西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202303007开放科学（资源服务）标识码（OSID）西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施李尚仁1，谢春庆2，潘 凯2（1.西部机场集团青海机场有限公司，西宁810007；2.广东中煤江南工程勘测设计有限公司，广州410440）摘要：依托西北高原干寒区某机场工程，针对自建成至今老道面发生大面积的沉陷、板缝错台、断板、碎板、板角剥落、接缝破坏、角隅断裂等病害，通过系统的调查和针对性的物探、坑探、钻探、试验工作，分析了道面病害的类型、分布及成因。结果表明：老道面病害是地基不均匀沉降、地表水入渗、冻融、湿陷、湿化及历史地震综合作用的结果；针对道面病害，提出新道面建设中宜采取拆除老道面，古沟道换填并强夯处理，古沟道置换搭接区及新、老道面搭接区加筋补强，道面影响区填方段垫层强夯处理，道基设置防冻层和隔断层的处置措施，并运用于设计。关键词：高原干寒区；机场道面；道面病害；成因分析；防控措施中图分类号：P642.254文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)04 0178 10 0 引言西北地区深居内陆，降水稀少，气候干旱，多表现出温带大陆性气候和高寒气候特征，冬季严寒而干燥，夏季高温，气温日较差和年较差大，蒸发作用强烈。西北地区特殊的地理位置，地质及气候环境给机场的建设、日常维护带来了诸多不利影响。近年来，西北地区十余个机场出现了道面下沉、道面板开裂、错台、角隅断裂、接缝破坏等工程病害，病害分析及整治经验表明：该区机场道面病害普遍是由于地基土冻融、湿陷、湿化、盐胀及地表水入渗作用所引起和加剧1 10。本文依托西北高原干寒区某机场工程，分析研究了机场老道面病害的类型、分布及成因，为避免新道面出现类似病害，结合工程实践，提出了针对性的防控措施建议。1 工程概况 1.1 地形地貌特征研究区属山前冲洪积倾斜平原地貌，总体地势较缓，海拔高程 3 0313 107 m，场地呈北高南低，西高东低，中部高两端低的地势特征，整体地势略向南倾斜。机场跑道北侧平整区分布挖方土质边坡，坡高 19 m，南侧分布填方边坡，坡高17 m，大部分边坡走向与跑道近平行，倾向南，坡比 11.512。场区内及附近发育 4 条规模不等的季节性冲沟：场地西端的#1 沟、中部的#2 沟、#3 沟和东端的#4 沟。其中，对机场影响较大的主要为#1、#2 冲沟，#2 冲沟中下段老沟道从机场中部穿越，因前期机场建设而被截断改道，历史遥感影像仍能看到冲沟历史活动的痕迹。机场场外北侧设有 2 条“八字形”截洪沟，将北侧季节性洪水、雨水截断并引流至机场东西两侧排泄，截洪沟总长约 6.4 km。由于长期未清理和修缮，部分截洪沟已淤塞、溃决，截洪效果大大减弱，部分已丧失其截洪功能。机场现有滑行道北侧设有多条临时土质排水明沟，跑道与平行滑行道之间设有混凝土排水明沟和排水管涵，对场地内季节性地表水进行截排引流。场内截排水系统由于年久失修，损坏、堵塞现象比较严重，大部分已不能正常使用。研究区地形地貌特征及机场平面布局，见图 1。1.2 地质构造特征机场北侧和南侧分布活动性断裂，北侧活动性断裂距离研究区直线距离约 4 km，属于晚更新世活动性断裂，全新世以来未见活动迹象；南侧活动性断裂距离机场直线距离约 48 km，属于全新世活动性断裂，1990 年发生过 7.0 级地震（对应研究区地震烈度为度）。收稿日期：2023 05 12基金项目：中国煤炭地质总局科技创新基金项目：大面积填筑地基地下水工程效应研究（ZMKJ-2020-4）作者简介：李尚仁（1978），男，青海乐都人。高级工程师，主要从事机场工程建设、管理和研究相关工作。E-mail：。路基工程 178 Subgrade Engineering2023 年第 4 期（总第 229 期）30603070K03+00K04+00K05+00停机坪停机坪新建跑道5200 m55 m新建航站区停机坪停机坪#4冲沟#3冲沟#3冲沟新建站坪现有跑道5200 m50 mN#1冲沟新建助航灯光停机坪停机坪#1冲沟#2冲沟#2冲沟现有滑行道5200 m17 m现有跑道5200 m50 m现有滑行道5200 m17 mK02+00K01+00K00+003070307030503060306030803080309030803080307030703050308030803060305030403060现有道面区现有截排水结构冲沟及流向新建道面区本期平整边线新建围界本期坡脚线原挖填分界线0300 m图1研究区地形地貌特征及机场平面布局 1.3 地层岩性特征研究区内地层主要包括第四系全新统植物土层（Q4pd）、第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3apl），基岩埋深大于 200 m。