山區(qū)機場道基排水設(shè)計與優(yōu)化途徑

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。

參考文獻(xiàn)：

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