任继荣
（山西机械化建设集团公司，山西 太原 030009）
[摘要]针对南方地区某机场红砂岩填料条件和高填方、大土石方量的特点，研究红砂岩填料特性，提出了施工方案，很好地解决了红砂岩高透水性、易风化、遇水膨胀和崩解等工程难点，同时对施工过程进行了变形监测和施工效果检测，保证了飞行区建设质量要求。
[关键词]机场；跑道；红砂岩；变形；监测；施工技术
[中图分类号] U416.1 [文章编号]1002-8498( 2016) 11-0061-04
红砂岩在我国南方地区分布较广，具有高透水性、遇水软化、极强风化崩解性、强度干湿循环变化大等特点，一般不宜作为填筑材料。民用机场工程占地面积大，土石方量动辄都在数百万立方米以上，不论从经济还是技术角度，场区土石方不可能大规模外弃或借方填筑，施工中要尽量做到挖填量平衡，同时机场飞行区跑道填筑质量要求又高，因此如何做好飞行区红砂岩土质填料的施工成为一项重要课题。
1工程概况
某机场位于赣东北地区，场址处于低山丘陵地带。拟建飞行区跑道长2 400m，宽45m，填方最大高度近30m，挖填土石方工程量610万m3。根据岩性场区地层分两大类，其中第四系分为耕土、淤泥和含砾粉质黏土3层，白垩系可分为泥质砂岩、粉砂岩、粗砂岩和砂砾岩4层，依风化程度又可分为9个亚层，呈红色、深红色或褐色，是南方地区典型的红砂岩土质。场区地下水局部赋存于低洼地的含砾黏土的孔隙中和强风化基岩的裂隙中。历史年度，
降雨量最大为2 996. 1mm，最小为923. 7mm。
2 场区红砂岩填料土体性质指标
1)现场红砂岩样品呈灰红色或褐红色，湿密度2. 03~2.21g/m3，含泥量<5%，含盐量<0.3%。检测其矿物质含量9%左右，由于矿物质亲水性，红砂岩易风化崩解，遇水软化。红砂岩细粒状后吸水性增强，达到饱和，孔隙率为0.1~0.3。红砂岩透水深度可达20~ 30cm，其膨胀率为1% N4%，遇水其强度降低最高为30%，车辙可达20cm以上。
2)按照浸水崩解强度，对场区不同区段红砂岩进行类别判定，场区一类红砂岩、二类红砂岩、三类红砂岩都有分布。常水头渗水试验，红砂岩松散填筑料渗透系数10-2~10-3(cm/s)级，呈高透水性。
3)现场试验段工程发现，红砂岩填料随干湿循环次数增加，岩块崩解碎化。碾压后的填筑体受水浸湿，强度降低，蒸发渗水后强度又有恢复。 飞行区填筑质量控制指标如下。
1)道槽区土基顶面的反应模量≥50MN/m3。
2)道槽区工后差异沉降<1.5‰。
3)中湿土法击实试验，一类红砂岩最大干密度1. 9g/cm3，最佳含水率10.5%；二类红砂岩最大干密度2. 0g/cm3，最佳含水量9.8%；三类红砂岩最大干密度2. 12g/cm3，最佳含水量4.5%。填筑体压实度要符合民用机场施工规范要求。
3 飞行区红砂岩施工关键问题处理
3.1 红砂岩填筑受地表水、地下水浸泡软化、膨胀的问题
施工场地内红砂岩填料，特别是中、强风化砂岩遇水软化、膨胀变形特征显著，如果施工过程中排水措施不到位，将会造成地下水、地表水浸泡软化天然地基及填筑体地基，引发地基沉降和填筑体边坡失稳。对于这类问题，必须对填料采取隔水、排水措施，保证外部水源不进入，限制和阻断红砂岩填料的高透水性。解决方案为：①设置盲沟（见图1），在场区内地下水位低、山体孔隙水大的区段以及原地面冲沟、鱼塘处设置盲沟，暗排地下水；②
施工作业面上游开挖集水坑，填筑体四周设置临时排水沟，以排除雨水和雨后山体渗水；③施工过程中及时碾压封面，注意每填筑层的坡度，集水坑不能设在道槽区，排水一定要掌握从道槽区向土面区引水的原则。临时排水沟可采取铺设塑料布的方式，减少排水过程中向土体渗水。