土层类型包括植物土、粉土、粉细砂、粉砂、细砂、中粗砂、砾砂、圆砾、卵石、角砾、碎石、粉质黏土、漂卵石等。全新统植物土层（Q4pd）：广泛分布于整个场地，呈褐色，松散，稍湿-干，主要由粉土、粉细砂，夹少量砾砂、角砾构成，层厚 01.0 m，平均层厚 0.5 m，地基承载力特征值 7090 kPa。全新统人工填土层（Q4ml）：分布于整个老道面区，为老道面混凝土面板下的基层。该层分为两类，第一类为以砂砾石为主的填土，呈杂色，稍湿-干，中密-密实状，主要由砂、圆砾、角砾、碎石构成，层厚 0.20.7 m，平均层厚 0.4 m，地基承载力特征值 350400 kPa。第二类为以粉土、砂土为主的填土，分布于机场土面区的填方地段，呈杂色，稍湿-干，稍密-中密状，以中密状为主，主要由粉土、砂土构成，局部夹角砾、碎石和块石，含量5%20%，厚度0.37.3 m，平均层厚1.7 m，地基承载力特征值 180220 kPa，局部为 110120 kPa。全新统冲洪积层（Q4al+pl）：主要分布于机场东端、西端、中部的季节性冲沟沟道、沟床、北侧人工截洪沟沟底，以及南北向贯穿机场的#2 老冲沟沟道的浅层。土层多呈黄褐色、褐色，松散-中密状，岩性主要有粉土、粉砂、细砂、砾砂、圆砾、卵石。粉土层厚 0.25.3 m，平均层厚 2.1 m，地基承载力特征值 80100 kPa；粉砂层厚 0.53.0 m，平均层厚 1.5 m，地基承载力特征值 110130 kPa；细砂层厚 0.21.0 m，平均层厚 0.6 m，地基承载力特征值 120200 kPa；砾砂透镜状分布，厚度 0.21.6 m，平均厚度 0.8 m，地基承载力特征值 230300 kPa；圆砾、卵石呈透镜状分布，层厚 0.33.0 m，平均厚度 1.1 m，地基承载力特征值 300450 kPa。上更新统冲洪积堆积层（Q3apl）：该层广泛分布于整个场地，为拟建工程的基底，土层多呈黄褐色、黄棕色，中密-密实状，普遍具弱-中等胶结特征，岩性主要有粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、砾砂、角砾、碎石。粉质黏土呈可塑-硬塑状，呈透镜状分布于砂土、粉土层间，层厚 0.33.7 m，平均厚度 1.3 m，地基承载力特征值 140200 kPa；粉土层厚 0.37.1 m，平均厚度 2.6 m，地基承载力特征值 220260 kPa；粉砂层厚 0.214.8 m，平均厚度 3.7 m，地基承载力特征值 200300 kPa；细砂层厚 0.24.7 m，平均厚度 1.6 m，地基承载力特征值 210310 kPa；砾砂层厚 0.218.0 m，平均厚度 5.8 m，地基承载力特征值 280400 kPa；角砾、碎石厚 0.35.6 m，平均厚度 2.3 m，地基承载力特征值 320600 kPa。1.4 气象、水文特征研究区属大陆性半干旱高山草原气候，寒长暑短，昼夜温差大，多风少雨，蒸发量大，年平均气温0.76.3 之间，1 月气温最低，平均气温14.2，7 月气温最高，平均气温 18.3，极端最高气温为 31.3，极端最低气温为28.9。年总降水量在 250 mm 以下，降水集中在 59 月，占年总降水量的 88%，标准冻深 1.07 m，最大冻深 1.50 m。研究区地下水类型为第四系松散层孔隙水，包括上层滞水和潜水。上层滞水在场地内零星分布，主要赋存于地势低洼处浅部全新统冲洪积层、人工填土层中，无稳定的水位面，雨季水位埋深1.4123.50 m，主要受大气降水入渗补给，通过蒸发作用排泄，水位季节性变化大。潜水主要赋存于深部的上更新统冲洪积砂层、碎石土层中，稳定李尚仁，等：西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施 179 水位埋深大于 50.00 m，主要接收大气降水入渗补给和北侧地势截水较高处基岩裂隙水、松散层孔隙水侧向补给，顺地势自北向南渗流排泄。