机场设计中的地下水处治方法研究.pdf

：机场设计中的地下水处治方法研究收稿日期：作者简介：易光伟（），男，工程师，从事岩土工程、场道工程、道路工程设计工作易光伟，罗俊（北京天羿机场设计咨询有限公司，北京 ；上海民航新时代机场设计研究院有限公司广州分公司，广东 广州 ）摘要：以新疆地区高地下水位、盐渍土、冻胀等条件下的某新建机场工程为例，设计了一种典型地下水处治方案，并经 软件建模验证：高地下水位时，机场地势设计对整体地形起伏不大地区的地下水渗流场有一定影响，但影响范围有限，影响幅度不大。可通过合理的地势设计、透水型截排水沟布置，大幅降低相应位置的地下水位，达到设计目标。采用防、排、疏、降相结合的综合治水措施，创新性地设计出了一种防冻胀并透水、耐冲刷，适应变形并维持稳定，节省造价、无需停航并易于检修的截排水沟型式，目前工程运行良好。关键词：机场；高地下水位；地势设计；地基处理中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言对盐渍土、季节性冻土地区的地基处理设计，需考虑覆盖效应（锅盖效应），李强、姚仰平等 及规范 均提出低于露点设置不透水隔离层的设计原则。对高地下水位的地基处理设计，应考虑道（路）基干湿循环对道（路）基强度的不利影响。对高地下水位的机场地势设计，常采用整体抬升道面标高或降低地下水位的方法。机场工程为面状工程，升降带等的坡度按规范要求不能太大，抬升道面标高意味着机场整体地势的抬升，对受地下水位控制并无法实现土方平衡的工程，将大幅增加外借土方量，大幅提升工程造价。采用降低地下水位的方法时，常于道面两侧设置排水盲沟，但由于粉黏土质地区盲沟外裹土工布不具备长效性，多年高强度使用有渗水效果下降甚至失去降水能力的可能。本文以新疆地区高地下水位、盐渍土、冻胀等条件下的某新建机场工程为例，在地势设计 地基处理中设计了一种典型地下水处治方案，为其他工程设计、施工提供借鉴。地下水模型的建立新疆地区某新建机场，地处山前平原，场地整体地势南高北低，地下水位变动幅度达 ，借方运距 。受业主造价控制影响，整体抬高机场地势不具可行性。工程影响范围内土层主要为：耕土、软土、粉质黏土、粉土、细砂、砾砂、圆砾等。原地基土冻胀，氯盐中盐渍土。综合考虑土基干湿循环、盐渍土、冻胀等因素，需设置 厚复合土工膜 砂砾石隔离层。当按上述垫层厚度进行全场土方平衡设计时，考虑水位上浮，跑道南端地下水位标高与道面结构层顶齐平。对整体地形起伏不大的地区，以往的机场工程设计通常不考虑机场地势平整对地下水位的影响，此情况下的地下水位等值线见图 。?谭晓刚 、丁一聪 对中卫沙坡头机场、拉萨贡嘎机场的地下水位情况进行了模拟，但模拟范围均远远超出机场平整范围，未能有效考虑机场平整对原地形渗流场的影响。从勘察资料和勘察单位了解到，本工程地下水位与地形有较大的相关性，因此考虑场区平整对场区及附近一定范围内渗流场的影响是必要的（见图 ，图 ）。?本机场跑道真方位角 ，场区原地形坡度南 北方向（南高北低），于平整范围南北两端各 处（实际影响范围不大于 时，计算结果体现实际情况；实际影响范围大于 时，场内地下水位更低，计算结果趋于保守）设置第一类边界（水头边界）：（，）（，）。其中，（，）为第一类边界 上任意点（，）在 时刻的地下水位；（，）为点（，）在 时的水第 卷 第 期年 月山西建筑 位已知值。同时将地层结构概化为 层（地层 为弱透水层，地层 为强透水层），水文地质参数见表 ，降雨、蒸发参数采用气象资料。考虑地下水渗透情况概化场地地层结构后，采用基于有限差分的 软件拟合场区内勘察资料所述最高地下水水位标高（上浮后），使跑道、联络道、站坪钻孔位置 以上的水位标高与模拟标高误差小于 ，满足规范要求，即认为模型和边界条件适用于场区地下水位模拟和预测。表 水文地质参数取值表地层渗透系数（）贮水率（）给水度有效孔隙度 总孔隙度地层 地层 经图，图对比可知，高地下水位时，由于揭露含水层，地势开挖对原地下水位的影响是有限的，仅局限于地势降低点至 范围处。