溶洞丘陵地貌土石方高填方施工技术研究

姚运军，李 宁

（中铁北京工程局集团有限公司机场工程分公司，北京 102308）

1 工艺原理

（1）隐伏溶洞施工工艺原理。采取垫层强夯法处理隐伏溶洞，确保原地基中隐伏溶洞能够压实，为后续的高填方施工提供基础支撑。

（2）土石方高填方施工工艺原理。从底层开始对高填方各环节进行控制，通过对不同因素影响下高填方施工质量的观测，对比分析，总结出一套最适宜用于溶洞丘陵地貌土石方高填方施工的方法。

2 隐伏溶洞处理

2.1 施工准备

（1）施工放样。将图纸上隐伏溶洞位置在施工现场标识出来并设置好施工区域，放样后与地勘单位人员核对溶洞位置，确认无误后方可开始施工。

（2）一般条件。施工现场具备以下条件后，可开始进行溶洞地基处理施工：溶洞周围原地面地表，植被、耕植土等已处理完毕；填筑材料检测完成，确保符合设计要求。

（3）铺设垫层。由于直接在溶洞洞上方进行强夯会破坏溶洞原有持力结构，因此在设置好的溶洞施工区域上方铺设强夯垫层；强夯时，冲击能量最大部分直接作用于强夯垫层上，向下传递逐渐减小。

2.2 垫层强夯

在溶洞强夯区域内布置夯点，夯点的间距为4.5m，正方形布置，2遍点夯+1遍满夯，第一遍点夯与第二遍点夯的夯点呈梅花形交错布置，如图1所示。

图1 夯点平面布置示意图（单位：m）

为保证两遍点夯区域顶层均匀密实，在两遍点夯后将场地推平，再进行一次满夯。满夯采用1000kN·m能级，夯点之间d/4搭接，d为夯锤直径，夯击次数为3次。

2.3 试验检测

点夯及满夯完成后进行试验检测工作，按照设计要求，经强夯处理后，溶洞垫层地基承载力特征值不小于180kPa，强夯垫层固体体积率不小于78%。

溶洞地基处理试验检测数据如表1所示，夯击能为2000kN·m时，地基承载力有一项不合格；夯机能为3000kN·m时，所有检测数据均合格；夯击能为4000kN·m时，所有检测数据均合格，但检测值超过设计要求较多。从经济合理及节能减排角度考虑，在满足设计要求指标时应选用能级较小的工艺进行施工。

表1 溶洞地基处理试验检测数据表

3 土石方高填方施工

3.1 施工准备

（1）填筑分区。进行区域施工放样，根据不同区域填筑质量要求不同，主要分为飞行区道面影响区、升降带土面区、其他土面区、填方边坡稳定影响区、航站区、工作区道路区、工作区建筑区。

（2）地表清理。区域内有溶洞地基处理的，必须完成地基验收，之后方可开始土石方填筑施工；填筑之前清除植物、土，同时清除填方区零星分布的生活垃圾、工业垃圾。

（3）原地面碾压。原地面清表后，上部第一层填筑采用碾压工艺时，对清表后地面进行碾压。

（4）填料检测。填筑材料检测完成，确保符合设计要求；填料根据场地分区及填筑竖向部位确定。

（5）填挖交界面处理。填挖交界面做开挖台阶处理。

3.2 土石方填筑

填筑过程中需要注意采用堆填法分层填筑，虚铺4.0m，分成3层进行填筑，每层约1.3m，填筑的土石方粒径不得大于0.8m。

3.3 夯机强夯

强夯施工，夯点布置形式为正方形（4m×4m），每一填筑层进行1遍点夯，根据不同填筑分区选取1遍点夯的夯击数。强夯施工工艺参数如表2所示。

表2 强夯施工工艺参数 单位：%

最上一层强夯填筑层夯坑推平后，对强夯区域进行满夯，满夯单击夯击能1000kN·m，夯点布置形式为d/4搭接（d为夯锤直径），夯击数3击。

3.4 填筑面搭接

土石方高填方施工同一层填筑体之间的交接面是高填方填筑时的薄弱点，各个作业面要相互沟通，搭接的作业面高程差不得大于4m。作业面搭接的范围及工艺不得小于20m。和已有的工程交接处要在原地面上开挖台阶，台阶的高度为1m，开挖时台阶顶面应向挖方侧倾斜，台阶坡度为1∶8。

3.5 上下层填筑

上下两个强夯层施工时，要保证上下两层夯点按梅花形布置。

4 土石方高填方施工试验检测

4.1 不同填料的土石方填筑施工试验检测

不同填料试验检测数据结果如表3所示，通过对比分析可以看出，利用中风化灰岩填筑存在检测不合格情况，需要对该区域进行补夯，直至合格，这会造成人力、物力、财力的浪费。对此，在土石方高填方施工过程中，应优先选用强风化岩石，这样更容易进行压实，能够减少成本及能源消耗。

表3 不同填料试验检测数据结果

4.2 不同压实工艺的土石方填筑施工试验检测

该工程为机场扩建工程，机场周边属于较敏感区域，不允许采用超高机械施工。

选定3块区域采用相同的回填材料进行填筑：若离机场运行区较远，可以选取超大机械施工的区域，采用强夯；对于离机场较近但满足冲碾机械最短冲击距离及速度的区域，采用冲击碾压工艺；对于离机场较近且不满足冲碾机械施工的区域，采用振动碾压工艺。

如表4所示，通过检测结果可以看出，3种压实工艺均可达到设计要求，满足现场施工需要。

表4 不同压实工艺试验检测数据结果

4.3 土石方高填方沉降观测

观测区域内，填方高度为14～56m，表层沉降观测历时211d，累计沉降量介于-2.1～-75.7mm；最后一个月沉降速率介于0.00～0.11mm/d，倒数第二个月沉降速率介于0.00～0.11mm/d，倒数第三个月沉降速率介于0.00～0.50mm/d；工后剩余沉降量介于8.4～88mm，工后差异沉降介于0.0‰～1.3‰，根据设计规定值，（跑道在设计使用年限30年内的工后沉降、工后差异沉降不宜大于0.2m、1.0‰，滑行道在设计年限30年内的工后沉降、工后差异沉降不宜大于0.3m、1.5‰），沉降预测推算工后沉降量与工后差异沉降均满足设计要求。

5 结束语

通过对比分析，溶洞丘陵地貌高填方施工地基处理采用3000kN·m能级强夯处理，并采用强风化岩石用于土石方高填方回填，既能保证工程质量、节约成本，又保护了生态环境，取得了良好的环保效益和社会效益，应在今后的施工中广泛推广使用。