1.5 机场设计简介 1.5.1 现有道面设计概况机场位于盆地边缘的山前倾斜平原，1968 年5 月开始建设，1972 年 5 月竣工投用。现有跑道长5 200.0 m，宽 45.0 m，两侧道肩各宽 2.5 m，总宽度 50.0 m。跑道北侧设有一条平行滑行道，跑道与滑行道间设有 5 条垂直联络道，跑道为水泥混凝土道面，道面结构特征，见表 1。表1跑道道面结构特征位置/m道面结构现有跑道结构K00+0+400/K04+800K05+20025 cm水泥混凝土+30 cm砂砾石基层+土基K00+400K04+80022 cm水泥混凝土+30 cm砂砾石基层+土基 根据搜集到的前期资料，原设计综合考虑场地地形、地势、排水、飞行要求等因素进行场地平整设计，挖方区主要集中于现有跑道以北的地势较高区域，填方区主要集中于现跑道以南的地势较低区，挖方高度 0.510.0 m，填方高度 1.07.0 m。原地基清表并进行适当碾压处理（人工碾压）后直接填筑，填料就地取材，采用挖方区混合土料进行分层填筑，碾压（人工碾压）密实。1.5.2 新建道面设计概况本期将对机场进行改造建设，建新跑道拟以现有跑道为基础，向南侧平移 25.0 m 建设。平行于现有跑道中心线方向，新跑道一半位于老跑道跑上，一般位于南侧土面区上。新跑道设计总长5 200.0 m，宽 50.0 m，两侧各设 2.5 m 宽道肩，总宽 55.0 m。跑道两端各设 60.0 m55.0 m 防吹坪和110.0 m55.0 m 的硬化过渡段，跑道两端头及距东端 3 800.0 m 和 2 800.0 m 处各设一个掉头坪。土基压实度要求：道槽区压实度不小于 98%，土跑道、端保险道、距跑道边缘 20.0 m 以内的平整区（含部分道槽、土面区）压实度不小于 93%，其他土面区压实度不小于 90%，填方边坡区压实度不小于 93%，压实度均为重型击实标准。1.6 现有道面病害概况及新建道面需解决的技术问题根据调查，现状道面出现了大面积的沉陷、板缝错台、断板、碎板、板角剥落、接缝破坏、角隅断裂等病害，造成道面无法正常使用。为避免新道面建成后出现类似病害，需对现有道面病害进行详细的调绘、勘测，并分析病害的成因机制，进而为新道面的建设和病害防治提供科学、可靠的地质依据，确保工程建设质量和机场运营安全。2 现有机场道面病害特征现有跑道、滑行道、停机坪病害发育类型主要有道面板角剥落、沉陷、隆起、板缝错台、裂缝、断板等，且几乎所有接缝都存在不同程度的破坏。机场现有道面病害的类别、数量及特征统计，见表 2。机场现有道面病害类型及分布位置平面，见图 2。表2机场现有道面病害的类别、数量及特征统计类型编号数量/处特征简述滑行道停机坪H-CT01-CT2929道面沉陷、隆起、道面板板缝错台跑道P-CT01-CT2222P-DB01-DB1111道面板开裂、断板、碎板、接缝破坏 道道西端点P-CT01P-DB01P-CT02P-DB02P-CT03P-DB03P-CT04P-CT05P-CT06P-CT07P-CT08P-CT09区P-DB05 P-DB06P-DB07P-DB04P-CT10P-CT11P-DB08P-DB09H-CT01H-CT02H-CT03H-CT04H-CT05H-CT06H-CT07H-CT08H-CT11H-CT12H-CT10H-CT09H-CT13H-CT14H-CT15H-CT16H-CT18H-CT17K00+00现有停机坪平行滑行道5200m16mK00+500K01+00K01+500K02+00现有跑道5200 m50 m现有停机坪现有停机坪P-CT12P-CT13P-CT14P-CT15P-CT16P-CT17P-CT18P-CT19P-CT20P-CT21P-CT22P-DB10P-DB11H-CT19H-CT20H-CT21H-CT22H-CT23 H-CT24 H-CT25H-CT26H-CT27H-CT28H-CT29K02+500K03+00K03+500K04+00K04+500K05+00K05+200跑道东端点联络道联络道联络道联络道联络道K02+500平行滑行道5200 m16 m现有跑道5200 m50 mK00+250K00+750K01+250K01+750K02+250K02+750K03+250K03+750K04+250K04+750贯穿性断板现有跑道中心线现有跑道中心线贯穿性断板N0 50100 200300 m不均匀沉降变形区分散断板、错台区集中断板、错台区滑行道错台、沉降、隆起变形区H-CT01跑道错台、沉降、隆起变形区P-CT01跑道断板、碎板、接缝破坏变形区P-DB01图2机场现有道面病害类型及分布位置平面 路基工程 180 Subgrade Engineering2023 年第 4 期（总第 229 期）2.1 道面沉陷、隆起和错台特征以现有跑道为例，根据调查统计，集中出现不同程度道面沉陷、隆起和错台的区域一共有 22 处（P-CT01P-CT22），累计长度约 1.80 km，约占跑道总长度的 34.6%，累计面积约 9 万 m2。