探究海拉爾機(jī)場水泥混凝土道面隔離式加鋪設(shè)計(jì)

王晗

機(jī)場舊水泥混凝土道面加鋪水泥混凝土，是一種較為常規(guī)的改善道面功能性能的方法。道面加鋪須消除道面病害、減少原道面反射應(yīng)力的影響，確保加鋪后道面持久耐用。本文結(jié)合內(nèi)蒙古呼倫貝爾海拉爾機(jī)場道面加鋪設(shè)計(jì)方案總結(jié)了機(jī)場水泥混凝土道面隔離式加鋪的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，包括原道面病害處理、反射應(yīng)力處理、隔離層設(shè)置、加鋪層厚度的確定、不同厚度道面加鋪的處理措施。

呼倫貝爾海拉爾機(jī)場（以下簡稱為海拉爾機(jī)場）始建于1932 年，前身為軍用機(jī)場。1988 年機(jī)場進(jìn)行了一期改造，竣工跑道（以下簡稱舊跑道）長1800m，寬45m；1992 年機(jī)場進(jìn)行了二期擴(kuò)建，將舊跑道向東延長800m；2007 年舊跑道停止使用至今。2 號機(jī)坪（以下簡稱舊機(jī)坪）與舊跑道同時(shí)修建，同時(shí)停用，面積為18000m2。

海拉爾氣候有如下特點(diǎn)：春季多大風(fēng)而少雨，蒸發(fā)量大；夏季溫涼而短促，降水集中；秋季降溫快，霜凍早；冬季嚴(yán)寒漫長，地面積雪時(shí)間長。年平均氣溫為-1℃至-2℃，1 月（最冷月）平均低溫為-30.83℃，7 月（最熱月）平均高溫為25.84℃，早晚溫差大。

在停用的舊跑道及機(jī)坪上加鋪水泥混凝土，有3 個(gè)主要技術(shù)點(diǎn)：（1）原道面的病害進(jìn)行處理；（2）舊機(jī)坪呈不規(guī)則形狀，蓋被道面分縫與舊機(jī)坪道面分縫為斜交叉形式，需減少反射應(yīng)力對加鋪道面的影響；（3）新規(guī)劃機(jī)坪包括新建機(jī)坪和舊機(jī)坪加鋪兩部分，新舊道面交接部位的處理是否妥當(dāng)，將直接影響機(jī)坪加鋪后使用效果。本文選取具有代表性的道面加鋪處理區(qū)域，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，總結(jié)了以下水泥道面隔離式加鋪的設(shè)計(jì)方案。

一、原道面情況

1.原道面結(jié)構(gòu)

舊跑道及機(jī)坪道面結(jié)構(gòu)形式如表1 所示。

2.原道面檢測結(jié)果

道面結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果如下：

（1）道面目視調(diào)查中，道面破壞主要有：開裂、掉邊、爆坑、嵌縫料損壞和補(bǔ)??；其中開裂分布最為廣泛，在舊跑道東部尤為明顯。主要是水泥混凝土道面在當(dāng)?shù)睾錃夂驐l件下，經(jīng)受多次的凍融循環(huán)造成的耐久性破壞。其次，由于舊跑道廢棄達(dá)10 年左右，嵌縫料損壞分布廣、數(shù)量多；補(bǔ)丁在舊跑道上分布同樣較廣；爆坑在舊跑道上呈零星分布。舊跑道由東向西1800m 左右，出現(xiàn)了沿橫縫貫穿舊跑道整個(gè)橫截面的明顯錯(cuò)臺、道面板拱起的區(qū)域。

