個(gè)重要問(wèn)題。

1.3.2 高填方變形

沉降變形是高填方工程中普遍存在，又沒(méi)得到很好解決的問(wèn)題，由于擬建機(jī)場(chǎng)工程填方高(預(yù)計(jì)最高達(dá)45 m)、荷載大且填料具備顆粒破碎性、剪脹性、遇水軟化崩解、蠕變、強(qiáng)滲水性等諸多工程特性，地面沉降控制難度極大。如何去監(jiān)測(cè)，如何埋傳感器，在哪些位置埋設(shè)能夠有效的監(jiān)測(cè)，采取哪些措施既能經(jīng)濟(jì)有效、又能降低總沉降量和工后沉降量，是本機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)的另一核心技術(shù)難題。

1.3.3 高邊坡的穩(wěn)定性

高填挖邊坡穩(wěn)定性是一個(gè)必須重視的問(wèn)題，包括挖方區(qū)、填方區(qū)兩部分。對(duì)于挖方邊坡，由于場(chǎng)地地形復(fù)雜，自然坡度陡，高差大，開(kāi)挖卸荷對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，加之巖土體強(qiáng)風(fēng)化、膠結(jié)程度低、節(jié)理裂隙發(fā)育等特性，一旦降水沿裂隙入滲，極易導(dǎo)致邊坡滑動(dòng)破壞，因此，需對(duì)其進(jìn)行研究。

對(duì)于填方邊坡，由于本身填筑高，同時(shí)粗粒料具有顆粒不均一性、泥巖遇水軟化、蠕變、強(qiáng)滲透性等工程特性，在外界誘發(fā)因素(降水、地震、施工振動(dòng)等)的作用下，極可能引發(fā)失穩(wěn)等巖土工程問(wèn)題；因此，需要進(jìn)行深入研究，采用不同的穩(wěn)定性分析方法，探索粗粒料工程特性對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度，確定合理的填筑體邊坡坡比。

同時(shí)，擬建場(chǎng)區(qū)位于地震高發(fā)區(qū)，抗震設(shè)防烈度為8度，考慮到該工程的重要性需提高1度設(shè)防，即按9度考慮。因此，需高度重視地震工況下邊坡的穩(wěn)定性。

1.3.4 填挖交界面的處治

受地形地貌的限制，該機(jī)場(chǎng)建設(shè)中存在多處填挖方交界面，不可避免的面臨填挖交界的處治問(wèn)題。從總體上看，填挖交界處具有材料或結(jié)構(gòu)的不一致性，在縱向上剛度出現(xiàn)差異，加之原地層是傾斜的，一旦工程處治不當(dāng)，極易產(chǎn)生不均勻沉降、填挖交界處發(fā)生偏移，甚至滑動(dòng)破壞，對(duì)于填挖交界的有效處治問(wèn)題是該機(jī)場(chǎng)建設(shè)中亟待解決的又一個(gè)難題。

2 巖土工程問(wèn)題的解決方案

2.1 解決方案

由于該項(xiàng)目場(chǎng)地巖土工程條件的復(fù)雜性，僅靠室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及分析是不能滿(mǎn)足要求的，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與室內(nèi)研究相結(jié)合的方案，結(jié)合實(shí)際工程，采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、原位監(jiān)測(cè)、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，對(duì)該機(jī)場(chǎng)工程存在的巖土工程問(wèn)題進(jìn)行綜合研究，是解決問(wèn)題的最佳途徑。

2.2 試驗(yàn)研究的技術(shù)路線

該處理方案的技術(shù)路線概括為：首先開(kāi)展文獻(xiàn)調(diào)研，收集資料，對(duì)研究現(xiàn)狀、類(lèi)似實(shí)例進(jìn)行調(diào)查分析，尋求突破點(diǎn)進(jìn)行初步研究；其次對(duì)粗粒料高填方工程技術(shù)方案進(jìn)行初步論證，確定粗粒料高填方工程試驗(yàn)研究方案；再次進(jìn)行粗粒料的工程特性試驗(yàn)及高填方穩(wěn)定性理論分析，根據(jù)分析展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段研究，包括現(xiàn)場(chǎng)的模型試驗(yàn)、檢測(cè)及監(jiān)測(cè)等；并在此基礎(chǔ)上探討粗粒料工程特性的分析方法與處理對(duì)策，提出與粗粒料工程特性相適應(yīng)的高填方問(wèn)題的處理對(duì)策，通過(guò)高填方變形監(jiān)測(cè)，對(duì)地基的穩(wěn)定性做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，同時(shí)提出控制高填方沉降變形的工程措施，預(yù)測(cè)高填方的工后剩余沉降量，對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行初步總結(jié)，得出初步結(jié)論，進(jìn)行粗粒料加筋處理與土方設(shè)計(jì)，待土方工程結(jié)束后對(duì)全場(chǎng)重要部位進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，并對(duì)試驗(yàn)段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，同理論分析及數(shù)值計(jì)算進(jìn)行比較，驗(yàn)證所提出的分析方法與工程處理對(duì)策方法，必要時(shí)予以修正；最后編寫(xiě)試驗(yàn)研究總結(jié)報(bào)告?？偧夹g(shù)路線如圖1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

秦巴山區(qū)的機(jī)場(chǎng)工程巖土工程問(wèn)題十分復(fù)雜，有針對(duì)性的進(jìn)行與工程實(shí)際相結(jié)合的試驗(yàn)研究是十分必要的，可以為工程設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)依據(jù)和指導(dǎo)，保證工程的順利進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段試驗(yàn)與室內(nèi)研究相結(jié)合的方式，是解決該機(jī)場(chǎng)問(wèn)題的最佳途徑。該研究的順利進(jìn)行可以使機(jī)場(chǎng)建設(shè)在質(zhì)量上更為可靠，技術(shù)上更為先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上更加節(jié)約。

[1] 中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司.甘肅某機(jī)場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究報(bào)告[R].

[2] 甘肅水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院.民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)巖土工程勘察報(bào)告[R].

[3] GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[6] GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 馬 克.高填方建設(shè)場(chǎng)地若干巖土工程問(wèn)題研究[D].南寧：廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文，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，工程師，注冊(cè)巖土工程師，在讀博士

P642

A