山区机场道基排水设计与优化途径

山区机场道基排水设计与优化途径

严海军

云南省临沧市康家坝水库工程建设管理局临沧677000

摘要：随着经济发展，我国各项建设取得了显著成就，机场建设也迈入建设发展的新阶段。山区机场在水文地形上较为复杂，因为机场道基排水设计不合理极易导致机场发生水毁问题，制约机场建设的发展。本文通过结合相关山区机场道基排水的影响因素，分析山区机场道基的各类病害，总结排水设计要点。

关键词：山区机场；道基排水；病害类型；设计优化

近些年来，随着机场建设规模的扩大，机场建设用地与城市发展用地之间出现了一些矛盾，使更多的机场建设项目选在较为偏离城市的山区地带。一方面缓解了土地紧张，但另一方面由于山区特有的地质条件，不可避免地会给山区机场建设带来一系列技术难题，而山区机场的道基排水设计就是其中之一。实现山区机场道基排水设计的优化，是保障山区机场安全性能的重要步骤。

一、山区机场工程道基排水的特殊性

机场是一种人工形态的构造物，以面状加以呈现，与自然环境连为一体，在山区机场道基排水方面受到各种因素的综合制约，如山区地形地貌、山区气候环境、山区的地层岩性及山区的水文条件等[1]。

我国南部山区一般呈现出水热同季、雨量充沛的特点，阴雨时间长，复杂天气多，而北部山区地形条件更为复杂，土地特性多带有湿陷性、力学强度低的特点，极易引发地质灾害。具体地说，我国山区机场道基排水受以下方面影响较深。

1.气候环境上，山区机场降水往往伴随着时空的不均性，短时间的强度降雨是引发机场道基排水及道路损害的重要环境因素。

2.地形条件上，南部山区多为特殊地貌形式，如岩溶地貌，这种地形的水排泄基准面会随着新的构造活动的抬升发生下降反应，给排水设计增加难度；北部山区机场多为冲沟地貌，地形切割程度严重，道基易沉陷。

3.水文条件上，山区机场一般选择地表水径流区域较多的区域，以实现机场用水的有效补给，但由于地形条件的复杂，地表水流经断裂区域，会发生水渗透现象，长此以往，容易对机场道基形成侵蚀。

二、山区机场道基排水的水文影响因素分析

山区机场道基排水一方面受到山区地貌的特殊限制，另一方面，水文因素起到更为重要的制约作用。水文影响又根据水文形式，从以下几个方面对山区机场道基排水系统施加影响。

（一）地表水

山区机场的雨水，一部分经由道路地表的横纵坡以径流的形态流入土面区，与此同时，另外一部分则会顺沿机场道面的缝隙进入道面结构内部，最终可能会渗透进机场道基内。一般来说，在设计山区道基排水时，为获取最佳的道基压实程度，压实工艺是在道基土体含水量最丰富时实施的，此时道基土层具备了起到胶结作用的土体结构，但当水渗入道基土层时，会严重削弱胶结土体的连接表现，造成道基结构崩溃瓦解[2]。如再不及时采取措施，更会加剧水渗反应，最终导致机场道基下的土地结构呈现松散化，并伴有孔洞出现，丧失土体强度。

（二）地下水

坡积层和河流的冲积层以地下水的形式对山区机场道基施加影响。河流的冲积层具备了丰富的地形水，四季会得到河谷水及河流水的有效补充，因此，当山区机场建设在标高设定上过低时，会造成道基没有形成足够的高度，此时地下水就会经由毛细通道逐渐渗入道基系统，损坏道基的稳定性能。山区机场建设濒临河岸时，一般会将坡积层作为填方的边坡，以供飞行区使用，而坡积层的地下水又会直接影响到边坡的稳定程度，最终造成边坡失稳。

（三）雨水

雨水主要通过冲刷作用对机场边坡造成损害，引发沟蚀及面蚀。雨水的冲刷作用在山区新建机场中体现的更为明显，这主要是由于机场使用周期较短，各种配套建设尚不完善，如坡面植被未长成，不能有效稀释雨水，造成坡面因雨水冲刷产生冲沟，严重时造成边坡崩塌及滑坡现象。除此之外，降雨还会影响到边坡的荷载及稳定性，边坡抗剪强度也会随着雨水的下渗发生改变，土地的粘力下降。

三、山区机场道基道面、排水设施病害及原因

（一）山区机场道基道面的主要病害及成因

山区机场道基道面病害种类呈现多样化，主要有道面裂缝、坑洞、断裂等表现形式，涉及到排水因素的病害主要有以下类型。

1.纵向及交叉裂缝。一方面是由于道基压实度不够、填料性能不均及地质的湿陷性等因素的影响，另一方面是受飞机的荷载压力而形成延伸裂缝。当雨水经由裂缝下渗道基时，又进一步增加了裂缝尺寸。交叉裂缝是由于道基的砼结构强度不足，遭遇水浸后产生沉降反应，最终形成交叉裂缝。

