防止寒冷地區(qū)機(jī)場水泥混凝土道面凍脹問題的施工措施

史保華 梅平 劉遠(yuǎn)飛 楊新泉

摘要：為了保證寒冷地區(qū)機(jī)場水泥混凝土道面的施工質(zhì)量，在對(duì)道面容易發(fā)生的凍脹、翻漿和凍融等破壞問題的原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，在此基礎(chǔ)上，不但從施工氣溫、保溫措施等基本要求方面提出了施工對(duì)策，而且從土方工程施工、混凝土道面工程施工等方面提出了具體措施，可為同類施工項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞：寒冷地區(qū)；機(jī)場施工；水泥混凝土道面；凍脹

中圖分類號(hào)：U418.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

中國的西北、西南、華北和東北等地由于冬季氣候寒冷，不同程度地存在著季節(jié)性冰凍問題，寒冷地區(qū)的面積占國土面積的一半左右。為了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防戰(zhàn)備建設(shè)的需要，在今后一段時(shí)期，國家將安排國債資金并多方籌資支持民航機(jī)場設(shè)施建設(shè)，重點(diǎn)為中西部支線機(jī)場和西部干線機(jī)場項(xiàng)目的建設(shè)，逐步形成中國的機(jī)場網(wǎng)，以增強(qiáng)航空運(yùn)輸?shù)耐ㄟ_(dá)能力，提高國防軍事實(shí)力。因此，在寒冷地區(qū)建設(shè)機(jī)場道面的任務(wù)繁重。由于水泥混凝土強(qiáng)度高，使用品質(zhì)好，抗凍性強(qiáng)，所以，中國新建機(jī)場道面大多采用水泥混凝土鋪筑。

飛機(jī)的起飛、降落、滑行和維修等活動(dòng)均需在道面進(jìn)行，因此，機(jī)場建設(shè)的關(guān)鍵是保證道面工程的施工質(zhì)量。通過對(duì)東北和西北多個(gè)機(jī)場水泥混凝土道面的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于施工原因造成寒冷地區(qū)道面產(chǎn)生凍脹破壞的情況比較普遍，輕者跑道平整度惡化，影響飛機(jī)滑行安全，給機(jī)場使用帶來困難；重者跑道出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或突起，需要關(guān)閉機(jī)場，對(duì)跑道進(jìn)行維修，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。故對(duì)寒冷地區(qū)機(jī)場水泥混凝土道面容易發(fā)生問題的原因進(jìn)行研究，探討防止道面凍脹的施工措施，對(duì)保證道面的建設(shè)質(zhì)量、延長機(jī)場使用壽命具有重要意義。

1水泥混凝土道面容易發(fā)生的問題

寒冷地區(qū)機(jī)場的水泥混凝土道面通常易發(fā)生凍、融問題，歸納起來產(chǎn)生的危害包括三個(gè)方面：一是冬季土基會(huì)產(chǎn)生冰凍現(xiàn)象，凍脹值過大或超過了允許值（限定值）時(shí)，道面的平整度惡化或出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)；二是春季融凍時(shí)，土基承載力下降，在飛機(jī)荷載的作用下形成唧泥或翻漿；三是水泥混凝土道面板發(fā)生凍融破壞。

1.1凍脹問題

東北某機(jī)場地處寒冷地區(qū)，冬季氣溫在-30 ℃以下。在最冷的1月份，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)土基凍脹使水泥混凝土道面向上隆起，局部道面板隆起3 cm，個(gè)別部位隆起高度大于10 cm，平整度嚴(yán)重惡化，危及飛機(jī)超降安全，機(jī)場關(guān)閉。一般來說，機(jī)場道面是允許一定凍脹量的，但超過了某一限值，道面就容易產(chǎn)生凍脹破壞，進(jìn)而嚴(yán)重影響飛機(jī)安全[1]。

土基不但承受著由面層傳下來的飛機(jī)荷載和上部結(jié)構(gòu)（包括面層、基層和墊層）的全部自重外，還承受著自然因素的長期作用，尤其是水和冰凍的作用，在寒冷地區(qū)，如果處理不當(dāng)，不但土基發(fā)生凍脹，而且會(huì)導(dǎo)致道面隆起損壞。引起凍脹的原因有兩個(gè)：一是由于水分凍結(jié)，體積將增加9%左右；另一個(gè)是由于土基中的弱結(jié)合水向凍結(jié)區(qū)移動(dòng)，如有地下水不斷供給水源，而凍結(jié)的過程又很緩慢，則這一過程會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，從而使凍脹發(fā)展得更加嚴(yán)重。