（2）舊跑道道面表面狀況一般，道面損壞PCI 均值為79；PCI 綜合評價(jià)為“良”。

（3）道面整體平整度指數(shù)IRI 均值為4.95m/km，綜合評價(jià)為“差”。西部平整度較東部差。

（4）道面承載能力分布均勻，ISM 值多數(shù)分布于400～600KN/mm 之間。

（5）舊跑道東部延長部分水泥混凝土強(qiáng)度90%代表值為5.58MPa，其余部分90%保證率代表值為6.01MPa。

（6）道面?zhèn)骱赡芰α己?，綜合評價(jià)為“好”，道面基礎(chǔ)基本不存在脫空。

（7）根據(jù)道面PCN 計(jì)算結(jié)果，舊跑道道面等級號建議值為：PCN 49/R/B/W/T。

表1 海拉爾機(jī)場舊跑道及機(jī)坪道面結(jié)構(gòu)表

二、道面病害處理

1.裂縫斷板類

裂縫斷板類病害對于道面結(jié)構(gòu)承載能力影響較大，宜修補(bǔ)后加蓋。根據(jù)舊道面不同的裂縫情況，采取不同程度的道面修補(bǔ)方法。道面修補(bǔ)方法如下：

（1）單塊板塊上存在多條“縱向、橫向或斜向裂縫”，單條裂縫長度超過板塊短邊長度的一半，且其中一條裂縫的平均寬度大于10mm 時(shí)，應(yīng)對該板塊進(jìn)行整體更換。出現(xiàn)“角隅斷裂”、裂縫兩邊的板塊存在明顯錯(cuò)臺、裂縫周邊出現(xiàn)明顯唧泥時(shí)，應(yīng)先處治基層，再對裂縫影響區(qū)域內(nèi)的板塊進(jìn)行全厚度修補(bǔ)。

（2）裂縫周邊板塊無明顯錯(cuò)臺但出現(xiàn)比較嚴(yán)重的剝落時(shí)，可對裂縫影響區(qū)域內(nèi)的板塊進(jìn)行部分厚度修補(bǔ)。修補(bǔ)深度為板塊厚度的一半，通過設(shè)置連釘?shù)姆绞皆鰪?qiáng)補(bǔ)塊與原有道面之間的聯(lián)結(jié)。

（3）裂縫之間無交叉，裂縫兩側(cè)無明顯錯(cuò)臺，裂縫平均寬度小于5mm 而且周邊無明顯剝落時(shí)，可進(jìn)行裂縫灌填，以防裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。

圖1 道面裂縫斷板現(xiàn)狀

2.豎向位移類

海拉爾機(jī)場的豎向位移類病害為“錯(cuò)臺”和“道面拱起”，處理方式如下：

（1）錯(cuò)臺量小于5mm 時(shí)，更換錯(cuò)臺板塊接縫處的灌縫材料；錯(cuò)臺量介于5- l0 mm 時(shí)，可采取板塊研磨的方法消除錯(cuò)臺；錯(cuò)臺量大于10mm 時(shí)，采取部分厚度修補(bǔ)。

（2）對拱起處接縫做全厚度切割，切割寬度為3-5cm，并將接縫內(nèi)的碎塊清理干凈，待應(yīng)力充分釋放后更換灌縫材料。

圖2 道面板角破壞現(xiàn)狀（出現(xiàn)錯(cuò)臺）

3.道面接縫類

海拉爾機(jī)場舊道面的主要接縫類病害為“嵌縫料損壞”“板角剝落”。“嵌縫料損壞”容易引起哪泥和脫空等基層病害，如果硬粒進(jìn)入縫槽，還可引起"接縫破碎"和"板角剝落"等病害；“板角剝落”產(chǎn)生少量碎粒且破壞板塊的完整性，會(huì)對加蓋道面板造成影響。道面接縫類病害處理方法如下：

