摘要:隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,我國各項建設(shè)取得了顯著成就,機場建設(shè)也邁入建設(shè)發(fā)展的新階段。山區(qū)機場在水文地形上較為復(fù)雜,因為機場道基排水設(shè)計不合理極易導(dǎo)致機場發(fā)生水毀問題,制約機場建設(shè)的發(fā)展。本文通過結(jié)合相關(guān)山區(qū)機場道基排水的影響因素,分析山區(qū)機場道基的各類病害,總結(jié)排水設(shè)計要點。
關(guān)鍵詞:山區(qū)機場;道基排水;病害類型;設(shè)計優(yōu)化
近些年來,隨著機場建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,機場建設(shè)用地與城市發(fā)展用地之間出現(xiàn)了一些矛盾,使更多的機場建設(shè)項目選在較為偏離城市的山區(qū)地帶。一方面緩解了土地緊張,但另一方面由于山區(qū)特有的地質(zhì)條件,不可避免地會給山區(qū)機場建設(shè)帶來一系列技術(shù)難題,而山區(qū)機場的道基排水設(shè)計就是其中之一。實現(xiàn)山區(qū)機場道基排水設(shè)計的優(yōu)化,是保障山區(qū)機場安全性能的重要步驟。
一、山區(qū)機場工程道基排水的特殊性
機場是一種人工形態(tài)的構(gòu)造物,以面狀加以呈現(xiàn),與自然環(huán)境連為一體,在山區(qū)機場道基排水方面受到各種因素的綜合制約,如山區(qū)地形地貌、山區(qū)氣候環(huán)境、山區(qū)的地層巖性及山區(qū)的水文條件等[1]。
我國南部山區(qū)一般呈現(xiàn)出水熱同季、雨量充沛的特點,陰雨時間長,復(fù)雜天氣多,而北部山區(qū)地形條件更為復(fù)雜,土地特性多帶有濕陷性、力學(xué)強度低的特點,極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。具體地說,我國山區(qū)機場道基排水受以下方面影響較深。
1.氣候環(huán)境上,山區(qū)機場降水往往伴隨著時空的不均性,短時間的強度降雨是引發(fā)機場道基排水及道路損害的重要環(huán)境因素。
2.地形條件上,南部山區(qū)多為特殊地貌形式,如巖溶地貌,這種地形的水排泄基準(zhǔn)面會隨著新的構(gòu)造活動的抬升發(fā)生下降反應(yīng),給排水設(shè)計增加難度;北部山區(qū)機場多為沖溝地貌,地形切割程度嚴(yán)重,道基易沉陷。
3.水文條件上,山區(qū)機場一般選擇地表水徑流區(qū)域較多的區(qū)域,以實現(xiàn)機場用水的有效補給,但由于地形條件的復(fù)雜,地表水流經(jīng)斷裂區(qū)域,會發(fā)生水滲透現(xiàn)象,長此以往,容易對機場道基形成侵蝕。
二、山區(qū)機場道基排水的水文影響因素分析
山區(qū)機場道基排水一方面受到山區(qū)地貌的特殊限制,另一方面,水文因素起到更為重要的制約作用。水文影響又根據(jù)水文形式,從以下幾個方面對山區(qū)機場道基排水系統(tǒng)施加影響。
(一)地表水
山區(qū)機場的雨水,一部分經(jīng)由道路地表的橫縱坡以徑流的形態(tài)流入土面區(qū),與此同時,另外一部分則會順沿機場道面的縫隙進(jìn)入道面結(jié)構(gòu)內(nèi)部,最終可能會滲透進(jìn)機場道基內(nèi)。一般來說,在設(shè)計山區(qū)道基排水時,為獲取最佳的道基壓實程度,壓實工藝是在道基土體含水量最豐富時實施的,此時道基土層具備了起到膠結(jié)作用的土體結(jié)構(gòu),但當(dāng)水滲入道基土層時,會嚴(yán)重削弱膠結(jié)土體的連接表現(xiàn),造成道基結(jié)構(gòu)崩潰瓦解[2]。如再不及時采取措施,更會加劇水滲反應(yīng),最終導(dǎo)致機場道基下的土地結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)松散化,并伴有孔洞出現(xiàn),喪失土體強度。
