王 晗

（中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)有限公司華北分公司，北京 100621）

民用機(jī)場(chǎng)作為大型工程項(xiàng)目，安全始終是設(shè)計(jì)的第一要素，為保證機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)行，民航規(guī)范對(duì)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)各區(qū)域地勢(shì)坡度均有嚴(yán)格要求。機(jī)場(chǎng)地勢(shì)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)即設(shè)計(jì)一個(gè)合理的飛行場(chǎng)地地勢(shì)表面，以滿(mǎn)足飛機(jī)起飛、著陸和滑行的安全要求。由于機(jī)場(chǎng)面積較大，地勢(shì)平整往往會(huì)造成較大的土方工程量，故機(jī)場(chǎng)地勢(shì)設(shè)計(jì)的任務(wù)還包括通過(guò)合理的地勢(shì)方案使得土方工程費(fèi)用更為經(jīng)濟(jì)。筆者根據(jù)多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)，機(jī)場(chǎng)地勢(shì)設(shè)計(jì)的考慮因素主要為以下幾個(gè)方面：（1）設(shè)計(jì)參數(shù)不突破技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)行為基本前提；（2）滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)排水需求，要求平整范圍內(nèi)雨水均能自行匯入排水溝，經(jīng)排水路由匯集后統(tǒng)一排出場(chǎng)外；（3）充分結(jié)合機(jī)場(chǎng)原地面地形，合理規(guī)劃平整區(qū)域，在對(duì)應(yīng)機(jī)場(chǎng)規(guī)模下的土方量較為經(jīng)濟(jì)；（4）充分考慮地基處理的影響；（5）結(jié)合機(jī)場(chǎng)中遠(yuǎn)期發(fā)展需求，考慮地勢(shì)設(shè)計(jì)對(duì)后期擴(kuò)建中設(shè)施銜接及土石方量的影響。文章基于以上設(shè)計(jì)原則及要求，結(jié)合援巴基斯坦瓜達(dá)爾新國(guó)際機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目，簡(jiǎn)要闡述如何制定地勢(shì)設(shè)計(jì)方案。

1 工程情況概述

援建巴基斯坦瓜達(dá)爾新國(guó)際機(jī)場(chǎng)是我國(guó)作為負(fù)責(zé)任大國(guó)應(yīng)盡的國(guó)際義務(wù)，也是中巴經(jīng)濟(jì)走廊框架下的重點(diǎn)項(xiàng)目，具有重要的戰(zhàn)略意義。同時(shí)，作為工程援建項(xiàng)目，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作也有其自身的重點(diǎn)及難點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1）限額設(shè)計(jì)。限額設(shè)計(jì)即要求各專(zhuān)業(yè)在保證使用功能的前提下，根據(jù)限定的額度進(jìn)行方案篩選和設(shè)計(jì)，并且嚴(yán)格控制技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)的不合理變更，以保證總投資不被突破。機(jī)場(chǎng)工程由于其規(guī)模龐大的特點(diǎn)，在其建設(shè)過(guò)程中，土方工程量通常為建設(shè)期投資的重要組成部分。這便要求地勢(shì)設(shè)計(jì)方案必須綜合考慮多方面因素，即在滿(mǎn)足技術(shù)要求和功能需求的前提下，豎向設(shè)計(jì)盡量結(jié)合原地面，平面設(shè)計(jì)選取最優(yōu)平整范圍，以減少土方量，控制該分項(xiàng)工程的投資。

（2）工程地質(zhì)的特殊性。根據(jù)項(xiàng)目地勘報(bào)告，該工程場(chǎng)址廣泛分布有濕陷性土及鹽漬土，兩者在巖土工程中均屬于不良土質(zhì)范疇，其濕陷性、溶陷性及土體的腐蝕性均會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)道面造成不同程度的危害，嚴(yán)重影響工程安全。針對(duì)此類(lèi)不良地質(zhì)，需對(duì)建設(shè)場(chǎng)址進(jìn)行特殊地基處理。工程施工過(guò)程中，地基處理往往與土方施工存在緊密的工序交叉。因此，地勢(shì)方案必須考慮地基處理對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高、土方工作高度及土方量的影響，以確保設(shè)計(jì)成果能夠?qū)κ┕み^(guò)程安排有較好的指導(dǎo)作用，避免工序混亂，對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度及投資形成不利影響。

（3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差異。由于地域差異，因此巴基斯坦與我國(guó)機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在局部差異。考慮到設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性及適用性，促使機(jī)場(chǎng)更好地運(yùn)行，設(shè)計(jì)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)不一致的部分，需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)單位進(jìn)行協(xié)商，結(jié)合兩方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及ICAO標(biāo)準(zhǔn)制定最優(yōu)方案。

