某國際機場道面雨后冒水問題原因分析及處理措施

馬宗良

摘 要：某國際機場跑道瀝青道面出現(xiàn)雨后冒水現(xiàn)象，國內(nèi)外經(jīng)驗豐富的相關(guān)專家對現(xiàn)場進行了勘察，根據(jù)以往的經(jīng)驗，對機場道面雨后冒水情況做了詳細的觀察和數(shù)據(jù)理論分析。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，項目所在地原地質(zhì)情況較差，基本受力層材料由珊瑚砂顆粒組成，項目所在地地下水位高，而跑道設(shè)計橫坡度偏小，造成道面寬排水不暢。因此，采用孔隙大的道面結(jié)構(gòu)層SMA-13面層，雨水易滲入與地下水貫通，雨后地下水位拔高而造成冒水。經(jīng)過現(xiàn)場觀測和試驗檢測，最終得出結(jié)論，機場道面施工質(zhì)量合格。

關(guān)鍵詞：機場跑道;瀝青道面;雨后冒水;施工質(zhì)量

中圖分類號：U44;TU7文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）02-0144-03

Abstract： After the rain water appeared on the asphalt pavement of an international airport runway， experienced experts at home and abroad conducted a survey on the site， based on past experience， detailed observations and theoretical analysis of data on the water flooding of the airport pavement after rain were made. The investigation found that the original geological conditions of the project site were poor， the material of the basic stress layer was composed of coral sand particles， the groundwater level of the project site was high， and the runway design had a relatively small slope， resulting in poor drainage of the wide pavement. Therefore， the pore surface structure layer SMA-13 was adopted， rainwater easily penetrated and penetrated the groundwater， and the groundwater level rose after the rain， causing water to leak. After on-site observation and testing， it was finally concluded that the quality of the airport pavement was qualified.

Keywords： airport runway;asphalt pavement;rain water;construction quality

瀝青路面常見的病害有積水、滲水、裂縫等現(xiàn)象，但瀝青路面出現(xiàn)冒水的現(xiàn)象在國內(nèi)還未有先例。某海外國際機場的主跑道瀝青面層施工完成后，雨后一段時間（天氣放晴）出現(xiàn)冒水問題。為了弄清楚發(fā)生冒水現(xiàn)象的原因，該機場邀請國外有相關(guān)經(jīng)驗的專家對現(xiàn)場進行勘察，根據(jù)以往的經(jīng)驗[1-2]，對機場道面雨后冒水情況做了詳細的觀察和數(shù)據(jù)理論分析，最終得出結(jié)論，機場道面質(zhì)量合格。

1 項目地質(zhì)情況分析

從項目地質(zhì)情況來看，該項目場地位于印度洋北馬累島環(huán)礁區(qū)，陸域面積狹窄，地勢低平，水文地質(zhì)條件總體屬于印度洋海洋環(huán)境。砂島地質(zhì)條件覆蓋層較薄，透水性好，儲水條件極差。根據(jù)野外鉆探成果的分析，該項目場地內(nèi)16.0m深度范圍內(nèi)的地層為：表層為人工填土層，其下為珊瑚砂層，下伏為礁灰?guī)r。珊瑚砂的主要成分為鈣元素和氯化鈉，同時含有大量的鹵離子，其腐蝕性強，遇水后強度迅速減小，易碎，磨耗系數(shù)較低。珊瑚砂級配料為主要持力層，其呈現(xiàn)自然膠合的狀態(tài)，透水性良好。

2 項目地質(zhì)層狀調(diào)查報告結(jié)果分析

2.1 珊瑚砂素填土①-1層

珊瑚砂素填土①-1層濕度飽和，一般為松散狀，局部表層為中密密實，砂為鈣質(zhì)砂，以細砂為主，局部為中粗砂，含少量珊瑚枝丫及碎石，局部表層為厚度約20 cm的耕植土，夾少量黏性土。施工時將該部分挖除換填。

2.2 含珊瑚枝珊瑚砂素填土①-2層

含珊瑚枝珊瑚砂素填土①-2層濕度飽和，一般呈松散狀，局部表層為中密-密實，砂為鈣質(zhì)砂，由中粗砂混珊瑚枝丫組成，以中粗砂為主，局部為角礫，局部夾薄層細砂，含一定量珊瑚枝丫及少量碎石，珊瑚枝丫含量為15%～40%，珊瑚枝丫直徑約為1 cm，長度為4～10 cm，局部含少量建筑垃圾及生活垃圾。

2.3 含珊瑚碎石珊瑚砂素填土①-3層

含珊瑚碎石珊瑚砂素填土①-3層為灰白色，局部為灰色，濕度飽和，一般為松散狀，局部表層為中密-密實，砂為鈣質(zhì)砂，由中粗砂混珊瑚碎石組成，以角礫為主，局部為碎石，局部夾薄層細砂，含一定量珊瑚角礫、珊瑚碎石及少量珊瑚枝丫，珊瑚角礫及碎石含量為15%～40%，一般粒徑為3～6 cm，最大粒徑達30 cm。

