西北地区某机场道面病害特征及成因探讨_李尚仁.pdf
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1、DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 056西北地区某机场道面病害特征及成因探讨李尚仁1,谢春庆2,潘凯2,刘川2,吉锋3(1 西部机场集团青海机场有限公司,青海 西宁 810007;2 广东中煤江南工程勘测设计有限公司,广东 广州410440;3 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059)摘要西部地区某机场站坪、联络道自 1991 年建成以来,分别于 2005 年、2007 年、2012 年和 2018 年进行了四期改扩建,2012 年后道面出现了较大规模的接缝破坏、道面脱空、沉陷、错台、断板、碎板等病害。通过系统的调查发现,
2、道面病害均发育于填方区,并沿各期扩建搭接区呈带状强烈发育,表现出填方高度越大、建设年代越久、面积越大,离航站区越近则病害发生类型越多、频率越高、规模越大的特征。经分析,地基土湿陷、冻融、压实度不足、压实不均是道面病害形成的内因,温度场变化、接缝老化、破损、地表水入渗是道面病害形成的外因,道面病害是内因外因共同作用的结果。实践证明,根据病害类型、分布特征、发育程度,采用灌浆、旋喷桩、设置防冻层、隔断层是治理和预防该类病害的有效措施,可为后期改扩建及类似工程的建设、病害防治等提供参考。关键词道面病害;温度场变化;地基湿陷;隔断层;防冻层;病害防治中图分类号P642 26文献标识码A文章编号1004
3、 1184(2023)03 0165 05收稿日期2022 11 14基金项目国家自然科学基项目(41977237);中国煤炭地质总局科技创新基金项目(ZMKJ 2020 4)作者简介李尚仁(1978 ),男,青海海东人,高级工程师,主要从事机场工程建设与管理工作。通讯作者潘凯(1989 ),男,四川西昌人,高级工程师,主要从事水文地质与工程地质、岩土工程勘测设计方面工作。Exploring the characteristics and causes of roadsurface damage at an airport in the northwestLI Shang ren1,XIE C
4、hun qing2,PANKai2,LIUChuan2,JIFeng3(1 Western Airports Group Qinghai Airport Company Limited,Xining,Qinghai 810007;2 Guangdong China CoalJiangnan Engineering Survey and Design Company Limited,Guangzhou,Guangdong 410440;3 Chengdu University of Tech-nology,State Key Laboratory of Geohazard Prevention
5、and Geological Environmental Protection,Chengdu,Sichuan 610059,China)Abstract:Since the completion of an airport station apron and liaison road in the western region in 1991,four phases ofreconstruction and expansion were carried out in 2005,2007,2012 and 2018 respectively After 2012,the road surfac
6、e suf-fered from large scale joint damage,road surface debonding,subsidence,misplaced platform,broken slab and broken slabThe systematic survey found that the road surface diseases were all developed in the fill area and were strongly developed in aband along the lap area of each phase of expansion,
7、showing the characteristics that the higher the height of the fill,the olderthe construction,the larger the area,and the closer to the terminal area,the more types of diseases occurred,the higher thefrequency and the larger the scale After analysis,the foundation soil wet sink,freezing and thawing,c
8、ompaction degree is in-sufficient,uneven compaction is the road surface disease formation of internal causes,temperature field changes,joints aging,broken,surface water infiltration is the road surface disease formation of external causes,road surface disease is the result ofthe combined effect of i
9、nternal and external causes Practice has proved that,according to the type,distribution characteristicsand development degree of the disease,the use of grouting,rotary piles,the installation of antifreeze layer and isolation layerare effective measures to manage and prevent this type of disease,whic
10、h can provide reference for the construction and diseaseprevention of later renovation and expansion and similar projectsKey words:oad surface diseases;Temperature field changes;Wet subsidence of foundations;Partition layer;Anti freeze layer;Disease control0引言西北地区深居内陆,降水稀少,气候干旱,冬季严寒而干燥,夏季高温,昼夜温差大,蒸发