方案优化及地下水处治 地基处理隔离层对地下水位的控制根据规范，为避免覆盖效应对道面结构层的不利影响，隔离层底应高于地下水位 以上并深于最大冻深，隔离层 结构层厚度可满足规范最大冻胀量及上述隔离层埋置深度的要求，但平整后的地下水位高于隔离层底，不符合规范要求；尽管隔离层采用全包式，并有结构层压顶，复合土工膜足够承受内外水头差，可视为相对不透水层，但地下水常年反复循环浸润隔离层，考虑施工可靠性，隔离层仍有局部失效的风险。地势设计的优化本场区地处山前平原，整体土方量不大，地势设计应综合考虑道面结构和地基处理进行整体土方平衡。采用多元线性规划法（如 软件），跑道南端安全区纵坡接近 。从图 ，图 可知，场区平整对本场区渗流场有较大影响；整体增大南端安全区纵坡至 ，可降低跑道南端点最高地下水位 （见图 ，图 ），轻微抬高土方平衡下场区地势设计标高（约 ），且有利于挖方边坡坡脚截排水沟沟底揭露砾砂、圆砾等强透水层（地层 ），跑道设计纵断面及原地形坡度见图 。?地下水综合处治措施本工程综合采取防、排、疏、降相结合的措施来处治地下水问题。）隔离层隔水（防水）。隔离层采用盐渍土地区常用的复合土工膜 砂砾石隔离层，厚 。为应对地下水位阶段性升高、施工可靠性引起的局部冻胀、盐渍化风险，于隔断层外设置 厚场内粉质黏土，提升隔断层隔水可靠性。）隔离层疏水（排水）。对少量施工积存水、道面分缝渗入水、空气冷凝水、施工不当意外渗入隔断层的水，采取在地下水位低点处设置四周不透水盲沟、反向渗井（水由井中向井外渗透）的方式，将上述各种渗入水通过盲沟、渗井导入强透水地层，见图 。?）透水型截排水沟的降水 疏水 排水。由图 ，图 可以看出，尽管地势平整改变了场区的渗流场（尤其是南端），但地下水位仍过高，需进一步降低地下水位。参考建筑行业及当地排碱渠的做法，于跑道南端平整边界外设置透水型截排水水沟（取代挖方边坡），该沟兼具降低地下水位、拦截挖方边坡地表雨水、排除部分场内外融雪水和雨水的作用。由于民航行业、公路市政道路行业均无该种类型沟的先例，为使沟渠防冻胀并透水、耐冲刷，适应变形并维持稳定性，节省造价、无需停航并易于检修，在此创新性地设计了一种透水型截排水沟的结构型式，见图 。?处治效果根据上述地下水模型，增设截排水沟后，计算得出了场区及周边地下水位等值线图（见图 ）。以跑道南端中点为（，），平行跑道方向为 轴建立坐标系。道槽区不利位置（地下水迎水面处），跑道道肩西侧边线处的地下水水位情况如图 所示。由图 ，图 可知，地下水水位在机场南端挖方边坡及截排水沟处得到大幅降低，跑道南端地下水位由 降至 ，降幅较大；截排水沟的设置全面降低了跑道范围内的地下水水位；跑道南部地下水位降幅度大于北部；降水后的地下水位满足 节中隔断层的设置要求。现场设置水位监测孔并规定了透水型截排第 卷 第 期年 月山西建筑?水沟的养护要求，保证了整个处治体系的安全运行。潜水水量均衡方程：（）（）。其中，为潜水储存量的变化量；为降水渗入量；，分别为潜水的凝结补给量及蒸发量；为泉的流量；为地表水对潜水的补给量；，分别为人工注入量和排出量。经全场潜水水量均衡计算，得出截排水沟的最大渗流量约为 ，大于该汇水面积地表雨水设计流量；机场地处新疆地区，经现场调研，认为设计暴雨与地下水渗流量最大值不同期发生，故地下水渗流量为该截排水沟设计流量的控制因素。结论针对机场地势、地基处理设计中的高地下水位问题，设计出了一种典型地下水处治方案，经 软件建模，得出以下结论：）高地下水位时，机场地势设计对整体地形起伏不大地区的地下水渗流场有一定影响，但影响范围有限，影响幅度不大。）可通过合理的地势设计、透水型截排水沟布置，大幅降低相应位置的地下水位，达到设计目标。）采用防、排、疏、降相结合的综合治水措施，创新性地设计出了一种防冻胀并透水、耐冲刷，适应变形并维持稳定，节省造价、无需停航并易于检修的截排水沟型式，目前工程运行良好。参考文献：李强，姚仰平，韩黎明，等 土体的“锅盖效应”工业建筑，（）：姚仰平，王琳 影响锅盖效应因素的研究 岩土工程学报，（）：中交第二公路勘察设计研究院有限公司 公路路基设计规范：北京：人民交通出版社，谭晓刚 关于机场飞行区地下水降水的模拟研究 水利与建筑工程学报，（）：丁一聪 拉萨贡嘎机场第二跑道渗流场及应力场耦合分析 贵阳：贵州大学，（，；，）：，：，：；第 卷 第 期年 月易光伟，等：机场设计中的地下水处治方法研究