北方地區(qū)進(jìn)入冬季，氣溫降到0 ℃以下時(shí)，土中自由水先在0 ℃區(qū)域凍結(jié)，形成小的冰晶，冰晶與固體土顆粒之間被結(jié)合水膜隔開[2]。隨著溫度的不斷降低，土顆粒的結(jié)合水開始凍結(jié)，不斷加入到冰晶體中，使冰晶逐漸增大，最終導(dǎo)致土基發(fā)生凍脹。引起土基凍脹最嚴(yán)重的土類是容易受到毛細(xì)水作用的細(xì)粉粒土，這類土對(duì)冰凍的敏感性強(qiáng)。通常小于002 mm的顆粒含量超過3%的所有無機(jī)土對(duì)冰凍特別敏感。這些土的孔隙尺寸小到足以產(chǎn)生潛在毛細(xì)水作用，而又大到足以使地下水能通達(dá)凍結(jié)區(qū)域。所以，進(jìn)行土方工程施工時(shí)要嚴(yán)格控制002 mm的顆粒含量，增加土基壓實(shí)度，消除毛細(xì)水作用，才能防止土基凍脹問題。

1.2翻漿問題

春季來臨，北方地區(qū)氣溫會(huì)升高到0 ℃以上，由于機(jī)場道面的導(dǎo)熱性強(qiáng)和結(jié)構(gòu)層的吸熱，道面下冰凍的土基開始融化，積聚在土基上層過多的水分不能及時(shí)排出，道基處于過濕狀態(tài)，會(huì)使土基失去承載力，在飛機(jī)荷載反復(fù)作用下，導(dǎo)致道面翻漿、冒泥（唧泥）或局部塌陷。

分析影響土基翻漿的因素，除了路面類型、飛機(jī)荷載和施工因素以外，主要包括土類、氣溫和水三個(gè)方面。一是粉性土因素，這種土中毛細(xì)水上升高，在負(fù)溫作用下水分聚流嚴(yán)重，而且土中的水分增多時(shí)強(qiáng)度降低幅度大而快，容易喪失穩(wěn)定。二是氣溫因素，氣溫變化決定凍結(jié)深度和冬季每月負(fù)氣溫的總和即冷量，初冬時(shí)氣溫較高、在0 ℃～4 ℃停留時(shí)間較長或冷暖交替會(huì)都使大量水分聚流到土基上層，容易翻漿；而春天氣溫的特點(diǎn)和化凍速度對(duì)翻漿有較大影響，若氣溫急劇上升，凍土急速融化，則加重土基翻漿。三是水的因素，翻漿是水的狀態(tài)和位置在土基中轉(zhuǎn)移與變化的過程，因此，道面周圍地表積水和較高的地下水是形成翻漿的重要因素。

1.3凍融問題

在寒冷地區(qū)，水泥混凝土道面板孔隙中的水分結(jié)冰會(huì)使其變酥而逐漸破碎，即發(fā)生冰凍或凍融破壞，特別是在水系發(fā)達(dá)的地區(qū)。中國機(jī)場道面發(fā)生凍融破壞的例子很多，經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)告訴我們，水泥混凝土必須具有較高的抗凍性，以保持其強(qiáng)度和外觀完整的能力。

分析水泥混凝土板受凍融作用而破壞的原因，主要是氣溫在0 ℃以下時(shí)，由于混凝土內(nèi)部孔隙中的水結(jié)冰，其體積膨脹造成的靜水壓力和因冰水蒸汽壓的差別推動(dòng)未凍水向結(jié)冰區(qū)的遷移造成了滲透壓力，當(dāng)壓力所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫；長期反復(fù)的凍融使其裂縫不斷增長、擴(kuò)大或加深，使混凝土強(qiáng)度降低，表面開始剝落，甚至使混凝土完全崩潰。因此，混凝土鋪筑施工時(shí)，增加密度和減少裂縫是防止道面凍融的關(guān)鍵。

2施工的基本要求

2.1氣溫要求

中國東北和西北大部分地區(qū)，從每年的九月份開始降溫，來年的三月初開始升溫，三月底溫度上升到0 ℃以上。而青藏高原、新疆、內(nèi)蒙和東北的部分地區(qū)直到四月份才進(jìn)入春季，有的地區(qū)春秋兩季不明顯，夏季也只有短短的3個(gè)月左右，而冬季時(shí)間漫長，短則5個(gè)月，長則7個(gè)多月。冬季氣溫低，不便于施工作業(yè)，若采取保溫措施，一是提高了工程造價(jià)，二是施工質(zhì)量很難保證。endprint

