某机场跑道高填方区变形监测优化设计及监测成果分析方法彭成军（葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北宜昌 443002）摘要：某机场为“大型枢纽机场和辐射东南亚、南亚，连接欧亚的门户机场”，是国家“十一五”期间唯一批准新建的大型枢纽机场。
建设场地跨越多个地貌单元，地形起伏大，最大高差约210m，多条断层从厂区穿过。
场地为半挖半填场地，挖填工程量巨大，填方高度最高达40多米，填筑层厚差异大，地基极不均匀，地基沉降与沉降差异、边坡稳定性等工程问题尤为突出。
通过对填方区变形监测设计优化，能更加有效地监测地基沉降与沉降差异、边坡稳定性，同时提出了监测成果计算分析方法。
关键词：高填方变形监测优化设计分析Title:Optimization of high fill area deformation monitoring in an airport runway and analysis methods//by PENG Cheng-jun// Gezhouba Group Testing Company Limited.Abstract: An airport is the gateway of the large hub airports , and exported to the Southeast Asia , the South Asia and connecting the Europe and the Asia .It is the only approved new major hub airports in the national "Eleventh Five-Year" period. The site contains a number of landscape units in the undulating terrain , the maximum height difference is about 210m and a number of faults across the factory . The site is half-dug and half-filled area with an huge amount of cutting and filling .The fill height is up to more than 40 meters . Because of thickness difference , uneven foundation settlement and settlement of differences , slope stability and other engineering problems are particularly prominent . Optimization of deformation monitoring of the fill area can provide more effective monitoring of foundation settlement , settlement of differences and slope stability. Analysis methods are submitted simultaneously in this article.1 工程概况某机场为“大型枢纽机场和辐射东南亚、南亚，连接欧亚的门户机场”，是国家“十一五”期间唯一批准新建的大型枢纽机场。
工程主要内容包括：新建两条跑道，其中东跑道长6000m，宽60m，西跑道长4000m，宽45m，两条跑道间距为1950m；新建航站楼建筑面积39万m2；设置站坪机位数108个。
2 地质、水文条件机场场地的工程地质条件和水文地质条件复杂，大部分地区为岩溶区，石芽、石柱、石脊、溶沟、溶槽、溶洞及岩溶漏斗、落水洞、暗河等各种岩溶地区的不良地质现象发育，基岩上广泛分布有红粘土及次生红粘土、粘土等松软土。
建设场地跨越多个地貌单元，地形起伏大，最大高差约210m，多条断层从厂区穿过。
场地为半挖半填场地，挖填工程量巨大，填方高度最高达40多米，填筑层厚差异大，地基极不均匀，地基沉降与沉降差异、边坡稳定性等工程问题尤为突出。
机场挖填分区见图1场区地下水类型包括土层孔隙潜水(局部存在上层滞水)和岩溶裂隙(缝)水，孔隙潜水水量较小，无统一稳定的地下水位。
不同区域岩溶水水位标高、埋深有一定差异，地势低洼地段埋深30m左右，平原区埋深40~50m。
根据航站区附近长观孔水位观测结果，地下水对降雨反应迅速，枯水期和丰水期水位变化幅度约5~8m。
3 监测目的及项目（1）监测高填方施工过程中及工后原地基和填筑体的沉降和差异沉降。
（2）监测高填方施工过程中及工后原地基孔隙水压力及水位变化情况。
（3）监测高填方边坡水平位移及填筑体的局部稳定性与整体稳定性。
（4）监测高填方施工过程中填筑体内部不同深度岩土体的沉降变形过程。
（5）根据监测结果评价高填方区域原地基填筑体总沉降趋势，为填筑速率及道面铺设时间提供依据。
（6）根据监测结果分析高填方地基的变形性状及机理，为预测、判断本工程道面工后沉降及差根据《民用机场飞行区土（石）方与道面基础施工技术规范》（MH5014-2002），结合工程实际水文地质条件，为满足机场施工期和运行期监测需要，为填筑施工进度控制、道面铺设时机提供可靠依据，初步设计监测项目及监测点位布置见表1。