2.道基表面龟裂。主要是由于道基砼结构的抗冻性能不佳所决定，外加水渗作用的影响，会产生表面龟裂现象，表现出剥落的灾害表征。

（二）山区机场道基排水设施的主要病害类型及原因

山区机场建设自然环境较为复杂，多种因素都会导致机场道基排水设施发生病害，主要原因涉及到两方面，一是由于排水设施在材料及沟渠设置处理上不够科学，二是由于外部环境制约，如地形条件、水文因素等[3]。主要病害类型有以下几种：1.沟渠的冲刷及淤积。集中于坡面的截水沟及排水沟等结构系统；2.沟渠的沉陷及失稳。主要侧重于坡面的截水沟；3.沟渠的溢流。排水沟、截水沟及急流槽等部位常出现此问题。

其中，沟渠的淤积一方面由于雨水的冲刷作用，另一方面是水流过程中流速过低。沟渠冲刷是由于加固措施不严密，或沟渠材料强度不够，此外，也受到水流流速的影响。沟渠沉陷失稳根源于土地的压实程度不强，加上雨水渗流共同作用。沟渠溢流是因为在排水沟设计上，没有考虑山区雨季的强降水，另外，在沟渠进行转弯的区域，设计施工不周。

四、山区机场道基排水的设计内容及优化途径

山区机场道基在进行排水设计时，要紧密结合当地区域的地质情况及水文特征，并根据机场的具体等级加以详细分析及计算。一般来说，山区机场道基排水的设计流程包括了数据采集调查、勘测地形图纸、布设排水系统、计算水力数值、设计排水纵断面、设计构筑物排水结构及必要的冲刷防护措施等。

（一）数据采集调查

这是进行山区机场道基设计的首要依据，要对机场建设选址的自然环境、生态系统及地质情况加以实地的勘测。结合当地的文献资料，计算特殊自然条件，如暴雨的强度公式。总之，要本着最不利的设计原则，综合考虑各种复杂因素。

（二）勘测地形图纸

首先要参考当地的勘测单位实地勘测数据，形成比例缩放的地形图，然后在图上做仔细计算分析，对关键要点，如机场周围的水系分布情况、水流的流速及流向情况、机场地形地势的方位走向等全面掌握。

（三）布设排水系统

在对山区机场周围的水系水流及地势情况加以掌握后，就要着手进行道基排水系统的设计。在设计时要综合考虑机场未来发展规划，确定机场排水系统的容泄区的具体位置、考虑地形的坡向及排水系统的具体走向、确定雨水的出水口，这些因素都要紧密结合当地的地形地势，以地势坡向为设计参考[3]。在暗沟和排水明沟设计上要尽量避免穿越道面，以缩短线路长度，节省成本。

在布设排水系统时，关键点是出水口的确定，在确定出水口时要本着便于雨水及时排出并有效汇入道基容泄区的原则。出水口在数量设置上要适宜，既减低造价，又要确保雨量较大时，不会对出水口造成水毁。一般来说，山区机场道基排水系统的出水口数量以3至5个为宜。

（四）计算水力数值

这一阶段要根据机场地势图，综合机场区水文特征，对径流系数、雨量集中期、汇水比例、汇流时间加以确定，从而计算出每个段位的排水沟设计流量值。然后参照排水沟的断面构成，对沟渠的断面尺寸加以试算。由于断面尺寸具备了递增性，因此要在输水流量在数值范围上大于排水设计流量时，再停止试算步骤。

（五）设计排水纵断面

完成前几个阶段设计后，也就基本上对排水沟的坡度加以确定，但此时还应校验水速的数值，看其是否居于最大流速及最小流速范围区间内。如小于最小数值，要对沟底坡度值相应加大，并重新对水流量加以计算；如大于最大数值，可相应减小坡度数值，也可增大排水断面的面积，但此时需要对水流量进行重新计算。

（六）设计盲沟和暗沟

根据山区多变的季节条件，要注重使用盲沟来促进地下水的排出，盲沟在地下水的水流流向与机场路基的走向相一致的情况下才能发挥最大作用，因此，要合理设置盲沟，以便在雨量丰沛的季节汇集排出裂隙水。在盲沟的纵坡确定上，要保证水流不会造成冲刷及淤积，并设计出最大纵坡及最小纵坡。

暗沟主要是将机场路基周围的地下水及裂隙水集中排出，使其不留存于机场路基系统内，避免路基遭水蚀，产生失稳隐患。

结语

本文通过分析山区机场道基的特殊性，着重探讨水文因素对山区机场道基造成的重要影响，并分析了排水系统的各种病害类型及其成因，最后对山区机场道基设计的主要内容进行总结，希望为山区机场道基排水设计工作提供参考借鉴。

参考文献：

[1]廖崇高，李天华.西南某山区机场的工程地质分区及其评价[J].地质找矿论丛，2011，（3）：350-353+358.

[2]肖兵.毕节机场高填方土基沉降观测分析[J].山西建筑，2013，（5）：58-60.

[3]张洁屿.确保机场高边坡稳定的施工技术[J].建筑施工，2012，（4）：308-310.