2 地勢(shì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件

2.1 機(jī)場(chǎng)原地形條件及地基處理方案

巴基斯坦瓜達(dá)爾新國(guó)際機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)指標(biāo)為4F，規(guī)劃跑道長(zhǎng)3685m，寬45m，兩側(cè)設(shè)置7.5m道肩，總寬度為75m。跑道南側(cè)設(shè)置垂直聯(lián)絡(luò)道及停機(jī)坪，場(chǎng)內(nèi)地勢(shì)整體呈北高南低走勢(shì)，地形起伏較大，最大高差約16m。其中，場(chǎng)區(qū)西側(cè)分布較多風(fēng)蝕殘丘、陡坎及水流沖溝，場(chǎng)區(qū)中部有大量丘陵及沖溝，丘陵間為范圍較大的鹽漬土硬殼層，零散分布少量干旱區(qū)植物。

鑒于場(chǎng)址地基廣泛分布濕陷性土及鹽漬土，該工程地基處理目標(biāo)為消除地基土的濕陷性及溶陷性，處理范圍至道面基層邊緣外擴(kuò)2m。為對(duì)原土進(jìn)行強(qiáng)夯并做水泥土換填，具體處理方案如下：

（1）對(duì)道面影響區(qū)內(nèi)II級(jí)濕陷區(qū)域進(jìn)行2000kN·m能級(jí)點(diǎn)夯，對(duì)III級(jí)濕陷區(qū)域進(jìn)行3000kN·m能級(jí)點(diǎn)夯。點(diǎn)夯后推平夯坑，再進(jìn)行1000kN·m的滿(mǎn)夯。

（2）強(qiáng)夯施工后，在達(dá)到要求的土基面上方填筑50cm厚水泥土。

2.2 地基處理方案對(duì)土方工程的影響

（1）通常在土方工程設(shè)計(jì)階段，由于對(duì)原地面壓實(shí)度的要求，需對(duì)原地面及分層填筑的土體進(jìn)行特殊地基處理及碾壓，因此在計(jì)算工作高度及土方量時(shí)，地基處理及碾壓造成的沉降量將作為一個(gè)重要的計(jì)算參數(shù)納入計(jì)算范圍內(nèi)。該工程地基處理方案中不同能級(jí)強(qiáng)夯施工造成的夯沉量，需在地勢(shì)設(shè)計(jì)中予以重視。

（2）水泥土是把一定數(shù)量的硅酸鹽水泥、土，加水拌和后的一種地基材料。鑒于該工程中水泥土的制作不考慮從場(chǎng)外購(gòu)?fù)粒抢脠?chǎng)區(qū)內(nèi)原土，可認(rèn)為水泥土對(duì)場(chǎng)區(qū)的土方平衡沒(méi)有影響，在計(jì)算過(guò)程中該部分所產(chǎn)生挖方量在土方平衡過(guò)程中應(yīng)予以剔除。但在計(jì)算工程投資時(shí)，除了考慮水泥土的回填壓實(shí)，需將原料土開(kāi)挖計(jì)入挖方量。

3 地勢(shì)設(shè)計(jì)及土方計(jì)算

3.1 地勢(shì)設(shè)計(jì)范圍的確定

該新建機(jī)場(chǎng)征地范圍較大，飛行區(qū)地勢(shì)設(shè)計(jì)范圍可根據(jù)規(guī)范要求的平整范圍進(jìn)行控制。而在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)期間，我國(guó)同巴方溝通過(guò)程中，對(duì)跑道兩側(cè)平整寬度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，且該部分為影響飛行區(qū)平整面積的重要區(qū)域。根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)施的國(guó)內(nèi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及ICAO規(guī)范，機(jī)場(chǎng)平整可按照升降帶最小平整范圍確定，同時(shí)對(duì)平整范圍以外的超出凈空限制面的丘陵、山頭等障礙物進(jìn)行處理即可。而根據(jù)巴方NACP（National Airfield Clearance Policy）的規(guī)定，跑道兩側(cè)的區(qū)域，挖方區(qū)域需處理至跑道中線(xiàn)兩側(cè)228.5m范圍，填方處需處理至跑道中線(xiàn)兩側(cè)110～115m范圍。

