徐祥瑞

（空軍工程設(shè)計(jì)研究局，北京，100068）

飛機(jī)場(chǎng)特殊高邊坡的填筑施工放樣技術(shù)研究

徐祥瑞

（空軍工程設(shè)計(jì)研究局，北京，100068）

飛機(jī)場(chǎng)的特殊高邊坡填筑施工放樣技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程。施工放樣有兩個(gè)難點(diǎn)，一是坡度和坡比；二是飛機(jī)場(chǎng)填筑的高邊坡與跑道的軸線不平行。本文研究建立了合理的平面空間方程，據(jù)此計(jì)算施工高邊坡的坡度比，最后列出方程計(jì)算施工放樣的參數(shù)。這種方法的實(shí)施使得高邊坡的施工達(dá)到了較好的填筑效果，工作方法簡(jiǎn)單，方式高效、便捷，施工放樣所得到的數(shù)據(jù)比較可靠、準(zhǔn)確。

飛機(jī)場(chǎng)特殊高邊坡；飛機(jī)場(chǎng)跑道不平行軸線；平面方程；高邊坡坡度比；施工放樣計(jì)算

引言

改革開(kāi)放三十多年來(lái)，我國(guó)民航業(yè)取得了巨大進(jìn)步，機(jī)場(chǎng)作為必要的基礎(chǔ)設(shè)施也達(dá)到了一定水平。我國(guó)大部分地區(qū)都有很多山地，給機(jī)場(chǎng)的建設(shè)帶來(lái)了一定的難度。山地機(jī)場(chǎng)的建設(shè)，是現(xiàn)代我國(guó)機(jī)場(chǎng)建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。騰沖機(jī)場(chǎng)、五橋機(jī)場(chǎng)、臨滄機(jī)場(chǎng)、攀枝花機(jī)場(chǎng)等，都是山地機(jī)場(chǎng)建設(shè)的案例。山地機(jī)場(chǎng)建設(shè)最大的困難就是特殊高邊坡的填筑施工［1，2］。平原機(jī)場(chǎng)的建設(shè)中相對(duì)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有特殊的高邊坡填筑施工放樣的要求。

本文重點(diǎn)分析山地機(jī)場(chǎng)高邊坡的填筑施工放樣技術(shù)，其中包括高邊坡的施工過(guò)程、測(cè)量技術(shù)、計(jì)算過(guò)程等。

1 機(jī)場(chǎng)高邊坡施工放樣技術(shù)

機(jī)場(chǎng)特殊高邊坡填筑施工放樣技術(shù)是一項(xiàng)難度較大的工程。填筑高邊坡從地面開(kāi)始施工，一級(jí)坡高度為10 m，二級(jí)坡高度為20 m。以此類(lèi)推，高邊坡的中間還設(shè)置有2～5 m的寬平臺(tái)馬道，再往上構(gòu)成層級(jí)的多個(gè)坡，級(jí)坡依次延伸至坡頂，形成特殊的高邊坡。機(jī)場(chǎng)高邊坡在施工時(shí)，通常把跑道縱向定為P坐標(biāo)，軸向定為H坐標(biāo)，用軸向P和縱向H表示，以20 m作為一個(gè)單位長(zhǎng)度。P-H坐標(biāo)主要用來(lái)表示高邊坡的高度和寬度，方便使用。在實(shí)際的高邊坡施工測(cè)量計(jì)算時(shí)，通常都要將P-H坐標(biāo)換算成以1 m為單位的直角坐標(biāo)系y-x坐標(biāo)。

1.1任意測(cè)量點(diǎn)放樣法

在山地機(jī)場(chǎng)高邊坡地填筑中，一般從高邊坡的坡底線開(kāi)始填筑，填筑多層，每層填筑的厚度為30 cm左右，對(duì)填筑的硬度、填充度都有所要求。填筑過(guò)程中需要用機(jī)械碾壓夯實(shí)，填充度達(dá)到規(guī)定的要求后，再進(jìn)行下一層填筑，然后再重復(fù)上面的工序。在一般的施工中，每填筑三層后，都需要專(zhuān)業(yè)的測(cè)量人員對(duì)高邊坡的坡度進(jìn)行測(cè)量，符合要求后再繼續(xù)下三層的填筑［3］。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷更新和進(jìn)步，坡度的測(cè)量也得到了精確提升。