其中，集中出现道面沉陷、隆起和错台的道面长度约 1.28 km，占比 71.1%，零星出现沉陷、隆起和错台的道面长度约 0.52 km，占比 28.9%。现病害区道面板隆起高度 580 mm，沉陷量 10200 mm，错台高度 2100 mm，道面深陷、错台特征，见图 3。错台高度2 mm60 mm错台高度2 mm40 mm平行跑道方向延伸长度约80 m垂直跑道方向延伸长度约13.5 m图3道面沉陷、错台特征 沉陷低洼处降雨时段常形成地面积水，其中部分沉陷严重地段出现了明显的道面板错位和开裂现象。2.2 道面断板、碎板、接缝破坏特征根据断板特征、规模可分为“分散式断板”和“集中式断板”两类。分散式断板区的断板和碎板数量相对较少，零星分布，道面断板、接缝破坏特征（分散断板区），见图 4。集中断板区断板、碎板、接缝破坏数量多、规模大，且部分区域贯穿跑道成片损坏，道面断板、碎板特征（集中断板区），见图 5。道面板断裂（分散性断板）跑道道面图4道面断板、接缝破坏特征（分散断板区）根据调查统计，贯穿跑道成片断板、碎板主要分布在现有跑道的 5 个区域（DB01、DB05、DB08、DB09 和 DB10），对应桩号为 K0+189+229、K01+593+681、K02+239+306、K02+381+449，K03+975K04+077。单个贯穿跑道成片断板、碎板区，在垂直跑道方向分布宽度 10.055.0 m，在平行跑道方向分布长度 32.0112.0 m。整条跑道上出现断板、碎板病害区段累计长度约 0.9 km，约占跑道总长的17.3%，累计面积约 4.7 万 m2。道面板断裂（贯穿跑道）集中断板跑道道面图5道面断板、碎板特征（集中断板区）其中 DB01、DB05、DB08、DB09 贯穿跑道断板、碎板区的延伸方向为 NW20NW30，5 个贯穿跑道断板走向与穿越机场的#2、#4 古沟道延伸方向相一致，其余断板、碎板区延伸方向未表现出明显的规律性特征。3 道面病害成因及危害分析 3.1 地基不均匀沉降以道面病害区 K00+137K00+229（P-CT01、DB01）段为例，该段为原设计填方区，填方厚度1.0 2.5 m，长 度 约 92.0 m，其 中 K00+137+189 段为不均匀沉降、错台变形，K00+189+229 段为大面积断板、错台和沉陷变形，该区不均匀沉降量 10100 mm，错台高度 2050 mm，断板数量超过 10 块板。根据钻探验证结果（对应钻孔编号 XZK154、XZK155），该区段道面结构层以下 06 m 深度地层以填土（粉土、粉砂）、粉砂和砾砂为主，且从钻孔 XZK154 至 XZK155 方向粉砂层逐渐变厚，重型动力触探实测击数为 614 击，地基土密实度差异明显。经对比分析，断板位置恰处于中密砾砂层与松散、稍密粉砂层接触带附近，接触带附近的地层岩性及其力学性质强烈变化，沿跑道中心线方向典型地质断面，见图 6。李尚仁，等：西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施 181 0.85.06.412.515.30.71.76.07.214.515.2XZK1543061.28XZK1553060.58-2Q4ml-1Q4ml30643062306030583056305430523050304830463044高程/m水平距离/m不均匀沉降、错台区 沉陷、错台、断板区贯穿性断板llllfffffP-CT01P-DB01500100150-2Q3apl-2Q3apl-3Q3apl-3Q3apl-4Q3apl-1Q3apl-1Q3apl中密砾砂-2密实砾砂-3密实粉砂-4松散粉砂-1填土砾砂l粉砂f冲洪积地层代号Q3apl填土地层代号Q4ml中密粉砂-3填土（粉土、砂土）-2填土（砂砾石基层）-1砂砾石基层水泥混凝土图6沿跑道中心线方向典型地质断面（P-CT01、DB01）研究中在 P-CT01 区和 P-DB01 区布置一条平行跑道中线的地质雷达测线（桩号：K00+135.3+227.7）、两条垂直跑道方向的地震映像测线（桩号：K00+160、K00+206）和四个面波测试点。