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摘要：在填筑施工过程中，我们进行对该工程道槽区沉降与边坡变形监测。本文主要针对道槽区沉降监测中的监测点部署，构建监测网，以及沉降监测方法进行了论述，以共与大家交流。

关键词：道槽区;填筑沉降;沉降监测;变形预测

1工程概况

该工程道槽区沉降与边坡变形监测，沉降监测和变形监测于2005年7月28日正式开始测量，至2005年10月25日止，历时约3个月。其中沉降监测设置高程控制点5个，沉降观测标跑道20个，滑行道区15个，站坪区4个，长期观测标4个，共进行17次观测。变形监测设置平面控制网4条导线，13个控制点，设置变形监测点20个，共进行15次。目前大部分区域的沉降和变形基本稳定，根据沉降监测与变形监测数据，并对数据进行计算，整理和分析。

1.1 该工程基本情况

该机场地址位于低山丘陵中，整个场区地势东高西低。规划跑道中线跨越三座小山头，自东向西，海拔高程（黄海高程系）分别为：416米，409 米，421米。场区地形起伏，高差一般为50～60米，最大高差约85米，东部有一条深谷从跑道东端斜插而过。东端向外为陡坡坡度约1/3。场地区南侧四条冲沟切割，冲沟起始端均位于场区边部，向南逐渐加深。场区北侧西部地势较为平缓。场区植被较为茂密，山体多被短小灌木覆盖，山坡、山脚则有茶园和稻田。跑道西端高程357.52米，东端高程372米，跑道平均纵坡为0.59.8%，有效坡度为0.5908%。

本机场为典型的山区机场，高填深挖，土石方工程巨大。沿跑道轴线最大填方土高度40.41米，最大挖方高度49.80米。边坡区最大填方高差达56.8米。利用方格网法计算图面工程量，填方106.7万立方米，挖方955.1万立方米。土石方工程量总量达2016.8万方。

2工程地质条件

2.1地形地貌

飞行场区受鹫峰山脉控制，群山起伏，沟壑纵横，植被发育，地形复杂。总体为西北高，东南低。发育有中低山、低山丘陵、山间盆地等貌单元，飞行场地内的地形相对平缓，部分地段切割成小沟谷，跑道轴线最高点标高为420.38m，最低点326.10m，最大高差94.28m。

2.2地层岩性

飞行场地内的地层岩性主要包括：第四第、白垩系、侏罗系的地层以及燕山期的侵入岩等。自上而下分别为：耕植土及人工填土，冲洪积及洪坡层、残坡积层、全风化层、强风化层、中风化层、微风化层和未风化层。

2.3工程地质分区及特征

挖方区多为基岩。表层为耕植土、植物土、厚度0～1.0m，不宜作为填方填料，以下为残坡积地层，孔隙比较大， 含水量变化亦较大，厚度变形0～5.0m，该层土做填方填料时应慎重使用。填方区的高程填区，从地表特征看主要为水稻田，该区普遍分布耕植土及洪坡积层厚度0.3～1.0m，其下部的含砾粘土等松散土层性质也较差。但总覆盖厚度并不很大（小于2.0m）;挖填交接的坡地区，其下部岩面高低起伏，覆盖层厚薄不一，厚度变化0.5～6.0m，且工程状性较差。

2.4综述

①场地区地质构造比较简单，断层不发育，未见活动性断裂以及泥石流、滑坡等不良地质现象，建筑场地为Ⅰ～Ⅱ类，属地壳稳定区。在深挖区，开挖后天然地基以微风化基岩为主，除少量残坡积层、全风化、强风化层强度相对较低外，无软弱下卧层和不良地质现象，是良好的天然地基。道槽区采用挖土机开挖时，打好轴线桩，并撒好灰线。考虑排水，故放外侧工作面70cm，内侧工作面为50cm，以便挖沟集中排水。道槽区尽可能快挖，缩短工期，以防有雨天。施工中在槽边做好排水措施，预防道面基础水留存。挖土机挖土时，应比设计标高高出10cm，到最后用从工修整到位，确保挖土不超深。挖土机运行中，要按最优行驶路线挖土，挖出土堆距槽边2m处，并应注意让开龙门桩引线位置，以便正道工序的施工。如地下水位较高，应及时在槽内四角及相应处挖排水沟和集水井，集中排水，集水井间距不得超过15m。排水沟断面为300mm×400mm，沟底坡度为1%0～5%0。在建筑物的每10m设置集水井1个，集水井为600×600，集水井比排水沟1mn以上，并在井内加设箩筐等能起到过滤作用的物体。在高填区，耕植土有机质粉质粘土、粘土，强度低，压缩性大，是软弱土层，但厚度一般小于1.0M，如果将其清除，下部仍为较好的地基。回填土，经碾压、强夯处理后，作为飞行场地的地基也是适宜的（基础回填时，分层夯实，每层夯填厚度在200～250mm，控制夯实后的干容量为16.KN/m3以上，压实度95%以上，不得出现橡皮土;回填时，应基础两侧同时回填，避免基础单侧受压;回填的土质，应符合设计要求，不得使用含淤土，含有机物草根树根等不符设计要求的回填土）。深挖区基岩地基与高填区人工加固地基的强度相差悬殊，极不均匀。