結(jié)合地形情況，該工程跑道及跑道兩側(cè)區(qū)域基本為挖方區(qū)，若按照NACP規(guī)定確定跑道兩側(cè)平整范圍，無(wú)疑會(huì)造成土方量的顯著增加。鑒于該工程為限額設(shè)計(jì)，土方量的大幅增加會(huì)導(dǎo)致總投資超過(guò)限額。我國(guó)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就此事與巴方進(jìn)行協(xié)商，綜合安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)等方面的考慮，詳細(xì)闡述我國(guó)設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性。最終雙方協(xié)商達(dá)成一致，明確跑道周邊平整范圍按照ICAO標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，即跑道兩端平整寬度為跑道中心線(xiàn)兩側(cè)75m范圍內(nèi)，跑道中部平整寬度為中心線(xiàn)兩側(cè)105m范圍內(nèi)。同時(shí)，規(guī)范要求在升降帶以?xún)?nèi)、平整范圍以外的區(qū)域，地形升坡及降坡幅度均不超過(guò)5%。但由于場(chǎng)區(qū)地勢(shì)起伏明顯，若將升降帶范圍內(nèi)未平整區(qū)域的原地形坡度控制在5%，對(duì)施工而言存在較大的技術(shù)難度，需要耗費(fèi)大量人力物力，因此決定將升降帶范圍內(nèi)原地形均進(jìn)行平整，即跑道兩側(cè)平整范圍確定為跑道中心線(xiàn)兩側(cè)各150m范圍內(nèi)。

除常規(guī)的大面積平整外，場(chǎng)內(nèi)尚有貫穿飛行區(qū)通往征地邊界的巡場(chǎng)路及排水溝設(shè)施。跑道兩端平整范圍通長(zhǎng)為4883m，而貫穿全場(chǎng)的排水溝及巡場(chǎng)路全長(zhǎng)達(dá)到6100m，且與巡場(chǎng)路銜接的現(xiàn)狀道路同機(jī)場(chǎng)標(biāo)高相差較大。因此，從經(jīng)濟(jì)及實(shí)用角度考慮，對(duì)巡場(chǎng)路及排水溝區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)平整，在寬度滿(mǎn)足其使用及施工要求，道路縱坡滿(mǎn)足車(chē)輛行駛要求的前提下，設(shè)計(jì)高程盡量貼近原地形，并能夠與場(chǎng)外路面及排水設(shè)施順暢銜接。

3.2 場(chǎng)區(qū)地勢(shì)坡度設(shè)計(jì)

（1）跑道。跑道作為機(jī)場(chǎng)的核心設(shè)施，其地勢(shì)方案對(duì)全場(chǎng)地勢(shì)設(shè)計(jì)起主導(dǎo)性作用。跑道的標(biāo)高、縱坡等參數(shù)，對(duì)場(chǎng)內(nèi)其他設(shè)施的標(biāo)高、位置及構(gòu)型設(shè)計(jì)均有著直接或間接的影響。此外，跑道縱斷面與原地面的契合程度，也是整體土方量的關(guān)鍵決定因素。該工程中，在沿跑道全長(zhǎng)范圍內(nèi)，由于地形的變化，為減少土方量，跑道由多個(gè)不同坡度的縱坡組成。同時(shí)，跑道地勢(shì)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足縱坡坡度、橫坡坡度、縱向變坡率、視距等方面的要求。另外，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，由于飛機(jī)飛離地面爬高或著陸下滑接地過(guò)程必須經(jīng)過(guò)跑道端部，在跑道兩端各500m范圍內(nèi)的坡度對(duì)跑道接地準(zhǔn)確度有一定影響，坡度大時(shí)，接地誤差較大，同時(shí)變坡對(duì)飛行員的操縱有影響，因此對(duì)跑道端部升降坡度的設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意。該工程跑道橫坡為1.2%，在導(dǎo)航臺(tái)保護(hù)區(qū)內(nèi)橫坡為1.0%。由于地形的變化，為使跑道縱坡盡量貼合原地面，減少土方量，該工程跑道縱坡設(shè)置多個(gè)變坡點(diǎn)，坡度走向如圖1、圖2所示。為了同時(shí)兼顧飛機(jī)的滑行速度、飛機(jī)安全（起落架不受損傷）以及機(jī)上人員的舒適性，在每個(gè)變坡點(diǎn)處均設(shè)計(jì)了過(guò)渡面，控制其變坡值在0.1%以下，使跑道在兩個(gè)坡度之間盡量平緩過(guò)渡。