地质雷达探测结果显示，地面下 1.04.0 m 深度范围内存在多处异常区，经验证为地基土不密实、结构松散，解译断面，见图 7。解译异常区解译异常区地基土密实性差深度1.02.9 m地基土密实性差深度1.02.9 m地基土密实性差深度1.04.0 m地基土密实性差深度1.04.0 m混凝土道面混凝土道面砂砾石垫层砂砾石垫层土基土基图7道面病害区地质雷达探测解译断面（P-CT01、P-DB01）地震映像探测结果显示：与地质雷达探测异常对应的区域则出现地震波形不连续，波形结构混乱异常，与地质雷达探测异常区相一致，道面病害区垂直跑道方向地震映像解译断面，见图 8。面波测试结果显示：在道面结构层以下9.0 m 深度范围内土层剪切波速 Vs350 m/s，特别是在 05.0 m 深度范围内，剪切波速值为 215244 m/s；钻探采样检测结果显示：深度 1.75.0 m粉砂层孔隙比 e 为 0.780.98，5.07.2 m 孔隙比e 为 0.570.72，表明 05.0 m 深度范围内地基土孔隙比高、结构松散，不密实。上述综合物探及孔隙比测试结果表明：该区浅部地基土类型、密实度和均匀性存在较大差异，地基不均匀。同时在现有土面区（拟建新跑道南侧段地基）也出现较为明显的物探异常，表明在原跑道#2、#4 古沟道段内地基土的性质、结构、密实度、力学性质等也存在较大差异，若地基处理不到位，未来也存在发生病害的风险。100220046810121416182022ms（a）P-CT01地震映像解译断面（桩号：K00+160）246810121416182022100200ms（b）DB01地震映像解译断面（桩号：K00+206）图8道面病害区垂直跑道方向地震映像解译断面 拟建新跑道为填方区，依据民用机场岩土工程设计规范（MH/T 50272013）11对拟建新道面填方后地基进行沉降变形计算，计算结果，见表 3。沿现有跑道中心线方向，地基沉降量为35.9138.8 mm，差异沉降量 073.6mm，差异沉降 03.2（同时跑道轴线方向沉降变形计算结果还反映出，原地基挖方段地基沉降量明显小于原地基填方段地基沉降量，及松散粉土分布区、填挖交界区的沉降、差异沉降较大的特征）；垂直跑道方 向 地 基 沉 降 量 0 140.4 mm，差 异 沉 降 量069.4 mm，差异沉降 03.3。计算结果表明机场跑道部分区域差异沉降过大，远超 1.5 的民路基工程 182 Subgrade Engineering2023 年第 4 期（总第 229 期）航行业差异沉降控制标准，表明拟建新跑道地基不均匀。表3跑道地基沉降计算结果跑道分区位置沉降量/mm差异沉降量/mm差异沉降率/中心线方向K00+00-K05+20035.9138.8073.603.2东段垂直跑道方向K03+847-K05+20035.896.40.63.201.8中段垂直跑道方向K01+890-K03+8470140.4069.403.3西段垂直跑道方向K00+00-K01+890078.7066.100.7 综上，地基岩性复杂，结构、状态和物理力学性质差异大、填料性质不均，原机场建设期采用人工夯实、砂质土压实困难，造成压实度不足等引起跑道地基承载力和变形不均，进而导致土基的工后沉降和不均匀沉降变形，造成道面初期病害。当道面出现接缝破坏，裂缝和断板，将使得道面隔水性能下降，雨季地表水大量渗入，一方面造成地基土含水量增高，甚至局部饱和，进而湿化、软化地基土，更加降低土体物理力学性能，增大沉降与差异沉降变形量，另一方面将引起部分地基土的湿陷沉降，周而复始，道面病害将逐步加剧和扩展。3.2 季节性冻融研究区属于季节性冻土区，标准冻深 1.07 m，最大冻深 1.50 m。根据冻土地区建筑地基基础设计规范（JGJ 1182011）12、冻土工程地质勘察规范（GB 503242014）13及室内试验、现场试验成果，并结合当地工程经验分析，研究区地基土冻胀分类及特征如下：（1）素填土（砂砾石、碎石土）、角砾、碎石、砾砂、中粗砂、细砂，粒径小于 0.075 mm 含量1.0 m，冻胀等级级，冻胀类型为不冻胀-弱冻胀。（3）粉土冻前天然含水率 16.4%w38.6%，冻胀率 1.06.0 冻前地下水位距设计冻深最小距离 hw1.5 m，局部低洼积水区，冻前上层滞水水位距设计冻深最小距离 hw1.5 m，冻胀等级级，冻胀类型为弱冻胀-冻胀。