(二)地下水
坡積層和河流的沖積層以地下水的形式對山區(qū)機場道基施加影響。河流的沖積層具備了豐富的地形水,四季會得到河谷水及河流水的有效補充,因此,當(dāng)山區(qū)機場建設(shè)在標(biāo)高設(shè)定上過低時,會造成道基沒有形成足夠的高度,此時地下水就會經(jīng)由毛細(xì)通道逐漸滲入道基系統(tǒng),損壞道基的穩(wěn)定性能。山區(qū)機場建設(shè)瀕臨河岸時,一般會將坡積層作為填方的邊坡,以供飛行區(qū)使用,而坡積層的地下水又會直接影響到邊坡的穩(wěn)定程度,最終造成邊坡失穩(wěn)。
(三)雨水
雨水主要通過沖刷作用對機場邊坡造成損害,引發(fā)溝蝕及面蝕。雨水的沖刷作用在山區(qū)新建機場中體現(xiàn)的更為明顯,這主要是由于機場使用周期較短,各種配套建設(shè)尚不完善,如坡面植被未長成,不能有效稀釋雨水,造成坡面因雨水沖刷產(chǎn)生沖溝,嚴(yán)重時造成邊坡崩塌及滑坡現(xiàn)象。除此之外,降雨還會影響到邊坡的荷載及穩(wěn)定性,邊坡抗剪強度也會隨著雨水的下滲發(fā)生改變,土地的粘力下降。
三、山區(qū)機場道基道面、排水設(shè)施病害及原因
(一)山區(qū)機場道基道面的主要病害及成因
山區(qū)機場道基道面病害種類呈現(xiàn)多樣化,主要有道面裂縫、坑洞、斷裂等表現(xiàn)形式,涉及到排水因素的病害主要有以下類型。
1.縱向及交叉裂縫。一方面是由于道基壓實度不夠、填料性能不均及地質(zhì)的濕陷性等因素的影響,另一方面是受飛機的荷載壓力而形成延伸裂縫。當(dāng)雨水經(jīng)由裂縫下滲道基時,又進(jìn)一步增加了裂縫尺寸。交叉裂縫是由于道基的砼結(jié)構(gòu)強度不足,遭遇水浸后產(chǎn)生沉降反應(yīng),最終形成交叉裂縫。
2.道基表面龜裂。主要是由于道基砼結(jié)構(gòu)的抗凍性能不佳所決定,外加水滲作用的影響,會產(chǎn)生表面龜裂現(xiàn)象,表現(xiàn)出剝落的災(zāi)害表征。
(二)山區(qū)機場道基排水設(shè)施的主要病害類型及原因
山區(qū)機場建設(shè)自然環(huán)境較為復(fù)雜,多種因素都會導(dǎo)致機場道基排水設(shè)施發(fā)生病害,主要原因涉及到兩方面,一是由于排水設(shè)施在材料及溝渠設(shè)置處理上不夠科學(xué),二是由于外部環(huán)境制約,如地形條件、水文因素等[3]。主要病害類型有以下幾種:1.溝渠的沖刷及淤積。集中于坡面的截水溝及排水溝等結(jié)構(gòu)系統(tǒng);2.溝渠的沉陷及失穩(wěn)。主要側(cè)重于坡面的截水溝;3.溝渠的溢流。排水溝、截水溝及急流槽等部位常出現(xiàn)此問題。
其中,溝渠的淤積一方面由于雨水的沖刷作用,另一方面是水流過程中流速過低。溝渠沖刷是由于加固措施不嚴(yán)密,或溝渠材料強度不夠,此外,也受到水流流速的影響。溝渠沉陷失穩(wěn)根源于土地的壓實程度不強,加上雨水滲流共同作用。溝渠溢流是因為在排水溝設(shè)計上,沒有考慮山區(qū)雨季的強降水,另外,在溝渠進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的區(qū)域,設(shè)計施工不周。
四、山區(qū)機場道基排水的設(shè)計內(nèi)容及優(yōu)化途徑
山區(qū)機場道基在進(jìn)行排水設(shè)計時,要緊密結(jié)合當(dāng)?shù)貐^(qū)域的地質(zhì)情況及水文特征,并根據(jù)機場的具體等級加以詳細(xì)分析及計算。一般來說,山區(qū)機場道基排水的設(shè)計流程包括了數(shù)據(jù)采集調(diào)查、勘測地形圖紙、布設(shè)排水系統(tǒng)、計算水力數(shù)值、設(shè)計排水縱斷面、設(shè)計構(gòu)筑物排水結(jié)構(gòu)及必要的沖刷防護(hù)措施等。