圖3 道面接縫破壞現(xiàn)狀

（1）“嵌縫料損壞”須先將舊嵌縫料清除?？刹捎萌斯せ驒C(jī)械清除方法。機(jī)械清除可先用切縫機(jī)切割縫槽內(nèi)殘留破損的灌縫材料，再用鐵鉤等工具清除干凈；難以清除的舊灌縫材料可采用溶劑、噴砂或機(jī)械研磨等方式清除；若采用上述方式仍無法清除干凈，可通過擴(kuò)縫清除。采用空壓機(jī)將壓縮空氣噴沖接口，將細(xì)砂、灰塵及其他雜質(zhì)清除干凈。如不能清除干凈，應(yīng)采用高壓水沖洗，待水干后進(jìn)行灌縫。灌縫材料選用硅酮，在縫槽側(cè)壁涂刷底層涂料，以增強(qiáng)灌縫材料與縫壁的粘結(jié)性，底層涂料均勻涂刷一遍。本次工程灌縫面積較大，采用專用灌縫設(shè)備。應(yīng)先灌縱向接縫，后灌橫向接縫。

（2）“板角剝落”的接縫，如果接縫周邊破碎程度輕微(破碎影響寬度小于25mm)，可將破碎部分清除干凈，然后灌填灌縫材料；接縫周邊的破碎程度比較嚴(yán)重(破碎影響寬度大于25mm，影響深度小于15mm)時(shí)，對破碎部分的板塊進(jìn)行淺層修補(bǔ)。

4.道面表層類

海拉爾機(jī)場舊道面表層病害主要為部分道面表層剝落、少量爆坑。表面類病害對加蓋水泥混凝土影響較小，將表層碎壞部分清理干凈即可。

圖4 道面表層破壞現(xiàn)狀

三、加鋪層厚度計(jì)算

檢測得出道面損壞PCI 均值為79，且舊道面板面、板角、接縫皆可修復(fù)，判定舊道面狀況等級為“良”，折減系數(shù)取0.75?？紤]道面狀況等級、接縫情況、道面坡度變化，隔離式加鋪較適用。

根據(jù)呼倫貝爾機(jī)場擬使用的機(jī)型，計(jì)算道面厚度時(shí)的設(shè)計(jì)最大機(jī)型為B767 等D 類飛機(jī)。同時(shí)考慮其他使用機(jī)型及機(jī)型起降架次等因素，隔離式加鋪層的厚度按下式計(jì)算：

式中：ch——加鋪層厚度（mm）；

hf——與加鋪層設(shè)計(jì)強(qiáng)度相同的當(dāng)量單層混凝土板厚（mm）；

he——舊混凝土板厚（mm）；

C——舊混凝土板厚度折減系數(shù)。

根據(jù)以上分析，計(jì)算的水泥混凝土加蓋曾的厚度結(jié)果為273.73mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，海拉爾機(jī)場舊跑道水泥混凝土加鋪層厚度為28cm。

舊機(jī)坪道面狀況、道面結(jié)構(gòu)與跑道相似。但舊機(jī)坪與新建機(jī)坪在道面分縫上存在交叉，道面反射應(yīng)力較難處理?？紤]舊機(jī)坪加鋪后坡度、施工方便等因素，舊機(jī)坪最小加鋪厚度與相接新建機(jī)坪等厚為32cm。

四、隔離層

常用于水泥混凝土的隔離層材料有稀漿封層、瀝青砂、土工材料等。其中土工材料的主要作用是阻礙過渡層的形成，避免和減少由過渡層引起的道面結(jié)構(gòu)的破壞，主要適用于新建道面結(jié)構(gòu)；稀漿封層能夠在原道面上形成薄層，抵抗下滲水流沖刷，主要用于加鋪瀝青道面；瀝青砂能夠有效消除反射應(yīng)力，抵抗水流沖刷能力強(qiáng)，主要用于水泥混凝土道面加鋪中。比較各類隔離層材料性能后，選用瀝青砂作為隔離層材料。

首先，瀝青隔離層能夠有效減少加鋪層與原道面的相對運(yùn)動(dòng)。瀝青砂具有彈性緩沖作用，改變力的傳遞速度，使荷載產(chǎn)生的巨大沖擊勢能得到有效化解，從而使傳遞到基層的破壞影響力將大大削弱，根據(jù)力的相互作用原理，原道面對加鋪層的反射應(yīng)力被減弱，保證加鋪層水泥道面不因反射應(yīng)力問題導(dǎo)致斷板等情況發(fā)生。