（4）粉质黏土塑限为 wp=17.70%29.70%，平均值 20.88%，含水率 w=12.70%28.90%，平均值 22.65%，冻前天然含水量 wp+52.0 m，冻胀等级为级，冻胀类型为强冻胀。素填土（粉土、粉砂）及原生粉砂、粉土、粉质黏土为季节性冻胀土，特别是粉土、粉质黏土的冻胀等级可达冻胀-强冻胀。秋冬季和冬春交替季节，当降雨或冰雪融水从接缝、裂缝入渗，将造成地基土吸水增湿、甚至局部饱和，地基土抗剪强度下降，且多年循环冻胀和融沉也造成地基土松散们承载力下降，进而引发地基沉降和冻融破坏。场地原生粉砂、粉土、素填土（粉土、粉砂）毛细作用较为强烈，室内及现场毛细水上升试验得出原生粉土毛细水上升高度达 0.901.52 m，原生粉砂毛细水上升高度达 0.521.21 m，素填土（粉土、粉砂）毛细水上升高度达 0.861.32 m。研究区昼夜温差大，蒸发作用强烈，旱季冻结期即使没有降水等外界水源的补给，受温度场变化的影响，地基中松散层孔隙水和土体内水分沿着毛细孔隙迁移而引起土体内水分重分布。道面区大面积覆盖的混凝土道面不透气盖层将阻碍浅层地基土的蒸发作用，引起浅层土基水分、盐分集聚，即发生“锅盖效应”14 17。“锅盖效应”将导致道面下浅层土体含水率、含盐量逐渐升高，日积月累将引起盐胀和冻融破坏。季节性冻融作用对机场道面影响很大，现场调查发现停机坪、滑行道、跑道存在较多因冻融作用造成道面板隆起、胀裂和沉陷的现象，滑行道道面板冻胀隆起、胀裂特征，见图 9。冻胀隆起、错台冻胀隆起、胀裂、错台冻融沉陷冻融沉陷接缝破坏冻胀隆起、错台冻胀隆起、胀裂、错台冻融沉陷冻融沉陷接缝破坏图9滑行道道面板冻胀隆起、胀裂特征 3.3 地基土湿陷分类、分层采取 100 余件样品进行湿陷性试李尚仁，等：西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施 183 验，主要地基土湿陷性试验结果统计，见表 4。表4主要地基土湿陷性试验结果统计土体统计项目szs粉质黏土统计个数2424区间值00.01300.006平均值0.0040.001填土统计个数2323最大值00.00700.000平均值0.0050.000粉土统计个数4747最大值00.17700.013平均值0.0560.003粉砂统计个数2626最大值00.02800010.018平均值0.0160.006 根据试验结果，参照湿陷性黄土地区建筑标准（GB 500252018）17，研究区填土属于非湿陷性土，原生粉土湿陷系数 s=0.00.177，平均值 0.056；粉砂湿陷系数 s=0.00.028，平均值 0.016，原生粉土、粉砂自重湿陷系数 zs平均值为 00.006，小于规范界限值 0.015，属于非自重湿陷土。通过计算，研究区原生粉土湿陷量为 58.0196.0 mm，原生粉砂湿陷量为 11.7171.0 mm。根据规范，研究区湿陷性土的湿陷量300.0 mm，湿陷等级为级。当地表水沿接缝、断板、碎板裂缝入渗浸湿或浸泡地基土，加之“锅盖效应”的作用，将会造成粉土、粉砂、粉质黏土的湿陷、湿化变形，进而加剧道面病害。3.4 古沟道以 K02+093+493（DB08、DB09、P-CT11）段病害为例，该区段长度为 400 m，病害表现为强烈的不均匀沉降、错台和断板，不均匀沉降量10100 mm、错台高度 1080 mm。该区有两处大面积贯穿性断板、碎板区，延伸方向为 NW20NW35，累计断板、碎板数达 30 余块，贯穿跑道断板、碎板特征，见图 10。道面板断裂（大面积集中断板、碎板）跑道道面图10贯穿跑道断板、碎板特征（P-DB08、P-DB09、P-CT11）该区在修建机场前为#2 冲沟沟道位置，因机场修建北侧截洪而改道。目前机场跑道南侧及北侧仍然清晰可见古沟道历史径流痕迹，“古沟道”位置及历史径流痕迹特征卫星遥测，见图 11。机场截洪沟截洪改道截洪改道#沟#沟现沟道现有滑行道现有跑道现有跑道大面积断板贯穿性断板区现有停机坪机场截洪沟截洪改道截洪改道老沟道老沟道#沟#沟现沟道N现有滑行道现有跑道现有跑道大面积断板贯穿性断板区现有停机坪图11“古沟道”位置及历史径流痕迹特征卫星遥测 钻探及井探揭露古沟道沟床底部堆积的松散砾砂层，在 03.0 m 深度内揭露砾砂比较洁净、呈灰白色、灰色，砂层结构疏松、颗粒均匀、级配差，层状沉积特征明显，3.05.0 m 深度砾砂粉粒、黏粒含量相对较高，相关结构特征，见图 12。