圖1 跑道縱斷面及原地形示意圖（K0+0至K1+829）

圖2 跑道縱斷面及原地形示意圖（K1+829至K3+658）

（2）垂直聯(lián)絡(luò)道。該工程在機(jī)坪和跑道之間設(shè)置一條垂直聯(lián)絡(luò)道，長(zhǎng)447.5m。垂直聯(lián)絡(luò)道地勢(shì)設(shè)計(jì)等高線(xiàn)如圖3所示。垂直聯(lián)絡(luò)道為雙面坡，橫坡為1.2%。縱坡的設(shè)計(jì)主要考慮以下因素：①對(duì)垂直聯(lián)絡(luò)道坡度及變坡值最大值的要求；②為后期修建平行滑行道預(yù)留道口，道口處地勢(shì)結(jié)合遠(yuǎn)期平行滑行道進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保道口同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)方向的滑行道運(yùn)行對(duì)坡度的要求；③充分結(jié)合飛行區(qū)排水設(shè)計(jì)，使道面雨水能通過(guò)土面區(qū)順利匯入排水溝。

圖3 垂直聯(lián)絡(luò)道地勢(shì)設(shè)計(jì)等高線(xiàn)

（3）機(jī)坪。機(jī)坪地勢(shì)方案的設(shè)計(jì)除需要考慮機(jī)坪排水、飛機(jī)運(yùn)行順暢及停放安全外，還應(yīng)特別關(guān)注機(jī)坪與航站樓等毗鄰建筑銜接順暢。另外，應(yīng)盡量減少機(jī)坪平行于跑道方向坡度與跑道縱坡的差異，避免后期在機(jī)坪擴(kuò)建及平滑修建期間，跑道、平滑與機(jī)坪之間的聯(lián)絡(luò)道協(xié)調(diào)困難。飛機(jī)在機(jī)坪上的活動(dòng)主要有停放、滑行、轉(zhuǎn)彎。為保障機(jī)坪上運(yùn)行飛機(jī)活動(dòng)的順暢、機(jī)位上停放飛機(jī)的安全，同時(shí)保障機(jī)坪雨水順利排向土面區(qū)匯入排水溝，機(jī)坪綜合坡度一般為0.4%～0.8%，最大不超過(guò)1%。該工程停機(jī)坪建設(shè)規(guī)模較小，長(zhǎng)248m，寬159m。考慮到停機(jī)坪南側(cè)與旅客航站樓銜接，為使航站樓區(qū)域的地勢(shì)盡量平坦，避免空陸側(cè)銜接不暢的問(wèn)題，機(jī)坪垂直于停機(jī)位縱軸方向的坡度設(shè)計(jì)盡量緩和，該工程為0.05%，與對(duì)應(yīng)跑道段縱坡基本一致。平行于停機(jī)位縱軸方向坡度主要考慮雨水排放順暢，設(shè)計(jì)為0.5%。機(jī)坪坡度設(shè)計(jì)滿(mǎn)足規(guī)范指標(biāo)及運(yùn)行要求。

3.3 工作高度及施工流程確定

式中：D1為道面設(shè)計(jì)高程，m；H為道面結(jié)構(gòu)層厚度，m；D2為原地面高程，m；h為清除表層土厚度（施工前按照設(shè)計(jì)要求厚度清除表層土），m；d為原地面壓實(shí)沉降量，m。

上述公式中，清除表層土厚度在該工程中設(shè)置為0.3m，即道槽區(qū)進(jìn)行土方施工前現(xiàn)將表面0.3m范圍內(nèi)的土挖除。道面結(jié)構(gòu)層厚度及壓實(shí)沉降量均與地基處理有關(guān)。由于地基處理與土方工程有著密不可分的關(guān)系，故該項(xiàng)目將兩項(xiàng)工程綜合考慮計(jì)算土方工作高度，以更好地指導(dǎo)施工。

（1）挖方區(qū)。針對(duì)該工程挖方區(qū)，對(duì)上述計(jì)算公式進(jìn)行說(shuō)明。由于水泥土換填在強(qiáng)夯處理之后進(jìn)行，因此在挖方區(qū)，強(qiáng)夯后地基標(biāo)高理論上應(yīng)為水泥土墊層底標(biāo)高。施工次序?yàn)橄葘⒃灵_(kāi)挖至一定標(biāo)高，再進(jìn)行強(qiáng)夯，故土方開(kāi)挖應(yīng)預(yù)留夯沉量，開(kāi)挖深度即該區(qū)域工作高度。計(jì)算挖方區(qū)工作高度時(shí)，應(yīng)將水泥土墊層厚度計(jì)入道面結(jié)構(gòu)中，即公式（1）中的“H=道面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)厚度+水泥土換填厚度（0.5m）”，根據(jù)道面設(shè)計(jì)標(biāo)高便可算得水泥土墊層底面標(biāo)高，該標(biāo)高為挖方后工作面標(biāo)高減去該區(qū)域強(qiáng)夯及碾壓所導(dǎo)致的沉降量，即公式（1）中的“d”，挖方區(qū)各作業(yè)層及工作高度示意圖如圖4所示。挖方區(qū)的地基處理及土方工作施工流程如下：清除表層土→根據(jù)計(jì)算工作高度進(jìn)行土方開(kāi)挖→挖方后工作面上進(jìn)行強(qiáng)夯施工→碾壓至設(shè)計(jì)要求壓實(shí)度→水泥土填筑。