全站儀是一種機(jī)場(chǎng)高邊坡的特殊測(cè)量工具。隨著全站儀的使用，其測(cè)距離、測(cè)角度精度都非常高，而且不會(huì)累積過(guò)多誤差，單點(diǎn)測(cè)量的施工放樣誤差是檢測(cè)的允許偏差，這也是坡度測(cè)量的不成文規(guī)定。與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，新的測(cè)量技術(shù)對(duì)施工放樣人員來(lái)說(shuō)，由于測(cè)量精度較高，能夠容許一定的偏差，高邊坡的施工放樣也比以前容易很多，現(xiàn)在的高邊坡施工放樣多采用一站式的測(cè)量方式，在施工放樣時(shí)，通過(guò)高邊坡坡外任意一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，就可以根據(jù)測(cè)量值計(jì)算得出精確的數(shù)據(jù)來(lái)確定施工放樣的準(zhǔn)確度是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求值，我們稱(chēng)這種施工放樣的方法為任意測(cè)量點(diǎn)放樣法，它的優(yōu)點(diǎn)是工作效率較高、靈活性較強(qiáng)。因而這種施工放樣方法可用于整個(gè)高邊坡的實(shí)際設(shè)計(jì)施工測(cè)量，在施工中代替了以前的多次測(cè)量再計(jì)算的方法，在現(xiàn)代的高邊坡施工放樣中得以廣泛應(yīng)用。但該方法也有不足之處，就是在機(jī)場(chǎng)高邊坡的坡頂線與跑道軸線不平行時(shí)將難以測(cè)量和計(jì)算，因此這種方法不適用于不平行的高邊坡填筑的施工放樣。

1.2坡頂線平行和不平行于機(jī)場(chǎng)縱軸線放樣的比較分析

討論同一級(jí)高邊坡，只是它們坡頂線平行和不平行于機(jī)場(chǎng)縱軸線這兩種情況，設(shè)已知在某機(jī)場(chǎng)高邊坡施工的其中一層水平面上，在靠近坡口的邊線處測(cè)量一個(gè)點(diǎn)E，它的直角坐標(biāo)系為（x測(cè)，y測(cè)，z測(cè)），在高邊坡的坡頂線處與其相對(duì)一個(gè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)系坐標(biāo)為Q（x設(shè)，y設(shè)，z設(shè)）， 高邊坡坡度的下降方向?yàn)橹苯亲鴺?biāo)系x 坐標(biāo)的減小方向［4］。具體分析如下：

（1）坡頂線平行于機(jī)場(chǎng)縱軸線 P

假設(shè)高邊坡的軸向坡度為3%，縱向坡度比為1:3，放樣和計(jì)算如下：

第一步，測(cè)點(diǎn)計(jì)算：

△x=x測(cè)-x放

x放=x設(shè)-3（z設(shè)-z測(cè)）

第二步，因?yàn)楦哌吰碌钠马斁€與軸線P處于平行狀態(tài)，測(cè)量人員不用考慮軸線的相對(duì)位置，只需要根據(jù)△x值得大小，并根據(jù)坡頂線的位置，把測(cè)量點(diǎn)在垂直于坡口線的地方往內(nèi)或外移動(dòng)，測(cè)出量距為△x。因?yàn)槠马斁€與軸線平行，所以測(cè)量的放樣點(diǎn)中只有y坐標(biāo)具有一地的誤差系數(shù)，若取△y的最大誤差為0.4 m，根據(jù)公式計(jì)算誤差范圍為0.4×3%= 0.012 m，這個(gè)誤差值遠(yuǎn)小于高邊坡施工高程差±50 mm的范圍。由于高邊坡的坡頂線頂線與跑道軸線 P平行，影響坡口線的測(cè)量值得就只剩下以 H 坐標(biāo)即直角坐標(biāo)系 x 坐標(biāo)，所以可以忽略△y的誤差值。經(jīng)過(guò)對(duì)第一種情況的分析，可以得出以下結(jié)論：只需測(cè)量一個(gè)數(shù)值，由于有平行量的存在，所以參考方向放樣過(guò)程變得簡(jiǎn)單。

