信息化设计施工在机场高填方边坡工程中的应用

王睿,邱存家,刘宏

(1.中国民航机场建设集团公司西南分公司,成都 610212; 2.喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室,贵阳 550003)

信息化设计施工在机场高填方边坡工程中的应用

王睿1,邱存家1,刘宏2

(1.中国民航机场建设集团公司西南分公司,成都 610212; 2.喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室,贵阳 550003)

信息化设计施工是一种动态的设计施工方法,通过施工过程中的施工信息,掌握工程岩土体的工作状态,从而调整优化初始设计施工方案。本文分析了机场高填方边坡的主要施工信息,提出了信息化设计施工的工作模式,并以西南某机场扩建工程为例,介绍了机场高填方边坡信息化设计施工的实际工程应用。这种设计施工模式在实际工程中取得了较好的应用效果。

信息化设计施工;机场;高填方边坡;扩建工程

由于地质条件的隐蔽性、复杂性以及现有勘察条件的局限性,致使地质勘探和测试资料不可能全面揭示边坡地质体的本来面貌[1～3],加上施工过程中不确定因素过多,有可能导致边坡在施工后的变形和失稳。边坡信息化设计施工即指在施工过程中获取边坡变形特征及稳定性的施工信息,通过分析研究,将这些信息反馈于设计决策和支持系统,修正初始地质模型及参数,调整优化边坡设计方案。

本文探讨了信息化设计施工的工作方法,并以西南某机场扩建工程为例,介绍了信息化设计施工在工程中的实际应用。

1 主要施工信息

信息化设计施工的核心是获取施工过程中的施工信息[4]。只有及时充分地掌握施工信息,才能对设计施工方案是否合理作出准确的判断。对机场工程填方边坡而言,一般可以获取3种信息:

(1)观察信息:在填筑过程中对边坡填筑体进行现场踏勘,观察是否出现裂缝、隆起、挤出、下陷等异常现象。观察信息对判断边坡变形失稳有最直观的指导作用。

(2)监测信息:对边坡布设监控测试系统,在施工过程中即时监测。监测内容有:坡体位移、坡面位移、坡顶下沉,必要时,还可进行应力监测。监测信息可提供量化的信息数据,经过数据分析处理,能在边坡出现明显的变形迹象之前,对边坡的工作状态及发展趋势作出预测,以便及时作出应急措施,避免边坡变形失稳现象的发生。

(3)补勘信息:当通过观察信息和监测信息发现边坡有变形失稳迹象,并分析认为设计施工方案针对地勘资料提供的地质模型及参数无缺陷时,应进行补充勘察,以验证或修正初始地质模型及参数,为设计提供合理准确的设计依据。

2 信息化设计施工模式

高填方边坡分层填筑过程中,在每层或每阶段填筑完毕后,应充分获取相关的施工信息,经信息分析处理后,将观察信息与监测信息同设计要求相比较,将补勘信息同设计依据相比较,判断是否有较大误差。若无,则进行下一步施工;若有,则应修正力学模型及参数,进行变更设计。如此反复螺旋式循环操作,直至边坡施工结束[2]。由此提出信息化设计施工工作模式,见图1。

图1 信息化设计施工模式Fig.1 Flow chart of info rmational design and construction

3 工程应用

下面以西南某机场扩建工程高填方边坡为例,介绍信息化设计施工的工程实际应用。

3.1 工程概况

西南某机场位于中心市区东郊,距市区公路约14 km。机场于1997年建成通航,飞行区等级为4 D。机场跑道长3200 m,机位11个,为国家干线机场。本期扩建工程场道工程的主要任务是扩建停机坪和平行滑行道。平行滑行道扩建区为高填方体,设计填方边坡坡脚与坡顶最大高差44 m,见图2。

对于农村内部资金审计工作，在审查过程中的对上级有关拨款或接受社会捐赠得资金及物资的支出、管理情况，对国家给予国家分配农村的粮食补偿资金、各项涉农补贴资金等使用情况，对农村合作医疗等农村社会保障制度的贯彻落实等，一定要做好严格的审计工作，针对资金、政策等的发放落实做好监督审计工作。

图2 西南某机场扩建工程平面示意图Fig.2 Plan sketch of continuation of one airpo rt in Southwest China

3.2 工程地质条件

高填方区内岩土层为第四系填土层(Qml)、耕土层(Qpd)、残坡积层(Qel+dl)和大冶组(T1d)。各时代地层由新到老分述如下:

(1)第四系填土层(Qml):分布于整个斜坡上,按堆填时间和土性差异可分为:第二填土层(Qml-2)、第一填土层(Qml-1)。Qml-2为灰、灰白色碎石土,含40%～50%的中风化白云岩碎石及15%～20%的中风化白云岩角砾,其余为白云砂和少量粉质粘土及块石,为机场第一期工程的填筑层,填筑时间距今8～10 a。其中道槽区(道面边线向下按1∶0.75放坡内的区域)采用填筑强夯处理,非道槽区为抛填。Qml-1为褐黄色红粘土,局部含角砾,红粘土以可塑状为主,厚0～8.9 m;高填方区东西两侧分布有硬塑状红粘土。

(2)第四系耕土层(Qpd):为灰黑色粘土,含植物系,硬塑至软塑。

(3)第四系残坡积层(Qel+dl):地表分布在坡脚地势低洼处,为褐黄、棕褐色粘土,硬塑至可塑状,硬塑状红粘土厚0～5.5 m,可塑状红粘土厚0～5 m。

(4)三叠系下统大冶组(T1d):在场地西部及填方区内均有分布,个别地段裸露于地表,为灰、深灰色薄板状至中厚层状灰岩夹泥质白云岩,中风化,岩质新鲜。

区内地下水类型为基岩裂隙水和上层滞水。基岩裂隙水标高在1077 m高程左右;上层滞水分布于填土层中,局部较富集。

3.3 信息化设计施工过程

3.3.1 设计施工方案

由于地勘单位在施工设计前提供的地勘报告未将第一填土层(Qml-1)及耕土层(Qpd)揭示,将其误认为第四系残坡积层(Qel+dl)的硬塑状红粘土(Ys)。设计人员经边坡稳定性验算,确定边坡设计施工方案如下:将边坡地基原地面表层耕植土及部分软弱土清除,采用振动碾压后直接进行填筑;填料为石灰岩、白云岩爆破碎石料,采用分层振动碾压,压实度达0.90;设计坡比1∶1.8,从坡顶向下每间隔10 m设一级2 m宽马道(图2);新老填筑体设施工台阶进行搭接。

3.3.2 Ⅰ阶段变形及治理设计

高填方边坡于2005年10月开始施工,至2006年1月12日,填方高程达1113 m时(填方高度29 m,距设计标高15 m),边坡中上部开始出现小范围下陷。建设单位立即要求停止施工,组织监测单位对变形部位进行位移监测,并派专人对变形发展特征进行观察记录。变形信息反馈如下:

(1)观察信息:变形体后缘呈剪张裂缝,侧缘呈剪切裂缝,后缘陷落下错,前缘鼓胀和推移。至2006年1月19日,该滑塌体发展为纵长112 m,后缘横宽155 m,垂直下错达8 m,陷落带最大宽度约25 m,见图3。

图3 高填方边坡Ⅰ阶段变形模型图Fig.3 High fill slope defo rmation model of stageⅠ

(2)监测信息:现场布设位移监测点45个。监测从2006年1月13日开始,至2006年1月31日,变形已趋于缓慢。分析判断变形体此时处于临界稳定状态。

(3)补勘信息:根据专家论证会研究结果,按地勘资料,设计方案并无问题。建设单位即要求地勘单位进行补充勘察。地勘单位于2006年3月提供补勘报告,揭示出第一填土层(Qml-1)及耕土层(Qpd),修正了地质模型,并根据监测信息分析得出变形体已处于稳定临界状态的结果,反演求出破裂面的力学参数。

设计人员根据补勘资料,并结合变形特征和监测信息进行综合分析,将变形体发生机制确定为滑移-拉裂,滑移面为第一填土层(Qml-1)及耕土层(Qpd)。由此建立力学模型进行稳定性计算,提出治理设计方案如下:将1102～1113 m高程之间的变形体全部开挖后回填,并铺设土工格栅;坡脚设置一级反压平台,顶宽35 m,高9 m,按1∶1.5放坡;反压平台材料采用白云岩、石灰岩爆破碎石料;施工工艺采用分层振动碾压,压实度达0.90;第一级边坡坡比调整为1∶1.5,第一级马道宽度调整为5 m。

3.3.3 Ⅱ阶段变形及治理设计

变形体治理于2006年4月底开始施工。2006年8月中旬,监测数据表明边坡位移开始增大,建设单位立即要求放慢施工填筑速度,并加大监测频率。至8月20日,填筑高程达1122 m(填方高度38 m,距设计标高6 m),道槽区已经施工完毕的水泥稳定基础层出现裂缝,信息反馈如下:

(1)观察信息:道槽区裂缝出现区域沿平行滑行道纵向发展400余米,平面上裂缝呈弧形分布,最远发展至平行滑行道西侧道肩处。

(2)监测信息:一级反压平台基本稳定;3级马道以外移和隆起变形为主,最大外移量28 cm,最大隆起量3 cm;2级马道以外移和沉降变形为主,最大外移量17.5 cm,最大沉降量15 cm;1级马道以外移和沉降变形为主,最大外移量5 cm,最大沉降量23 cm。道槽区裂缝宽度逐渐发展,最大宽度达2 cm。

现场立即停止施工,并将裂缝用水泥砂浆封闭,以防止降雨沿裂缝渗入填筑体而加剧填筑体的变形。根据信息反馈获取的边坡变形特征,专家论证会将此次变形机制确定为:①由于Ⅰ阶段治理未将1102 m高程以下变形体处理,因此在往上填筑加载过程中,有沿高程1102 m至1094 m(一级反压平台顶面标高)之间剪出的破裂趋势,因此坡面变形表现为中下部外移、隆起,而中上部变形表现为外移和下沉;②由于填筑体下部地基土为抛填土和残坡积层红粘土,在本次施工填筑体巨大的荷载之下,引起较大的不均匀沉降变形,同时由于边坡的滑移,对道槽区填筑体有一定的牵引作用,从而导致道槽区出现裂缝。

由此设计人员确定治理方案如下:在一级反压平台上设置二级反压平台,底宽25 m,高5 m,以1∶1.5放坡;二级反压平台材料、施工工艺及压实指标同一级反压平台;将道槽区出现裂缝区域的填筑地基开挖50 cm,铺设两层高强土工格室。

二级反压平台于2006年9月初施工完毕,监测数据表明,边坡变形自2006年9月中旬趋于稳定。整个边坡填筑于2006年10月完成,监测工作于2006年12月结束。目前,该部位填方边坡已稳定3 a,工作状态良好。

图4 高填方边坡最终设计模型图Fig.4 High fill slope model of last design

4 结语

机场高填方边坡信息化设计施工是以获取施工过程的各种施工信息为核心,经过信息分析,验证边坡工作状态是否与设计要求及设计依据相符,从而判断前一阶段的地质模型和设计方案是否合理,并根据判断结果提出修正和变更方案。信息化设计施工的工作模式呈螺旋式循环上升,使设计施工结果不断接近实际工程需要,最终得到最合理的设计施工方案。西南地区某机场扩建工程高填方边坡采用信息化设计施工模式,在设计施工过程中经过两次循环,最终防止了边坡的变形,保证了边坡的稳定。信息化设计施工作为一种先进有效的设计施工理念,值得在机场建设工程中广泛推广。

[1]吕学清.高边坡岩土工程动态施工[J].非金属矿,1995,(3):21-23.

[2]周德培.软岩高边坡工程的信息施工[J].岩石力学与工程学报,1999,18(4):373-377.

[3]王在泉,王建波.复杂边坡工程稳定性监测及信息施工[J].中国矿业大学学报,2000,29(6):587-591.

[4]肖世国,周德培.岩石高边坡的动态设计施工模式[J].岩石力学与工程学报,2002,21(9):1372-1374.

APPL ICATIONOF INFORMATIONAL DESIGN AND CONSTRUCTION FOR HIGH FILL SLOPEOF AIRPORT

WANG Rui1,Q IU Cun-jia1,L IU Hong2
(1.Southwest China Branch of China Airport Construction of CAAC,Chengdu 610212,China; 2.Key Laborato ry of Kast Environment and Geohazard Prevention,M inistry of Education,Guiyang 550003,China)

The info rmational design and construction is amethod of dynamic design and construction.It can grasp the situation of rock and civil according to the information obtained in construction,and modify initial plan of design and construction.This paper analyzes themain information from construction of high fill slope.The informational design and construction mode are p roposed.The p ractical app lication of informational design and construction to the high fill slope of an airport continuation in Southwest China is introduced,and the satisfactory result is obtained.

informational design and construction;airport;high fill slope;continuation

P642

:A

1006-4362(2010)02-0109-04

王睿(1977- ),男,汉族,成都理工大学环境与土木工程学院岩土工程在读博士生,目前就职于中国民航机场建设集团公司西南分公司,从事机场岩土工程技术设计工作。

2010-03-12改回日期:2010-05-07