在该区布置的一条沿跑道中心线（横向）的地质雷达测线（WT01）和两条垂直跑道中心线（纵向）地质雷达测线（WT02、WT03）。解译得出沿跑道方向在深度 0.705.80 m 深度，存在两处振幅相对较强，内部波形结构杂乱、不连续的异常区域（WT01）。垂直跑道方向对应位置在深度0.716.20 m 深度也存在振幅相对较强，同相轴连路基工程 184 Subgrade Engineering2023 年第 4 期（总第 229 期）续性较差，内部波形结构杂乱的低速异常区（WT02、WT03）。古沟道历史径流地质雷达探测解译断面，见图 13。洁净砾砂高含泥量砾砂高含泥量砾砂洁净砾砂混凝土面层砂砾石垫层洁净砾砂特写洁净砾砂高含泥量砾砂高含泥量砾砂洁净砾砂混凝土面层砂砾石垫层洁净砾砂特写（a）沟床地层结构（b）地层结构细部放大图12探井开挖揭露古沟道沟床地层结构特征 解译异常区混凝土道面混凝土道面古沟道古沟道古沟道古沟道砂砾石垫层土基K02+093K02+293K02+473K02+193K02+393（a）WT01测线K02+093K02+293K02+473K02+193K02+393混凝土道面混凝土道面砂砾石垫层土基古沟道古沟道K02+261（垂直跑道方向NS:0 m35 m）解译异常区（b）WT02测线K02+093K02+293K02+473K02+193K02+393古沟道古沟道混凝土道面混凝土道面砂砾石垫层砂砾石垫层土基K02+401（垂直跑道方向NS:0 m4 0m）解译异常区（c）WT03测线图13古沟道历史径流区地质雷达探测解译断面 综合波速、地震映探测结果，结合地质调绘和钻探、坑探验证结果，确定物探异常区域为古沟道，推测物探异常区地层连续性差、结构松散、性质不良。3.5 历史地震根据断板、碎板的规模、形态及发生时间调查结果，研究区南侧直线距离约 48 km 全新世活动性断裂，1990 年发生的 7.0 级地震及其余震是加剧道面错台、断板、碎板的重要外因之一。由于古沟道内地基土与两侧沟岸地基土及填方段地基土与挖方段地基土的类型、结构、性质存在显著差异，不同类型、结构、性质的地基土地震动响应存在差异，差异性的地震动响应将引起地基的不均匀变形，进而造成道面板被折断、错动剪切碎裂。加之震后未及时修补，受后期地表水入渗、地基土湿化、湿陷和季节性冻胀作用，将进一步加剧了病害程度。3.6 施工水平机场始建于 1968 年，建设历史久远，根据搜集到的前期设计资料，机场建设阶段采取“清表+原地基整体碾压（人工碾压）”的地基处理方案和“分层填筑、分层静碾（人工碾压）压实”的土方填筑施工工艺。但限于当时较低的机械化程度和落后的施工水平，难以保证地基的压实度和均匀性，进而造成地基的不均匀。与此同时，上世纪六十年代我国机场等大型工程建设经验非常少，大面积填筑工程地基处理、工程病害防治经验十分缺乏。因此，建设阶段施工水平落后、地基处理不足、截排水措施和病害措施不完善是造成后期道面病害的重要原因。4 新建道面病害防控措施根据机场现有道面病害特征、成因分析，结合类似机场工程建设经验，对拟建新道面土石方填筑、地基处理、病害防控等提出相应的防控措施。4.1 设计方案选择现有道面因地基土不均匀、湿陷、循环冻融、施工水平落后、地表水入渗等不良作用造成了大量的道面病害。根据拟建新道面地质条件和现有道面病害特征，针对新建道面潜在的工程问题，设计阶段综合考虑经济、技术的可行性，采取重点加强截排水设计、地基处理设计、土石方填筑设计、防水和防冻设计的设计思路。4.2 防控措施简介防控措施如下：（1）对老道面混凝土面板进行全部破除。（2）就地取材、变废为宝，充分利用破除的老道面形成的混凝土碎块对道影响道面地基的古沟道区域进行换填，换填深度5 m，并采用3 000 kNm 及以上中高能级强夯密实处理。（3）古沟道置换区与非置换区搭接处，采取分级放坡开挖台阶搭接，并在顶面分层铺设多层土工格栅，分层碾压密实，必要时进行适当的追密碾压处理，从而达到加固地基、减小不均匀沉降和增强抗震的作用。李尚仁，等：西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施 185（4）拟建新道面影响区的填方区，在距离道面设计标高 1.5 m 之下铺设破除的老道面形成的混凝土碎块，采用 2000 kNm 及以上中高能级强夯密实，达到消除地基土湿陷性和加固地基的作用。