（2）坡頂線不平行于機(jī)場(chǎng)縱軸線P

假設(shè)高邊坡的坡面上軸線P與縱向H軸向的坡度比仍為1:3，則高邊坡放樣計(jì)算過(guò)程如下：

第一步，測(cè)點(diǎn)計(jì)算：

△x=x測(cè)-x放， x放=x設(shè)-3（z設(shè)-z測(cè)），

△y=y測(cè)-y放， y放=y設(shè)-3（z設(shè)-z測(cè)），

第二步，測(cè)量距標(biāo)定放樣的測(cè)量員需要做的工作比第一種情況工作量大，需要根據(jù)變量△x和△y的數(shù)值及符號(hào)，沿H軸向測(cè)量距離數(shù)值為△x，沿P軸向測(cè)量距離為△y。因?yàn)楦哌吰碌钠驴诰€與軸線P不平行，需要測(cè)量的距離就沒(méi)有提供參考的方向，需要有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)量員自己選取合適的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所以得出的數(shù)據(jù)誤差比較大。按照0.3 m的最大誤差放樣計(jì)算，根據(jù)計(jì)算公式：0.3÷3=0.1 m，即△x值、△y值的誤差為0.1 m，那么△x值、△y值加起來(lái)對(duì)高程的誤差為 0.20 m，將遠(yuǎn)超過(guò)0.05 m的高程規(guī)定范圍。因此，一次測(cè)量值不能滿足施工放樣，還需進(jìn)行第二次施工放樣及計(jì)算，在實(shí)際的高邊坡的施工放樣中，將會(huì)需要經(jīng)過(guò)幾次的放樣及計(jì)算，得出每一次計(jì)算的數(shù)值，再求平均值。經(jīng)過(guò)對(duì)第二種情況的分析，得出以下總結(jié)：需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)際距離，不能確定邊坡參考方向，施工放樣相對(duì)困難。

1.3解決方案

由于不平行情況放樣難的問(wèn)題，在實(shí)際的施工中，一般都把高邊坡的邊坡線設(shè)計(jì)地與機(jī)場(chǎng)跑道的軸線平行。但還是存在一定的特殊情況，因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)軸線與高邊坡不平行導(dǎo)致放樣找點(diǎn)難的狀況，將會(huì)很大程度導(dǎo)航的降低施工的進(jìn)度。我們將尋找新的方法把第二種不平行情況轉(zhuǎn)化為第一種平行情況，降低施工放樣的難度；為了解決這個(gè)難題，我們使用求邊坡法向線坡比和邊坡空間平面方程來(lái)完成。具體方法就是根據(jù)設(shè)計(jì)邊坡的三維空間平面列出計(jì)算方程，在通過(guò)測(cè)量實(shí)際值，把實(shí)際測(cè)量的坐標(biāo)值代入空間平面方程中求出其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)高程z 設(shè)，在比較設(shè)計(jì)值與實(shí)際值，從而得出它們的誤差值，再通過(guò)誤差值調(diào)節(jié)實(shí)際的設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)邊坡坡頂線的法向線坡比，從而計(jì)算出放樣點(diǎn)在法向線上往參考方向移動(dòng)的距離。這個(gè)方法雖然比較復(fù)雜，但是比較方便計(jì)算，不用確定 x、y 的坐標(biāo)參考方向和實(shí)際測(cè)量值量△x、△y的大小和方向，它最大的特點(diǎn)就是可以與平行軸線邊坡放樣差不多，只需確定一個(gè)量距，可以確定參考方向， 施工放樣較為簡(jiǎn)單，很大程度上解決了與機(jī)場(chǎng)軸線不平行的高邊坡放樣難以確定測(cè)量點(diǎn)的問(wèn)題。

2 機(jī)場(chǎng)高邊坡的坡頂線法向線坡比

計(jì)算高邊坡坡頂線的法向線坡比是施工放樣的重點(diǎn)，它的精確度將會(huì)影響坡度的確定。當(dāng)高邊坡的坡頂線與軸向線平行時(shí)，其坡頂線的法向線為軸向基線，那么它的法向線坡比就是軸向線的法向線坡比。平行情況的法向線比較容易確定，而不平行情況的法向線比是施工放樣難點(diǎn)。當(dāng)高邊坡的坡頂線與軸向線不平行時(shí)，其法向線的坡比就要通過(guò)計(jì)算進(jìn)行確定，這里將不做贅述。