3.2 红砂岩高填方填筑体问题
本施工场区内最高填筑高度接近30m，部分地段边坡坡底到坡顶垂直距离在25m以上，属于高填方。
1)高填方各工作面填筑起始标高不同，填筑进度不同，容易形成软弱、薄弱面。
2)填挖交界处属于不同介质，处理不当，地表水沿交界面渗入，红砂岩受到浸泡，原地基斜面与填筑体产生位移，造成不均匀沉降。解决方案为：①对于场地原地基软弱土体，清除至可塑，换填30cm人头石、10cm砂砾嵌缝，50t激振力碾压机振动碾压；②道槽区及影响区（道面两侧道肩各外延2m，并按1：0.75坡比向原地面放坡所得区域），填筑中每隔50cm厚度铺设1层土工格栅(CTGSG45-45)，格栅应深入台阶，共设置5层；③填方交界处当原地面坡度>1:5时，开挖台阶搭接，台阶宽度≥1m，台阶顶面向内倾斜3%。相邻填筑区域施工进度保持同步，高差≤3m，并设台阶搭接。
3.3 高填方边坡稳定性问题
场地高填方区域，特别是边坡位于冲沟、鱼塘洼地时，该区域淤泥质土抗剪强度差，对边坡稳定性不利，边坡原地面与红砂岩覆盖土接触面出现高填方及地基失稳的控制面。
红砂岩填筑体呈碎裂状结构，破碎岩块在强降雨情况下，水沿裂缝渗入边坡填筑层，填筑体土重上升，边坡结构面抗剪强度急速降低。同时，红砂岩极易风化，在温度和水的相互作用下，风化向边坡深处发展，发生滑坡、崩坍。解决方案：①扩大边坡处理范围，飞行区平整区域向跑道方向内缩2m至坡脚外延2m范围，作为边坡处理范围；②边坡与原地面接触处，软弱部位采取换填、碾压措施；③采用坡率法填筑，提高压实系数；④坡脚、坡面受暴晒、雨水浸湿，风化相对严重，做好砌石防护和排水措施。
4 红砂岩填筑施工技术
4.1红砂岩填料摊铺
红砂岩采用分层摊铺的方式。施工中摊铺厚度和碾压组合须经过试验确定。本工程摊铺厚度为50cm，等厚法填料，级配不均匀系数Cu>5。根据场区各类红砂岩存量，一、二类红砂岩用于土面区填筑，避免在雨季施工，三类红砂岩用于道槽区填筑。同时，要对道槽区影响线、边坡区范围线层层明确标识，保证道槽区、边坡区填料适宜。
4.2 红砂岩填料碾压及压实度控制
本工程在填料接近最佳含水量的情况下，50t振动压路机碾压6遍，可以达到90%压实度；碾压8遍，达到93%压实度；碾压9~10遍，压实度可以达到95%以上。碾压方向从两边向中间，重叠宽度20cm左右，碾压工作面搭接如见图2所示。
为了将较大的红砂岩料石碾碎，保证填料的级配，可以采用“耙压”技术，即将填筑料推平、压实，再使用松土齿耙耙松，压实，多次反复。
现场试验表明，在填料压实度达到90%以上时，表面积水难以下渗，红砂岩高透水性被抑制。施工中及时对填料进行碾压，除能降低填料的透水性，也减少了填料在阳光、大气中的暴露时间，减弱了红砂岩填料易风化性。所以一般要求每层填料必须在12h内封压完毕，并尽快开始下一层覆盖施工。另外，施工现场可以分区段施工，一个施工面能保证各类机械正常作业，发挥工效即可，不宜过大。
4.3填筑过程中含水量控制
在施工过程中必须对填筑料含水量进行控制，一般控制在最佳含水量1%~2%为宜，工地实验室要及时跟进，提供含水量参数。不同类别的红砂岩含水量分别控制。填料含水量较低时，可以在挖方区或填筑区洒水，含水量较高时要晾晒。
每次降雨后，填筑面含水量较高，不要立即进入场地施工，晾晒1~2d，待红砂岩填筑体恢复强度后再进行施工。如果急于施工，要推掉表层含水量过高的填料，重新碾压下层填筑面后再开始施工。天气转晴时，由于填挖高差，与填方区交接的挖方区红砂岩山体积存的雨水会渗入填筑面，一般会延续2d时间，这是红砂岩特性决定的，要特别注意。