②场地土层部分（含全～中风化层）力学指标取值见表1。

3道槽区设计施工技术要求

3.1设计要求

根据设计对地基的要求，本次地基处理试验段的土石填筑地基经地基后，必须达到稳定、密实、均匀。道槽下及影响范围的填筑地基处理要求是：①最终剩余沉降量小于8cm;②不均匀沉降坡差应小于0.15%;③土基变形械量大于15MPa。

3.2施工技术要求

根据工程设计研究局提交“该工程试验段试验报告”。道槽区施工技术要求如下：

3.2.1原地基强夯施工技术要求

①场地平整堆填土石混合料的厚度小于2.0m;填料宜采用中风化石料，其采用最大粒径小于80cm级配良好的土石混合料，具体级配要求;不均匀系数大于5.0，曲率系数1～3;②采用夯击能力为2000KN·m进行强夯时，夯击次数应大于12击，最后两击夯沉量之差应小于5cm，最后两击夯沉量之和应小于10cm;并且必须同时满足上述三项要求，当不能同时满足上述3项要求时，必须在夯坑中回填石料，直至满足要求。③采用夯击能为3000KN·m进行强夯时，夯击次数应大于8击，最后两击夯沉量之差小于5cm，最后两击夯沉量之和小于16cm;并且必须同时满足上述三项要求。当不能同时满足上述3项要求时，必须在夯坑中回填石料，直至满足要求。④强夯施工时，第一遍点夯，夯点间距为4.5m×4.5m，正文形布置;第二遍点夯在第一遍4夯点中间，夯点解间距4.5m×4.5m，正文形布置;第三遍为满夯同，夯击能1000KN·m，夯击次数3击，1/3锤搭接。⑤检测标准：对于土石料填筑体，压实度指标不小93%;原地面以下2.0m处，压实度指标不小于90%。在土基处理顶面应进行载荷试验，其地基承载力应大于250KPa;变形模量应大于15MPa。

3.2.2填筑体强夯施工技术要求

①基础层面处理， 检测指标满足要求后，测量层面标高;②在填筑体与原山坡坡脚交界的位置，则应在原地面处理完成后沿山坡坡脚开挖台阶，台阶宽高比大于1：1，要求台阶平整顺直，可略呈倒坡，台阶开挖完成并验收合格后，开始进行填筑施工③选用最大粒径小于80cm级配良好的土石混合料，，采用分亚层堆填与抛填交错的施工方法，即堆填一层，抛填一层，每亚层厚度在1米左右。④层面平整，测量夯前高程，控制填筑层厚度;⑤对于采用2000KN·m进行强夯时：夯点间距3.5m，正文形布置，虚填厚度不大于3.5m。强夯要求是击数不小于12击，最后两击夯沉差小于5cm，最后两击夯沉和小于10cm。在进行下一层填筑施工时，其夯点位置应位于上层四夯点之间;⑥对于采用3000KN·m。进行强劯时：夯点间距3.5m，正方形布置，虚填厚度不大于4.5m。强夯要求是击数不小于10击，最后两击夯沉差小于5cm，最后两击夯沉和小于10cm。在进行下一层填筑施工时，其夯点其夯点位置应位于上层四夯之间。⑦检测标准：对于土石料填筑体，压实度指标不小于93%;地基承载力应大于400KPa;变形量应大于30MPa。

4场区沉降与不均沉降理论分析

通常，土石方工程设计、施工中存在三方面的问题，第一，沉降及不均沉降，这会引起结构物的沉陷和倾斜，从而导致影响结构物的使用;第二，土基的强度，这会引起结构的使用，严重的会导致工程事故。第三，土坡的稳定问题，影响结构物的使用，严重的会导致工程事故。对机场跑道而言，则主要是沉降和不均匀沉降，尤其是不均匀沉降。因为均匀沉降只影响机场首道面的设计高程，不会引起机场道面的结构性，功能性的破坏。因此，为考虑均匀沉降的问题，在设计机场道面高程时，设置一定的预留量，以保证不受洪水的侵害和地表降水的排出。而不均匀沉降过大，则会影响机场道面的功能性要求，严重的会导致道面的结构性破坏。