3 高邊坡填筑施工放樣改進(jìn)效果

隨著科技和數(shù)理計(jì)算方法的發(fā)展，新方法在機(jī)場(chǎng)高邊坡填筑施工放樣技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，施工放樣的難度也進(jìn)一步下降，解決了高邊坡的施工技術(shù)難題，因此施工放樣效率得到了提高。主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：

（1） 很大程度上降低了數(shù)據(jù)測(cè)量人員和計(jì)算人員工作量和工作難度，大大減少了其中的數(shù)據(jù)計(jì)算和設(shè)計(jì)技術(shù)判斷環(huán)節(jié)，降低了施工過(guò)程的誤差，提升了工作效率。

（2） 測(cè)量人員只需要根據(jù)一個(gè)實(shí)際值，就可以確定參考方向，向平行于軸線、垂直于坡頂線移動(dòng)，不需要確定多個(gè)放樣點(diǎn)，不需要多次計(jì)算數(shù)據(jù)，就可以有效減小誤差，得出結(jié)論。還可以減輕工作人員的勞動(dòng)量。

（3） 加快施工作業(yè)速度，提高施工精準(zhǔn)度，原計(jì)劃預(yù)計(jì)2個(gè)小時(shí)施工放樣完成的一段邊坡，在使用新方法后時(shí)間大幅減少，高邊坡施工放樣的時(shí)間降低到40分鐘內(nèi)。

（4） 由于大大降低了施工放樣時(shí)間，戶外作業(yè)環(huán)造成的環(huán)境破壞程度也大大降低，提高了施工作業(yè)的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代機(jī)場(chǎng)為了遠(yuǎn)離人們居住的地區(qū)，大多數(shù)會(huì)選擇偏遠(yuǎn)的山區(qū)作為機(jī)場(chǎng)，而山地較多的地方將會(huì)提升機(jī)場(chǎng)建設(shè)的困難程度，因此，隨著山地機(jī)場(chǎng)的建設(shè)，機(jī)場(chǎng)特殊高邊坡的填筑施工放樣技術(shù)也須全面提高，才能適用于現(xiàn)代化機(jī)場(chǎng)建設(shè)。山地建設(shè)機(jī)場(chǎng)還有一個(gè)重要的因素——環(huán)境破壞，由于工程較大，大量的植被遭到毀壞；也有的地方由于環(huán)境因素導(dǎo)致施工條件較為惡劣，施工人員很難避開(kāi)惡劣的條件，因此需要在施工放樣技術(shù)方面去下手，完成實(shí)際工程的建設(shè)。要求施工人員結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)制作三維空間平面，列出計(jì)算方程，以邊坡法向線的坡比為重點(diǎn)，解決高邊坡的坡頂線不平行于軸向線的難題，發(fā)揮施工人員的潛力，解決施工放樣的問(wèn)題。本文通過(guò)多個(gè)方面、多個(gè)角度、多種方法，分析計(jì)算了施工放樣中將會(huì)遇到的技術(shù)難題，為實(shí)際施工人員在施工中探明了方向。運(yùn)用新方法解決施工中的難題，獲得了一系列的施工效果。

［1］民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)土（石）方與道面基礎(chǔ)施工技術(shù)規(guī)范［S］. MH5014-2002.

［2］民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)工程竣工驗(yàn)收質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］. MHJ5007-2000.

［3］民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］. MH5001-2006.

［4］同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)教研室. 高等數(shù)學(xué)［M］. 北京: 高等教育出版社，1982.

Layout Survey of Special High Side Slope on Fill Construction of on Airport

Xiangrui Xu（The Air Force Engineering Research Institute， Beijing， 100068， China）

High fill construction side slope are unparallel to airport axis. There are two difficulties - scale ratio and layout survey. By establishing the spatial plane equations， calculating the scale ratio of normal direction on the top line of slope， programming and locating， the effect of this method is obvious. Also， it is simple and of high efficiency， accuracy and certainty. Data of layout calculation are adequate.

Airport； Unparallel High Side Slope of Normal Aspect； Spatial Plane Equations； Gradient Scale of Normal Line； Calculation of Staking-out

TU-02

A

2095-8412 （2016） 04-632-03

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.013

徐祥瑞（1982-），男，職稱(chēng)：工程師，研究方向：機(jī)場(chǎng)工程。E-mail: 13581579789@139.com