（5）强夯之后在土基顶面铺设一层 1020 cm厚的砂砾石垫层或级配碎石垫层，碾压密实后在新老道面搭接处铺设土工格栅，分层碾压密实。（6）在整个拟建新道面区设置防冻层和隔断层，隔断层材料建议优选“两布一膜”，即双层土工布+防渗膜。（7）隔断层上铺设圆砾、粗砂等材料至道面结构层底面，碾压密实，圆砾、粗砂等材料的含泥量不应大于 5.0，含盐量不应大于 0.3%。（8）机场场外北侧冲沟部位，结合地势和冲沟分布特征修筑永久防洪设施；机场场内坡顶、坡脚、跑道两侧土面区，结合地势设计、机场功能分区等修筑永久截排水沟或排水管涵；截排水结构基础埋深应大于设计冻深，对穿越粉土、粉砂层的区段，当验算抗冻胀变形不满足要求时，应结合地基土性质、厚度，优化排水结构或采取置换处理等适宜的抗冻胀措施。（9）加强边坡支护和坡面防护，坡面防护可就地取材，采用破拆的混凝土道面板碎块满砌护坡；若破拆费用较高，不经济时可采用片石或混凝土拱形骨架植草护坡。工程实践表明：上述防控措施可有效降低道面因地基不均匀沉降、冻胀、湿陷、地表地下水入渗等不良作用造成道面病害的风险，进而提高工程建设质量，减少后期维护费用，并可为类似工程提供参考。5 结语依托西北高原干寒区某机场工程，分析研究了机场老道面病害的类型、分布及成因，提出了针对性的防控措施建议。（1）该机场道面发生接缝破碎、沉陷、错台、裂缝、断板等病害是内因和外因共同作用的结果，内因是地基土不均匀、地基土湿陷和冻融，外因是施工水平落后、地表水入渗及地震作用等。（2）提出新道面建设中宜采取拆除旧道面，古沟道换填并强夯处理，古沟道置换搭接区及新、老道面搭接区加筋补强，道面影响区填方段垫层强夯处理，道基设置防冻层和隔断层的处置措施，并运用于设计。（3）高原干寒地区机场病害易发，给机场的建设、运营和维护带来诸多困难，应从建设前期查明病害成因、优化设计方案，建设阶段加强施工过程控制，工后运营阶段加强日常维护等方面入手，提高工程建设质量，降低工程病害风险，确保机场的运营安全。参考文献(References)：1 吴晓,黄曙清,杨炳会.戈壁滩地区机场道面常见病害分析与对策 J.机场工程,2006(4):10 14.WU X,HUANG S Q,YANG B H.Analysis and countermeasures ofcommon diseases of airport pavement in Gobi Desert areaJ.AirportEngineering,2006(4):10 14.2 董军,杨祺.高寒地区机场道面病害及温度场影响因素分析 J.路基工程,2010(5):220 222.DOI:10.3969/j.issn.1003-8825.2010.05.081.DONG J,YANG Q.Analysis on influencing factors of airport pavementdisease and temperature field in alpine cold areaJ.Subgrade Engi-neering,2010(5):220 222.DOI:10.3969/j.issn.1003-8825.2010.05.081.3 闫勇刚,刘文录.西北戈壁滩机场水泥混凝土道面病害与对策研究 J.甘肃科技纵横,2010,39(3):151 154.DOI:10.3969/j.issn.1672-6375.2010.03.070.YAN Y G,LIU W L.Study on cement concrete pavement disease andcountermeasures in Northwest Gobi desert AirportJ.Scientific&Tech-nical Information of Gansu,2010,39(3):151 154.DOI:10.3969/j.issn.1672-6375.2010.03.070.4 刘人玮.山区高填方机场不均匀沉降对沥青道面影响及处置方法 J.城市建设理论研究(电子版),2019(11):145 147.DOI:10.19569/119313/tu.201911132.LIU R W.Influence of uneven settlement on asphalt pavement of high fillairport in mountainous area and its treatment methodJ.TheoreticalResearch in Urban Constructio