2.4 珊瑚細砂②-1層

珊瑚細砂②-1層為灰白色，局部為淺黃色，濕度飽和，一般為松散狀，砂為鈣質(zhì)砂，砂質(zhì)較純，以細砂為主，局部為中粗砂，含少許珊瑚枝丫及碎石。

2.5 珊瑚中砂②-2層

珊瑚中砂②-2層為灰白色，局部為淺黃色，濕度飽和，一般為松散狀-稍密，砂為鈣質(zhì)砂，砂質(zhì)較純，以中砂為主，局部為礫砂，含少許珊瑚枝丫及碎石。

2.6 珊瑚礫砂②-3層

珊瑚礫砂②-3層為灰白色，局部為淺黃色，濕度飽和，一般為稍密-中密，砂為鈣質(zhì)，砂質(zhì)較純，以礫砂為主，局部為角礫，含一定量珊瑚枝丫及碎石，碎石含量約為10%，粒徑為10～15 cm。

2.7 含珊瑚碎石珊瑚粗砂③層

含珊瑚碎石珊瑚粗砂③層為灰白色混灰黃色，濕度飽和，一般為松散狀，局部稍密-中密，由中粗砂混珊瑚碎石塊組成，珊瑚碎石含量為30%～45%，塊徑為2～8 cm。

2.8 礁灰?guī)r④層

礁灰?guī)r④層為灰白色，局部淺黃色，骨架由0.5～1.0 cm（較多）和2～4 cm（少量）珊瑚礫石組成，間夾貝殼屑及不規(guī)則放射狀方解石結(jié)晶珊瑚灰?guī)r;顆粒間空隙發(fā)育，多晶狀方解石膠結(jié)，屬弱膠結(jié);巖芯多呈柱狀，部分呈半圓、圓柱狀，節(jié)長為10～20 cm，部分呈碎塊狀，塊徑為1～5 cm;巖芯表面粗糙，似蜂窩狀，巖質(zhì)輕，錘擊強度較高，巖芯存在密度差異。

3 項目場地內(nèi)水文情況

3.1 地表水調(diào)查情況

項目海域洋流總體特征受控于南印度洋洋流，機場島區(qū)域洋流具有半日潮往復流特征，潮差較小，平均潮差約為0.98 m;附近淺層海水流速慢，為1～2 m/s。海浪較高的月份一般發(fā)生在6月、7月和8月，波浪向為S向，其主要波方向為180°。10—12月，波浪周期變短，波浪向為S和W向。據(jù)估算，在機場島外側(cè)深海區(qū)域，波高最大約為3 m。項目場地位于機場島的東側(cè)及西側(cè)，勘察期間（6—7月）正值西南風季節(jié)，西側(cè)受機場島掩護，東側(cè)位于潟湖區(qū)，總體風浪較小，西側(cè)海域風浪為0.5～1.0 m，潟湖相對平靜。受印度洋整體潮波傳播方向控制，漲潮方向為由西向東，落潮方向為由東向西，潮流受環(huán)礁地形的影響，不同位置流速存在一定差別。漲落潮流速較大時刻位于低潮位、高潮位之后2h附近，從表層至底層，流速呈現(xiàn)漸小的趨勢，表底層流流向相差不大，水流呈現(xiàn)比較明顯的往復流形態(tài)。

3.2 地下水調(diào)查情況

鉆探深度（16.0 m）范圍內(nèi)觀測到一層地下水，具體水位觀測情況如表1所示。地下水類型為潛水，與海水處于連通狀態(tài)，以大氣降水、地下徑流及潮汐為主要補給方式，地下徑流為主要排泄方式。

以上水位為勘察期間鉆孔內(nèi)觀測到的地下水位情況，地下水位會隨潮位漲落而發(fā)生變化，單日變幅為0.4～1.0 m。據(jù)現(xiàn)場實測珊瑚砂地層毛細水上升高度及以往工程數(shù)據(jù)，擬建場地內(nèi)毛細水上升高度不小于30cm。項目地下水位觀測情況如表1所示。

4 道面雨后冒水原因分析及處理措施

4.1 道面雨后冒水原因分析

從設(shè)計道面的結(jié)構(gòu)尺寸和路拱橫坡來看，道面采用了較粗較耐磨的SMA13的面層和兩層底層（AC20、AC25），其特點就是孔隙率較大，易滲水，并能給冒水提供很好的路徑。SMA路面在高溫下主要依靠粗集料嵌擠達到穩(wěn)定效果，但反復碾壓造成過壓會磨掉石料棱角，破壞集料嵌擠作用，從而容易發(fā)生結(jié)構(gòu)層的變化，也容易使本來的孔隙率發(fā)生變化，形成毛細水上冒的路徑。路拱橫坡按照規(guī)范規(guī)定要求，少雨地區(qū)為1.5%，多雨地區(qū)為2.5%。但項目所在地雨季雨量較大，路面一側(cè)匯水面積較大，采用底限1.5%顯然有些保守，造成部分雨水因為排水不及時或排水不暢而匯集，從而滲入路基。由于地下水位高，雨水無法及時排除，和地下水形成貫通，降水過后，受溫度變化影響，雨水沿著各結(jié)構(gòu)層冒出路面，形成冒水現(xiàn)象。