通常，高填方机场沉降由两部门组成，其一是原地面沉降，其二是填筑体沉降。原地面沉降由填筑荷载的附加应力引起的土基沉降，可由分层总和法来计算压缩层的范围内的总沉降量，并用比奥固结理论来计算不同时间的沉降量。但是，对于填筑体的自身压缩变形和不同时间的压缩变形计算，目前还没有通行的方法。国内一些科研机构对此进行了有效的探索，如有的采用了改进的分层总和法来分析土堤的沉降;有的采用非线性有限元分析填筑体的变形等等。但不管使用那种方法来计算填筑体的沉降，都会带来较大的误差，而有限元方法计算填筑体的沉降能适应各种边界条件和几何形状的变化，并能处理非均质材料。根据空军工程设计局“机场高程填方技术经济研究”成果，运用有限元方法来计算填筑体的弹性变形。

4.1沉降分析

分析场区跑道、滑行道原地面地质剖面，原地面的覆土厚度主要为洪坡积层，该层为有机质粉质粘土，粘土、含砾粘土;残坡积层，该层为粉质粘、、粘土、粉土、含碎石粘土。由于在施工过程中，地局部洪坡积层和残坡积层进行了原地面强夯处理，并且采用中风化石料，因此原地面物理力学性质有-较大改善，原地沉降大部分已经减少。根据上述分析，原地面沉降同分层总和法进行计算，填筑体进行计算，填筑体部分按有限元方法来计算。

①原地面沉降计算

根据分层总和法，考虑到机场跑道长度为2600米，横向大于300米，因此附加荷载随着深度的收敛较小，可以不考虑荷载随深度影响而减小。所以原地面沉降量（固结沉降）可按如下公式计算：

S=p·h/Es  S——沉降量，单位m;P——附加荷载，单位：MPa;Es——土层压缩模量，单位：MPa;H——压缩层厚度，单位：m。

总之，原地面沉降较大，为此设计单位要求在原地面进行强夯处理，主要考虑消除或减少原土基在高填荷载作用下的沉降。

②填筑体沉降计算

对于填筑体自身压缩变形和不同时间的压缩变形计算，目前还没有通行的方法，根据空军工程设计局“机场高填方技术经济研究”成果，运用有限元方法来计算填筑体的沉降变形。其中阴影部分为跑道道槽的填筑体，本工程跑道宽度为50米。在进行计算时，考虑到对称性，可取半幅道面宽度来研究，因此跑道中心线水平方向的位移为零。跑道边的约束条件可采用取图2所示。认为跑道边允许有侧向水平位移。在分析以上填筑体的沉降计算时，假定原地基与填筑体接触界面的垂直向位移为零。

根据“高填方机场高填方技术经济研究”提供的平面8节点四边形等参单元EZP8，并根据“该土石方工程试验段试验报告”提供的试验数据，E=30MPa，Μ=0.25，γ=2.0g/cm3。

综合原地区面沉降与填筑体沉降，跑道区沉降量最大可达49.09cm，滑行道区沉降量最大达60.59cm，站坪区沉降量最大可达48.99cm。该沉降主要是弹性变形或固结变形。对此设计单位根据设计要求和试验段成果，对于原地面采用强夯方法处理，对于填筑体采用强夯或冲击压实处理方法的，其主要目的是消除或减少原地面和填筑体的沉降与不均匀沉降。

4.2工后沉降

土体在荷载的作用下的变形分为：瞬时的弹性变形、空隙的压密变形以及颗粒之间调整的蠕动变变形。通常，填筑体的瞬时弹性变形可由弹性理论和有限元方法来计算;主固结变形可由分层总和法、太沙基一维固结理论或比奥三维固结理论来进行计算。一般当填筑体较低时，填筑体的蠕动变变形往往忽略不计。但当填筑体较高时，填筑体的蠕动变变形则必须进行计算。由于在山区建设机场，高填方填筑体的填料通常是土夹石混合料。这种土夹石混合料不同于饱和软粘土可运用固结理论或次固结理论来计算沉降与时间的关系。

工后沉降主要由两部分组成，一部分是原地面部分固结沉降和次固结沉降，另一部分沉降为填筑体的震变沉降，考虑到该工程原地面覆土的颗粒较粗，渗透性较好，施工时间已达到两年时间，因此原地面沉降可完成了90%以上。而填筑体蠕变沉降则也经过了3～10个月沉降。由于对填筑体蠕变沉降研究较少，理论计算误差较大，一般说来，次固结沉降或蠕变沉降为总沉降的10%，因此该工程道槽区最大值约为6.06cm，能满足设计要求。