其次，瀝青砂還可保證水泥混凝土結(jié)構(gòu)在活載、溫度變化等因素作用下的自由變形，明顯減少溫度變化引起水泥面層內(nèi)的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，防止因原道面不平產(chǎn)生的張拉和收縮應(yīng)力的增大或結(jié)聚，而造成與荷載共同作用下的加鋪層破壞。

最后，混凝土基層的收縮開裂和溫度開裂是無法避免的，面層的模量愈大，在相同位移的情況下所產(chǎn)生的應(yīng)力就愈大，反映到裂縫尖端的應(yīng)力集中系數(shù)或應(yīng)力強(qiáng)度因子也愈大。而層間柔性功能層的彈性變形吸收了由面層傳遞來裂縫尖端的集中應(yīng)力，瀝青砂具有良好的抗疲勞性能以及在結(jié)構(gòu)中的變形吸能作用，可以對面板斷裂起到一定的延緩和抑制的作用。

圖5 舊機(jī)坪道面與加鋪道面分縫局部對比（虛線為舊機(jī)坪道面分縫）

圖6 舊機(jī)坪加鋪道面結(jié)構(gòu)圖

在不同類型基層下，瀝青隔離層的最大剪切力隨著面層厚度和模量、基層厚度和模量的增大而增大。舊跑道的道面加鋪層分縫與原道面的分縫基本一致，應(yīng)力影響較小，瀝青砂采用2cm；舊機(jī)坪加鋪道面厚度不一，最小厚度為32cm，瀝青砂所受剪應(yīng)力較大，其厚度應(yīng)適當(dāng)增大，結(jié)合施工實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)因素，瀝青隔離層的合理厚度為3cm。

五、舊機(jī)坪蓋被

舊機(jī)坪原道面分縫與加鋪層分縫存在交叉，反射應(yīng)力方向不一，易導(dǎo)致加鋪層出現(xiàn)斷板。舊機(jī)坪兩端高差較大，原道面高程與設(shè)計(jì)高程之間高差最大為65cm。

若對舊機(jī)坪道面全部直接進(jìn)行加鋪，面層加鋪厚度過厚，不經(jīng)濟(jì)，不具有實(shí)際施工價(jià)值。結(jié)合隔離層的設(shè)計(jì)，舊機(jī)坪道面加鋪分為兩部分，理論加鋪厚度為32cm～45cm 時(shí)，直接加鋪水泥混凝土；理論加鋪厚度為45cm～65cm 時(shí)，在舊機(jī)坪道面上鋪設(shè)10cm～20cm 水泥穩(wěn)定碎石后，鋪設(shè)32cm 水泥混凝土。

在舊機(jī)坪理論加鋪厚度為32～45cm 且與新建機(jī)坪連接部分，此處水泥混凝土板跨越舊機(jī)坪與新建機(jī)坪基層，兩處道面板厚度不同，存在沿舊機(jī)坪道面邊線斷板的風(fēng)險(xiǎn)，為防止該情況發(fā)生，此處新建機(jī)坪基層相接處邊線做5～10m 水泥穩(wěn)定碎石過渡區(qū)，并對道面進(jìn)行雙層鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。

圖7 蓋被機(jī)坪與新建機(jī)坪交接處水穩(wěn)過渡區(qū)結(jié)構(gòu)圖

六、結(jié)語

我國部分機(jī)場水泥混凝土道面已到使用壽命，道面發(fā)生損壞，或者由于機(jī)型變化機(jī)輪荷載增大，原有道面已不適應(yīng)新機(jī)型的使用，需要對道面進(jìn)行加鋪。對于道面加鋪設(shè)計(jì)，須參考原道面狀況、當(dāng)?shù)貧夂驐l件等因素，確定加鋪方式、加鋪厚度及隔離層設(shè)置。