4.2 道面雨后冒水處理措施

項目組和業(yè)主聘請中國和美國機場方面有經(jīng)驗的專家進行現(xiàn)場調(diào)查分析，并對斯里蘭卡科倫坡的班達拉奈克國際機場的相同情況進行了調(diào)研。同時，對冒水區(qū)域冒水情況進行長期觀察和試驗檢測。通過近半年時間反復觀察，該道面冒水區(qū)域絕大部分分布于跑道兩側(cè)距離道肩0～15 m的區(qū)域。最初，雨后晴天85%以上冒水區(qū)域不再冒水，隨著時間的推移，余下不足20%的冒水區(qū)域中80%以上的冒水點雨后晴天不再冒水?，F(xiàn)場滲水試驗結(jié)果表明，隨著施工完成時間的延長，滲水系數(shù)檢測結(jié)果逐月減小，由當初的部分接近不合格到后來部分基本不滲水。壓實度檢測結(jié)果呈現(xiàn)略微減小的趨勢，但所有結(jié)果全部合格。

中美專家對斯里蘭卡科倫坡的班達拉奈克國際機場道面進行實地考察，該機場跑道已運行2年，也存在道面冒水問題，冒水區(qū)域比該項目更廣，冒水點更多。雖然機場公司進行瀝青涂刷，但是現(xiàn)在仍然雨后晴天冒水。該機場跑道運行正常，沒有出現(xiàn)因冒水造成跑道損壞，更沒有出現(xiàn)因冒水返修的現(xiàn)象。經(jīng)了解，該機場跑道驗收時壓實度和滲水系數(shù)檢測結(jié)果合格，其他檢測結(jié)果也全部合格。最終，中美專家經(jīng)分析交流后一致認為，跑道瀝青道面冒水區(qū)域和冒水點隨時間減少，是由于瀝青屬于膠體材料，高溫時顯示液體特征，低溫時顯示固體特征。晴天中午，瀝青道面的溫度高達70℃左右。水的比熱值很大，當水從開口孔隙里徹底排除后，瀝青道面溫度迅速升高，瀝青由固態(tài)向膠體狀態(tài)轉(zhuǎn)化，在重力作用下，時間久了，它把部分開口孔隙封堵為閉口孔隙，從而實現(xiàn)不再冒水。

現(xiàn)在距離新跑道啟用還有半年多的時間，隨著時間的推移，將有更多的冒水點因開口孔隙變?yōu)殚]口孔隙而停止冒水。冒水點呈白色或黃白色，冒水點白色水暈是由于細微珊瑚砂沉入瀝青面上，黃白色水暈是由于壓路機上的鐵銹水流入空隙中，鐵銹沉積在空隙中，雨后隨雨水冒出，鉆芯結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有其他異常。

專家處理意見為：利用重載運輸車，對當前仍然冒水區(qū)域進行低速反復碾壓。一是雨后晴天統(tǒng)計冒水區(qū)域并標記出位置;二是連續(xù)晴天道面冒水區(qū)域不再冒水后，利用晴天午間11：00—15：00，用多臺重載運輸車持續(xù)多日對冒水區(qū)域進行低速反復碾壓;三是試驗和測量給予配合，每天進行沉降觀測和滲水檢測，當天碾壓完成，沉降量多數(shù)大于1㎜或者滲水系數(shù)多點檢測結(jié)果小于30mL/mim時停止碾壓;四是碾壓由施工專人負責，確保冒水區(qū)域碾壓全覆蓋、不遺漏。

5 結(jié)論

SMA-13設(shè)計孔隙率為3%～5%，這些孔隙包括部分開口孔隙和閉口孔隙。質(zhì)量驗收標準要求孔隙率不大于7%，也就是說，道面實際有較多的開口孔隙和閉口孔隙，造成部分開口孔隙比體積增加和深入內(nèi)部，降雨時收集部分雨水，天氣晴好后，由于氣溫升高，混合料內(nèi)的水和空氣受熱膨脹，水和空氣擠壓出孔隙形成冒水冒氣泡現(xiàn)象。依據(jù)施工技術(shù)規(guī)范相鄰機場相似情況和經(jīng)驗，只要壓實度和滲水系數(shù)檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求，同時雨后晴天冒水點不連成片，就不影響道面使用，不會造成水損害和道面破損。道面孔隙率不易過小，道面孔隙率過小易導致車轍，甚至會造成道面大面積損壞和返修。美國戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP）指出，4%是公路瀝青路面通車兩年后的孔隙率，而非施工驗收標準。道面兩側(cè)零星冒水點可以認為是不影響跑道質(zhì)量和跑道正常運營的，施工質(zhì)量滿足技術(shù)要求。

參考文獻：

[1]李柱峰，黃志勇，陳搏.基于無損檢測技術(shù)的機場道面承載能力評價應用[J].科技和產(chǎn)業(yè)，2019（10）：158-162.

[2]曹承，任楠.機場道面板底脫空注漿工藝及效果評價[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2019（23）：232-234.