(一)數(shù)據(jù)采集調(diào)查
這是進(jìn)行山區(qū)機場道基設(shè)計的首要依據(jù),要對機場建設(shè)選址的自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)及地質(zhì)情況加以實地的勘測。結(jié)合當(dāng)?shù)氐奈墨I(xiàn)資料,計算特殊自然條件,如暴雨的強度公式。總之,要本著最不利的設(shè)計原則,綜合考慮各種復(fù)雜因素。
(二)勘測地形圖紙
首先要參考當(dāng)?shù)氐目睖y單位實地勘測數(shù)據(jù),形成比例縮放的地形圖,然后在圖上做仔細(xì)計算分析,對關(guān)鍵要點,如機場周圍的水系分布情況、水流的流速及流向情況、機場地形地勢的方位走向等全面掌握。
(三)布設(shè)排水系統(tǒng)
在對山區(qū)機場周圍的水系水流及地勢情況加以掌握后,就要著手進(jìn)行道基排水系統(tǒng)的設(shè)計。在設(shè)計時要綜合考慮機場未來發(fā)展規(guī)劃,確定機場排水系統(tǒng)的容泄區(qū)的具體位置、考慮地形的坡向及排水系統(tǒng)的具體走向、確定雨水的出水口,這些因素都要緊密結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚貏?,以地勢坡向為設(shè)計參考[3]。在暗溝和排水明溝設(shè)計上要盡量避免穿越道面,以縮短線路長度,節(jié)省成本。
在布設(shè)排水系統(tǒng)時,關(guān)鍵點是出水口的確定,在確定出水口時要本著便于雨水及時排出并有效匯入道基容泄區(qū)的原則。出水口在數(shù)量設(shè)置上要適宜,既減低造價,又要確保雨量較大時,不會對出水口造成水毀。一般來說,山區(qū)機場道基排水系統(tǒng)的出水口數(shù)量以3至5個為宜。
(四)計算水力數(shù)值
這一階段要根據(jù)機場地勢圖,綜合機場區(qū)水文特征,對徑流系數(shù)、雨量集中期、匯水比例、匯流時間加以確定,從而計算出每個段位的排水溝設(shè)計流量值。然后參照排水溝的斷面構(gòu)成,對溝渠的斷面尺寸加以試算。由于斷面尺寸具備了遞增性,因此要在輸水流量在數(shù)值范圍上大于排水設(shè)計流量時,再停止試算步驟。
(五)設(shè)計排水縱斷面
完成前幾個階段設(shè)計后,也就基本上對排水溝的坡度加以確定,但此時還應(yīng)校驗水速的數(shù)值,看其是否居于最大流速及最小流速范圍區(qū)間內(nèi)。如小于最小數(shù)值,要對溝底坡度值相應(yīng)加大,并重新對水流量加以計算;如大于最大數(shù)值,可相應(yīng)減小坡度數(shù)值,也可增大排水?dāng)嗝娴拿娣e,但此時需要對水流量進(jìn)行重新計算。
(六)設(shè)計盲溝和暗溝
根據(jù)山區(qū)多變的季節(jié)條件,要注重使用盲溝來促進(jìn)地下水的排出,盲溝在地下水的水流流向與機場路基的走向相一致的情況下才能發(fā)揮最大作用,因此,要合理設(shè)置盲溝,以便在雨量豐沛的季節(jié)匯集排出裂隙水。在盲溝的縱坡確定上,要保證水流不會造成沖刷及淤積,并設(shè)計出最大縱坡及最小縱坡。
暗溝主要是將機場路基周圍的地下水及裂隙水集中排出,使其不留存于機場路基系統(tǒng)內(nèi),避免路基遭水蝕,產(chǎn)生失穩(wěn)隱患。
結(jié)語
本文通過分析山區(qū)機場道基的特殊性,著重探討水文因素對山區(qū)機場道基造成的重要影響,并分析了排水系統(tǒng)的各種病害類型及其成因,最后對山區(qū)機場道基設(shè)計的主要內(nèi)容進(jìn)行總結(jié),希望為山區(qū)機場道基排水設(shè)計工作提供參考借鑒。
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