圖4 挖方區(qū)各作業(yè)層及工作高度示意圖

（2）填方區(qū)。填方區(qū)相比挖方區(qū)而言，土方工作較為簡(jiǎn)單，土方施工流程如下：清除表層土→強(qiáng)夯施工→碾壓至設(shè)計(jì)要求壓實(shí)度→填土至水泥土墊層底標(biāo)高→水泥土墊層攤鋪碾壓。填方區(qū)各作業(yè)層及工作高度示意圖如圖5所示。其中填土厚度即為填方區(qū)工作高度，地基處理施工對(duì)填方區(qū)的影響主要體現(xiàn)在土方量計(jì)算中，而非施工過(guò)程中參數(shù)控制。

圖5 填方區(qū)各作業(yè)層及工作高度示意圖

上述對(duì)填挖方區(qū)域工作高度及工序的描述，進(jìn)一步說(shuō)明了地基處理參數(shù)及成果對(duì)土方施工的影響。因此，在開(kāi)始大面積地基處理施工前，應(yīng)在場(chǎng)內(nèi)選取典型區(qū)域進(jìn)行地基處理試驗(yàn)段施工，對(duì)試驗(yàn)段數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析，據(jù)此對(duì)地勢(shì)設(shè)計(jì)及土方計(jì)算參數(shù)的賦值進(jìn)行調(diào)整，減小設(shè)計(jì)成果中土方工作高度、填挖零線(xiàn)及土方工程量與實(shí)際的偏差，以更好地指導(dǎo)施工。

3.4 土方工程量計(jì)算

該工程土方量計(jì)算主要采取方格土方計(jì)算，具體方法為將場(chǎng)區(qū)地勢(shì)設(shè)計(jì)區(qū)域分為若干個(gè)20m×20m的小方格，通過(guò)每個(gè)小方格角點(diǎn)的工作高度、設(shè)計(jì)標(biāo)高以及方格內(nèi)的原地面數(shù)據(jù)計(jì)算各個(gè)小方格內(nèi)的土方量，累加得到全場(chǎng)的土方量。如果分別考慮地基處理工程和土方工程，由于相關(guān)數(shù)值相互獨(dú)立，因此會(huì)出現(xiàn)以下情況：（1）填挖方區(qū)域劃分偏差較大；（2）挖方區(qū)強(qiáng)夯后，還需繼續(xù)開(kāi)挖至水泥土底面，人為縮小了強(qiáng)夯的處理深度。

該項(xiàng)目土方計(jì)算綜合考慮了地基處理的影響，把水泥土納入道面結(jié)構(gòu)層計(jì)算，能很好地避免不必要的土方工作量。填方區(qū)從夯后工作面填土至水泥土墊層底面，未將水泥土填筑計(jì)算在填方量以?xún)?nèi)；挖方區(qū)作業(yè)高度為原地面開(kāi)挖至起夯面，總挖方量中包含水泥土部分原料土的挖除。在計(jì)算工程投資時(shí)，按照方格計(jì)算法得出的土方量為實(shí)際發(fā)生土方量，但在進(jìn)行土方平衡的調(diào)配時(shí)，需要從挖方量中減去水泥土原料土的量，剩余的挖方量與各區(qū)域填方量進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于援外項(xiàng)目多為限額設(shè)計(jì)，且存在標(biāo)準(zhǔn)融合的問(wèn)題，地勢(shì)設(shè)計(jì)往往又涉及較大投資，并直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)場(chǎng)后續(xù)運(yùn)營(yíng)的安全及便利，故需要設(shè)計(jì)人員綜合考慮多方面因素確定土方平整區(qū)域、機(jī)場(chǎng)各區(qū)域坡度及標(biāo)高。同時(shí)，在土方量計(jì)算時(shí)需有針對(duì)性地制定計(jì)算方案并保證足夠的計(jì)算精度，以實(shí)現(xiàn)方案最優(yōu)。