由于寒冷地區(qū)能滿足施工氣溫要求的時(shí)間有限，所以，機(jī)場道面施工的基本要求是合理安排施工進(jìn)度，把土方工程、道面基層和道面面層等結(jié)構(gòu)層的施工安排在日最低氣溫大于5 ℃時(shí)進(jìn)行，在有冰凍的地區(qū)，應(yīng)在第一次冰次冰凍期（-3 ℃～5 ℃）到來之前半個(gè)月至一個(gè)月完成[3]。

2.2保溫要求

為了防止已完成的道面工程受凍，在冬季來臨之前，需要采取措施進(jìn)行保溫。可在結(jié)構(gòu)層表面用塑料薄膜加草席覆蓋，并在其上填50～100 cm的土進(jìn)行保溫，穩(wěn)定土層宜有半個(gè)月以上的溫暖氣候期養(yǎng)護(hù)。大面積土基填土、禁止低溫施工、在基層及混凝土面鋪筑施工過程中做好道槽排水等工作，都是保證施工質(zhì)量的有效措施。

3土方工程施工對(duì)策

為了減少凍脹，提高土基的承載強(qiáng)度，要對(duì)土基進(jìn)行充分壓實(shí)，這樣不但可以保證強(qiáng)度的穩(wěn)定性，還可增強(qiáng)其水穩(wěn)定性，有效延長道面的使用壽命，因此，對(duì)于一般情況下的土基壓實(shí)，可以選擇分層碾壓法，其處理效果可靠而經(jīng)濟(jì)。

采用機(jī)械壓實(shí)時(shí)需要注意4個(gè)問題：一是嚴(yán)格控制含水量，用某種壓實(shí)機(jī)械碾壓土基填料時(shí)，如果其含水量較大或較小，都很難達(dá)到較高的壓實(shí)度，只有在最佳含水量下進(jìn)行壓實(shí)，土的密實(shí)程度才能達(dá)到要求，這不僅可以減少壓實(shí)功率，而且壓實(shí)后土的滲水率最小，土基持久而穩(wěn)定；二是合理選擇壓實(shí)機(jī)械，土基壓實(shí)通?？蛇x光輪壓實(shí)機(jī)、羊腳壓實(shí)機(jī)、輪胎壓實(shí)機(jī)、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)、沖擊壓實(shí)機(jī)等多種類型，壓實(shí)作業(yè)項(xiàng)目不同，選用的壓實(shí)機(jī)種類和規(guī)格也不同，應(yīng)根據(jù)土基和填料工程性質(zhì)選型，對(duì)于砂土、粉土摻入粘土或其他改良材料進(jìn)行壓實(shí)，宜選用壓實(shí)功率較大的靜壓式壓實(shí)機(jī)、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)和沖擊壓實(shí)機(jī)進(jìn)行碾壓；三是控制填料的厚度和碾壓遍數(shù)，一般根據(jù)填料的土類和選擇的碾壓機(jī)械功率并通過試驗(yàn)進(jìn)行確定；四是保證壓實(shí)度符合要求，要根據(jù)填料的深度、土類及場道位置由試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定[4]。

4混凝土道面施工對(duì)策

4.1配合比設(shè)計(jì)

為了減少水泥混凝土表面可能產(chǎn)生的細(xì)微干縮裂紋、龜裂等問題，防止冬季雪水、除冰液下滲對(duì)混凝土產(chǎn)生凍脹和侵蝕，應(yīng)最大限度地提高混凝土的密度。配合比要按照低水泥用量、低水灰比、低砂率、小石用量少等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。選擇高效引氣減水劑可以減小混凝土的水灰比和水泥用量，改善混凝土拌和料的和易性，提高混凝土的密實(shí)度，增強(qiáng)混凝土的抗凍、抗?jié)B性能。配合比設(shè)計(jì)中還需要考慮混凝土拌和物的和易性，必須適于施工操作和易于整修做面。

4.2拌和與運(yùn)輸

水泥混凝土的拌和質(zhì)量取決于拌和機(jī)械，為了確保混凝土拌和物均勻一致，沒有生料、干料、離析或高效引氣減水劑等外加劑產(chǎn)生成團(tuán)等現(xiàn)象，要選擇計(jì)量準(zhǔn)確的強(qiáng)制式拌和機(jī)械，拌和時(shí)間應(yīng)以使混合料拌和均勻、含氣量達(dá)到最高值為準(zhǔn)。在低溫季節(jié)施工時(shí)，不但要測定原材料與拌和物的溫度，把出料溫度控制在10 ℃以上，而且對(duì)坍落度損失率和凝結(jié)時(shí)間要進(jìn)行測定和控制。拌和物要充分考慮施工氣溫下運(yùn)輸坍落度的損失。