序号监测项目监测装置合计T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T101 表层沉降地表型沉降计15 9 32 10 56 0 22 28 23 18 2133 原地基沉降和分层沉降测斜仪（管） 2 0 0 0 2 0 2 2 2 3 134 填土内部位移和分层沉降测斜仪（管） 4 0 0 9 0 8 0 3 1 4 295 边坡坡面位移位移边桩0 0 0 17 0 30 0 14 7 25 936 孔隙水压力孔隙水压力计0 0 0 0 0 0 0 5 1 0 64 监测设计优化4.1 优化方案的基本思路（1）监测项目布置应目的明确，重点突出，测点布置应具有较好的代表性，力求反映填方区变形分布和全貌。
新机场变形监测的重点是高填方区地基沉降、表层沉降、分层沉降和差异沉降，为填筑施工进度控制、道面铺设时机提供可靠依据。
（2）根据地质勘探和室内试验结果，除T8、T9、T10标段高填方边坡存在填筑体自身稳定性问题和沿原地基土产生深层滑动的可能性外，其余填筑区在采取适当坡比，切实搞好坡面排水的前提下，坡面能够维持自身稳定。
因此，优化方案拟将监测重点放在高填方区，以边坡表面位移监测为主，边坡内部位移监测为辅；以永久边坡监测为主，临时边坡监测为辅。
（3）地基沉降原设计采用深层沉降标进行监测，监测方法是“在填土前将深层沉降标钻孔埋设在原地基中，测杆力求垂直，外加护管保护，测杆与护管随填方增高而接长，测杆接长时应测量接长前后的高程”。
受施工干扰和安装工艺制约，实际施工过程中“测杆垂直”很难作到，施工过程中填土侧向位移、深层沉降标加长过程中的高程传递误差以及温度对测杆长度影响（特别是测杆较长时影响更大）致使监测精度大大降低，而且施工难度大，保护困难。
优化方案拟采取电磁式沉降仪进行监测，在原地基面上钻孔安装测斜管，钻孔可深入地基以下10m左右，钻孔底部安装一个沉降环，原地基面上安装一个沉降环，测斜管随填土加长，管外按一定高度间隔安装沉降环，结合管口高程测量，这样就可以将原地基沉降、分层沉降和填土内部位移有效结合起来进行监测，监测形式更加简洁，监测手段更加有效，不仅能够监测到填方的分层沉降、内部位移，而且能够监测到原地基的分层沉降和内部位移，这是深层沉降标所不能达到的效果。
（4）前期监测试验过程中，监测设施在施工过程中时常出现被破环现象，一定程度上影响了监测成果的的时效性和准确性。
因此，优化方案在监测手段的设计上要尽可能减少与土石方填筑施工之间的干扰，有利于适时、连续监测和监测成果快速分析反馈，有利于监测设施保护。
（5）为了直接监测填筑层面上沉降差异连续分布情况，再选择1～2个断面埋设剖面沉降仪并实行自动化观测，以快速反馈监测成果达到指导填筑施工的目的。
采用剖面沉降仪进行监测。
剖面沉降仪包括一个振弦式传感器（小量程），一根卷绕在便携式转盘上的通液管，一个带有水位观测管的储液罐和一根从传感器到读数仪的通气电缆。
使用时转盘固定放置在坚固地面的基础上，并且能够随传感器和通液管在沿着预埋导管拉动时自由转动，或者随着传感器移动而转动。
传感器可以精确测量预埋导管的任何测点与液面间的高度。
预埋导管的末端有一个滑轮，方便传感器沿导管滑动。
基座应安装在稳定地基上，且放置转盘的高度应高于预埋导管任意一点的高度。
剖面沉降仪可适时、连续监测到层面上任意一点的沉降量和累计沉降量，进而掌握填筑层沉降分布、沉降差异和沉降速率。
5 优化方案监测点布置5.1 监测点布置原则（1）原地基沉降监测点布置综合考虑地表地质条件与高填方位置，一般布置于地表岩溶发育、覆盖土层较厚及填方厚度超过20m的区域。
（2）分层沉降监测点布置于填方较厚区域，一般布置于填方厚度超过20m的区域。
（3）表层沉降监测填筑体顶面沉降趋势及用于不均匀沉降评价，填方厚度超过20m区域的表层沉降监测点间距一般为50m，填方厚度10～20m区域的表层沉降监测点间距一般为100m。
为便于资料分析，原地基沉降监测点和分层沉降监测点在相同位置布置，且在相应的位置布置表层沉降监测点。
（4）边桩布置于边坡区域，用于监测边坡坡面水平位移，重点布置于填方厚度超过20m的高边坡处，一般布置于边坡顶面填方厚度超过20m的区域，用于评价边坡稳定性。
（5）孔隙水压力与水位变化观测点布置于原地形冲沟软基处。
5.2 T1标段T1标段位于机场东跑道北端，场区地貌总体以岩溶地貌为主，其次为构造剥蚀丘陵地貌和冲洪积堆积地貌。
地面标高在2070～2100m左右，相对高差50m左右，地面波状起伏，坡度平缓。
由于填筑层厚差异大，因此T1标段填方区原地基沉降、表层沉降、分层沉降、填土内部位移以及边坡坡面位移是本区监测的重点。
根据详勘资料，该区域基岩完整较好，地下水位不是稳定的岩溶地下水位，孔隙潜水和上层滞水无统一地下水位，水量很小。
可不考虑地下水对工程建设的影响，因此该区未布置孔隙水压力和水位变化监测点。
表层沉降：以机场跑道中心线为主要监测断面，沿中心线布置一排表层沉降监测点，其它区域适当补充部分监测点，相邻监测点间距为100m，共计15个表面沉降监测点。
原地基沉降和分层沉降：在跑道最东端和该区域填方中部个各布置一组测斜管，管外按2m间距安装沉降环。