4.4 填筑体压实度检测
碾压完成后要针对不同类别红砂岩，按规定检测频率，采用灌砂法进行压实度检测。同时，要区分道面影响区、飞行区土面区、填方边坡稳定影响区等不同部位及距道基设计标高不同深度对压实度的不同要求。
4.5冲击碾压补强
为确保道床，也就是道面底面以下0. 8m范围内的压实度，提高红砂岩填筑体的均匀性，道槽区填筑达到设计标高后，采用冲击碾压进行补强。冲击碾压设备为32kJ冲击式压路机，工作速度10~12km/h，冲击遍数25遍，冲击方向如图3所示。
5 变形监测技术
红砂岩性质脆弱，本项目高填方工程地形起伏较大、地质条件复杂，红砂岩填筑料多样，因此填筑体稳定性、地基及填筑体沉降、边坡稳定性等都是施工期需要关注的问题。为确保填筑体变形均匀、填筑密实、地基稳定，及时获取施工信息，红砂岩施工过程同时规划开展变形位移监测工作。
5.1监测点布设
监测点选取在场区高填方区段、填挖交界处、地基软弱区域（冲沟、鱼塘）、边坡区等最不利位置。监测装置布设如图4所示。
5.2变形位移监测的项目及数量（见表1）
5.3监测时间及频率
填筑工作一开始，即规划实施监测作业。观测从当年6月开始，1 1月结束，贯穿整个施工期，历时6个月。检测频率前期为1次/3d，后期为1次/6d。
通过对填筑体顶面沉降、原地基沉降、分层沉降、坡脚水平位移、坡顶水平位移以及盲沟出水流量6个项目进行施工期间和工后监测，绘制、分析时间．沉降关系曲线图、时间一位移曲线图、出水量一时间关系图，判定填筑体是否满足设计条件。从监测结果可以看到：
1)填筑体顶面累计沉降量较小，而且监测最后2个月的沉降量< 5mm（见图5，以冲2观测点为例），差异沉降率<1.5‰。
2)分层沉降监测结果显示，各断面的主要压缩区域为浅部土层，深部土层固结压缩时间较长，沉降变形较小（见图6，以塘7观测点为例）。证明红砂岩填筑控制较好，压实度得到保证，场道地基深层土体处于稳定状态。
3)边坡坡脚与坡面位移平均3mm，最大位移6mm，位移较小，边坡处于稳定状态。
4)原地基沉降，施工期间沉降随红砂岩填土荷载的增加而呈现较快增长趋势，各监测点数据显示累计沉降量7~ 20mm，至施工结束，监测后期2个月沉降≤5mm，沉降趋于稳定、收敛，说明对原地基处理手段效果良好。
5)盲沟出水流量监测结果表明，排水起到预定作用，盲沟出水量达到6~ 10m3/h，有效降低地下水位，场道地基处于一个干燥环境，能够避免红砂岩受到水的浸湿影响，保证了填筑体稳定。
6 红砂岩填筑体施工效果
施工效果除进行压实度检测、变形检测外，还在道槽区土基顶面进行了地基反应模量检测，检测频率为10 000m2/点，检测在土基顶面施工完成后15d进行土基反应模量检测，结果如表2所示。
7结语
1)施工前要对场区红砂岩进行浸水崩解试验，以确定红砂岩强度，分析其结构特性。
2)在挖方区分区、分块并编写山头号，明确该区域红砂岩类别，采取不同的施工工艺。
3)红砂岩最显著特点是吸水性、透水性强、遇水易膨胀，现场一定要做好防水、排水、引水工作，这是保证施工质量的关键。
4)红砂岩土质宜采用振动碾压，“慢驶、多次”的碾压方法，确保填筑密实度和孔隙率，降低工后沉降。
5)结合变形监测，及时获取红砂岩施工现场变化。
6)通过工程实践，证明了红砂岩土质填料施工的可行性，为类似工程提供了参考。
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