為了避免混凝土在運(yùn)輸中離析而造成含氣量損失，運(yùn)輸應(yīng)一次到位，運(yùn)輸時(shí)間以不進(jìn)過10 min為宜，泌水率要控制在1%以內(nèi)?？筛鶕?jù)混凝土拌和機(jī)械的生產(chǎn)量、運(yùn)距、路況和施工進(jìn)度等因素選配運(yùn)料車的車型和數(shù)量，車輛總運(yùn)輸量要比拌和機(jī)械的產(chǎn)量稍有富余，以確保在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)把拌好的混凝土運(yùn)到鋪筑現(xiàn)場。

4.3混凝土鋪筑

混凝土鋪筑是機(jī)場水泥道面施工的關(guān)鍵工序，道面鋪筑的施工質(zhì)量決定了防滲與抗凍的狀況，因此，在混凝土鋪筑施工中需要采取措施嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。滑模攤鋪機(jī)通常自帶振搗倉、拉桿插入機(jī)、重型整平梁、超級(jí)抹平器等配套設(shè)備，在混凝土面層施工中能滿足靈活性的要求，并可毫不費(fèi)力地轉(zhuǎn)移機(jī)器。由于該機(jī)器既具有很高的自動(dòng)化程度，又可很好地控制混凝土施工質(zhì)量，生產(chǎn)率也很高，所以，滑模攤鋪機(jī)是寒冷地區(qū)混凝土鋪筑的首選機(jī)械。

混凝土面層施工是鋪筑施工的最后一道工序，需要在防風(fēng)防曬棚下進(jìn)行作業(yè)，以防止烈日爆曬或干旱、風(fēng)吹而導(dǎo)致混凝土表面龜裂和干縮裂紋。

4.4施工溫度與養(yǎng)護(hù)

在晝夜平均氣溫低于5 ℃（夜間最低氣溫-3 ℃～5 ℃）時(shí)，為了保證工程質(zhì)量，最有效的措施是停止混凝土鋪筑。在溫度較低（0 ℃～5 ℃）的情況下需要施工時(shí)，首先要選擇水化總熱量大的R型水泥，增加混合料的攪拌時(shí)間（較常規(guī)施工增加50%），然后隨時(shí)檢查水和砂石料投入攪拌機(jī)前與混合料出料時(shí)的溫度，把拌和物溫度嚴(yán)格控制在10 ℃以上，混凝土鋪筑溫度控制在5 ℃以上，完成做面工序時(shí)的混凝土溫度不得低于5 ℃[5]。

加強(qiáng)養(yǎng)生對(duì)防止混凝土裂縫非常有效。養(yǎng)生必須及時(shí)到位，方法是用手指輕按無明顯印痕后即時(shí)進(jìn)行養(yǎng)生。切縫前對(duì)混凝土采用塑料薄膜加濕麻袋或養(yǎng)生布養(yǎng)生，切縫后采用覆蓋麻袋（養(yǎng)生布）并灑水養(yǎng)生，養(yǎng)生期間始終保持混凝土表面濕潤。為了保證混凝土板不受凍，要在養(yǎng)生期間保持混凝土板的溫度大于5 ℃，覆蓋保濕保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于28 d[5]。

5結(jié)語

隨著中國國民經(jīng)濟(jì)和民用航空事業(yè)的迅猛發(fā)展，國防戰(zhàn)備實(shí)力也需要不斷提高，中國機(jī)場建設(shè)跨入一個(gè)前所未有的新的歷史階段，正處于布局優(yōu)化調(diào)整、快速建設(shè)發(fā)展時(shí)期。東北地區(qū)以及西南和西北這些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的區(qū)域是機(jī)場建設(shè)的重點(diǎn)；因此，防止寒冷地區(qū)機(jī)場水泥混凝土道面凍脹是必須面對(duì)的問題，而分析道面發(fā)生冰凍破壞的原因，研究探討各種防凍脹的施工措施是保證道面建設(shè)質(zhì)量的一個(gè)有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢耀忠，郝友詩.機(jī)場剛性道面結(jié)構(gòu)防凍厚度設(shè)計(jì)探討[J]，華東公路，2010（4）：5253.

[2]許永明.公路養(yǎng)護(hù)與管理[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]MH 5014—2002，民用機(jī)場飛行區(qū)土（石）方與道面基礎(chǔ)施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]史保華，許巍，王文杰，等.機(jī)場土基工程典型問題與處理對(duì)策[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2010，27（2）：2025.

[5]MH 5006—2002，民用機(jī)場飛行區(qū)水泥混凝土道面面層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯：杜衛(wèi)華]endprint