11、作用强烈,气候复杂多样,且常分布湿陷性黄土、盐渍土、季节性冻土等特殊性岩土。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、脱空、角隅断裂、接缝破坏等工程病害。调查统计、病害分析及整治经验表明,西北地区机场道5612023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay,2023Vol.45NO.3面病害 70%以上是由于地基土冻融、湿陷、湿化、盐胀及地表水入渗作用等所引起和加剧1 5。典型案例如呼和浩特机场、包头机场、锡林浩特机场因冻融、耐久性问题6,兰州中川机场、敦煌机场等因冻融、湿陷、地表水入渗问题7 10,格尔木机场、和田机场、阿勒泰机场因冻融、盐胀、
12、溶陷问题11 13,造成机场道面的沉陷、隆起、脱空、错台、断板、碎板、板角剥落、接缝破坏、角隅断裂等病害,严重影响到机场的安全运营。1工程概况某机场位于西北高原地区,道面平均海拔 2 400 m 左右,跑道长 3 800 m,宽 45 m,并有一条等长平行滑行道,航站区建筑面积约 5 3 万 m2,滑行道与现有站坪通过四条垂直联络道相接,相关特征见图 1。该机场的站坪、联络道历史上进行了五期建设,分别为 1991 年、2005 年、2007 年、2012 年和2018 年,累计建设面积约 35 万 m2,目前正在进行第六期扩建,历史各期建设位置分布特征,见图 2。图 1机场布局及站坪、联络道平
13、面图位置展布图图 2站坪、联络道历史各期建设位置平面分布图1991 年、2005 年、2007 年站坪、联络道结构层从上到下为:34 cm 厚水泥混凝土面层,2 cm 厚石屑找平层、20 cm 厚三灰碎石基层、20 cm 厚水泥稳定砂砾底基层,结构层下设有20 cm 厚级配碎石垫层。2012 年和 2018 年结构层从上到下为:36 cm 厚水泥混凝土面层、1 cm 厚石屑找平层、20 cm 厚三灰稳定碎石基层、20 cm 厚二灰稳定砂砾石底基层,道面结构层下设有 30 cm 厚天然砂砾石垫层。道面结构特征见图3。2地质概况2 1气象特征机场位于盆地中部北侧的三阶台地上,海拔高度为2 358
14、2 460 m。研究区气候类型为高原性大陆气候,干旱少雨,日照充分,极端最低温度低于 21 5 ,极端最高温度高于34 5,年平均气温 5 5,年平均降水量 340 mm,多年平均蒸发量 1 785 mm。2 2水文地质特征研究区地下水类型为松散层孔隙水和基岩裂隙水,稳定地下水位埋深大于 30 m,雨季局部覆盖层内赋存团块状上层滞水,受大气蒸发作用在旱季枯竭。图 3站坪、联络道道面结构示意图2 3地层岩性特征研究区上部为第四系松散堆积层、下部为新近系碎屑岩,地层岩性主要有人工填土(Q4ml)、湿陷性黄土(Q4al+pl)、非湿陷性黄土(Q4al+pl)、卵石(Q4al+pl)和新近系泥岩(N)
15、,岩性特征由上至下简述如下:(1)人工填土(Q4ml),杂色,干燥稍湿,主要由道面基层填筑的砂砾石、碎石、砂及下部土基粉质回填土构成,呈稍密中密状,层顶埋深 0 3 0 4 m,厚度 0 7 10 3 m;压缩模量 Es1 2=2 0 18 6 MPa,承载力特征值 65 220 kPa。(1)湿陷性黄土(Q4al+pl):黄褐色,干燥,以粉土为主,层顶埋深 1 0 10 8 m,厚度 4 8 18 5 m;压缩模量 Es1 2=3 4 18 0 MPa,承载力特征值为 60 250 kPa。(2)非湿陷性黄土(Q4al+pl):黄褐色,稍湿,以粉土为主,层顶埋深 7 5 30 5 m,厚度
16、2 2 22 6 m,压缩模量 Es1 2=4 8 22 5 MPa,承载力特征值为 72 270 kPa,湿陷性黄土与非湿陷性黄土交错分布。(3)卵石(Q4al+pl):灰白、灰褐色,稍密中密,分布于黄土之下,埋藏深度大于 20 m,位于机场工程荷载应力影响深度之下。(4)泥岩(N):红色、紫红色,强 中风化,泥质结构,层状构造,埋藏深度大于 20 m,位于卵石层之下,强度低,易软化崩解,为软岩 极软岩,单轴抗压强度 0 5 10 0 MPa。图 4站坪服务车道、机位道面沉陷、地面裂缝特征图 5站坪廊桥、机位道面沉陷、断板、错台特征661第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月3道面
17、病害特征3 1病害类型与规模根据系统调查,站坪、联络道病害类型包括填缝料损坏、接缝破碎、道面脱空、沉陷、断板、碎板等,典型特征见图 4、图5,病害分布位置见图 6,各类病害规模统计见表 1。图 6站坪、联络道道面病害类型及分布位置平面图表 1站坪区道面病害特征统计表病害类型数量填缝料损坏/m1 789接缝破碎/m1 367面层脱空/m22 720道面沉陷/m214 073碎板/块123基层脱空/m2166基层沉陷/m22 279基层裂缝/条/m56/4463 2病害特征3 2 1分布特征根据站坪、联络道病害发生位置、类型、规模和特征,将其划分为区、区、区 3 个特征区,见图 7。图 7站坪道面
18、病害分区平面图(1)区:为服务车道、工作通道至航站楼之间的区域。区内面层脱空、基层沉降、基层脱空沿服务车道、工作通道呈条带发育。且表现出建设年代越久,病害越发育,不同期次扩建搭接部位病害强烈发育的特征。根据建设年代,结合病害分布位置,可将区细分为1区、2区、3区、4区、5区、6区、7区 7 个次级亚区。其中4亚区为1991 年与 2005 年扩建搭接部位,为整个站坪病害最发育的区域,存在大量接缝破坏、角隅破坏、裂缝、断板、面层脱空、基层沉降与脱空等病害类型。(2)区:为站坪、联络道不同年代扩建纵向搭接部位,病害沿纵向搭接边线呈条带发育。且表现出建设年代越久,病害越发育的特征。根据站坪建设年代,
19、结合病害分布位置,可将区细分为1区、2区、3区、4区、5区 5 个次级亚区。其中 1991 年建设对的1区、2区和 2007 年扩建对应的4区,病害最为发育。(3)区:为不同年代建成的站坪区的中心部位,根据站坪建设年代、病害严重程度可将区细分为1区、2区、3区、4区、5区 5 个亚区。其中 2012 年扩建的站坪,根据病害发育程度的差异,又可进一步细分为4 1区、4 2区、4 3区、4 4区 4 个次亚区,4 个次级亚区道面病害表现出由西至东,病害逐渐加重的特征。(4)根据搜集到的相关设计资料、勘测、检测资料,站坪、联络道病害发育区均为位于机场填方区,且表现出填方高度越大,病害发生类型越多,频
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