5沉降变形监测方案

5.1场区变形观测控制点布设及观测精度要求

5.1.1平面控制

根据飞行区现有GPS控制点保存情况，以GPS03、GPS05、GPS07、GPS10、GPS11为首级平面控制点，结合填方区平面位移检测埋设情况及场地区现实情况，沿飞行区四周布设导线点10～13个点，导线布设按照一级导线测量要求布设，平均连长约为500米，采用仪器的标称精度2"、2mm±2ppm，其观测技术要求GB50026/93考虑到导线将用平面位移监测，所以对导线相对闭合差提高，对导线相对闭合差按照四等导线进行要求，限导线相对闭合差应优于1/135000。

5.1.2高程控制

根据现场GPS控制点现存实际情况，采用GPS07为飞行区沉降监测基准点，其高程为基准点起算高程。根据《 工程测量规范》中二等水准测量之要求“水准线路长度平均1～3个水准点，含GPS07在内共有3～4个点构成该监测区域高程控制网，二等水准观测技术要求GB-2006、GB12897-2006如下：

5.2变形观测标埋设

根据《该机场工程地基处理变形设计说明》，对变形监测标埋设进行如下布设：

①水平位移观测标，水平位移观测标共设20个，主要位于填方地段边坡位置。

②沉降观测标，《该机场工程地基处理变形观测设计说明》中沉降观测标共布设43个，位于填方区，主要位于跑道中心线20个、滑行道中心线15个和站坪4个，长期监测点位于跑道两侧4个，沉降观测标之间距离为100米，根据设计与指挥部协调要求，对飞行区旧有县道附近挖方区增加沉降观测标2个。同时对旧有沉降观测标数量进行调整，待沉降观测标埋设完成后进行造表，见表4-1、4-2、4-3由于篇幅长略。

5.3变形测量观测方法

水平位移观测分为：定期对平面控制网进行复测以确定控制网的稳定性，同时对水平位移观测标进行观测。

①平面控制网定期复测，考虑到控制网中各导线点的稳定性，拟定平均每月对平面控制网进行定期复测。

②水平位移观测标方法，按照《该工程地基处理变形观测设计说明》水平位移观测标之精度要求应达到二级小三角精度，其主要技术要求GBT17942-2000由于水平位移观测精度要求较高，所以对止述进行如下调整，将调整后技术指标作为此次水平位移观测之技术要求GB12897-97，GB-2006观测中出现超限情况，即刻进行重测。

③观测周期，根据《该工程地基处理变形观测设计说明》要求，决定按如下时间节点进行水平位移观测：

5.4沉降观测

沉降观测分为：定期对高程控制网进行复测以确定控制网的稳定性，同时对沉降观测标进行观测。

①高程控制网定期复测，考虑到高程控制网中各高程控制点稳定性，拟定平均每圴每月对高程控制网进行定期复测。

②沉降观测标观测方法，按照《该工程地基处理变形观测说明》沉降观测标精度要求应达到三等水准测量精度，沉降观测标必须位于水准观测线路中，不得使用碎石部点方式对沉降观测标进行测量，三等主要技术要求GBT12898-2009观测中出现超限情况，即刻进行重测。

③观测周期，根据《该工程地基处理变形观测设计说明》要求，决定按照如下时间节点进行沉降观测：

5.5观测数据计算

无论平面导线、水平位移观测标、二等水准、沉降观测标测量之数据均需进行平差计算，并给出计算过程表、精度评定表。无论平面导线、水平位移观测标、二等水准、沉降观测标测量之数据进行平差计算合格后，均需使用Excel软件对平差后数据进行整理并计算相邻两次观测值之差值。

5.6观测仪器及其它设备

本次变形监测中需要使用全站仪、水准仪等如下设备：

①全站仪标称精度需达到：测角中误差2"、测距中误差2mm±2ppm，且该仪器使用前需经仪器鉴定部门进行鉴定，确认该仪器可达到标称精度。其配件应包括棱镜2副、脚架3个。

②水准仪标称精度需达到：每公里中误差≤0.7mm/kM，且该仪器使用前需经仪器鉴定部门进行鉴定，确认该仪器可达到标称精度。其配件应包括铟瓦钢尺1副、、支架1副、脚架1个、测绳2副。

6结论

通过上述计算、现场实测数据以及熟悉图纸过程中分析认为：

①跑道工后沉降小于3cm，滑行道工后沉降小于2cm，站坪工后小于1cm。由此说明该工程设计是正确的，施工方法是严格按照设计要求进行施工的，道槽区施工质量是符合设计要求的。而且小于理论计算沉降量6.06cm。②不均匀沉降坡差都小于15%，满足设计要求，不会引起机场道面功能性。③高填方边坡累计变量基本保持不变，说明2310工程边坡是稳定的。④该工程土基沉降已经基本稳定，所以可以进行道面施工。由于土基表面受台风降雨影响，沉降与变形都有跳动，因此建议：⑤在道槽区采用冲击压实方法进行增强补压;⑥坡面加强生物防护，确保坡面稳定性;⑦加强后期沉降与变形监测。