高寒地區(qū)機(jī)場道面的病害及防治研究

路嘉琦

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

高寒地區(qū)的氣候有其獨(dú)特性，例如晝夜溫差大、冬季寒冷等，正是因?yàn)楦吆貐^(qū)氣候的特殊性，所以該地區(qū)的機(jī)場道面易在冬季受降雨降雪及溫度正負(fù)交替變化等因素影響而發(fā)生凍融，隨著凍融的循環(huán)積累，機(jī)場道面會(huì)逐漸出現(xiàn)裂縫，在嚴(yán)重的情況下還會(huì)發(fā)生起皮剝落，脫離的碎屑會(huì)形成跑道FOD，進(jìn)而嚴(yán)重影響飛機(jī)起飛及降落的安全性[1]。因此，為了積累高寒區(qū)機(jī)場道面病害防治經(jīng)驗(yàn)，該文結(jié)合實(shí)例針對機(jī)場道面損壞類型、原因及防治措施進(jìn)行詳細(xì)論述及總結(jié)，以供參考。

1 項(xiàng)目概況

某機(jī)場建于1979年，共有3座航站樓，其中T1航站樓面積約為7.6萬m2，T2航站樓面積15.5萬m2，臨時(shí)國際航站樓2.3萬m2；民航站坪設(shè)機(jī)位82個(gè)，其中E類機(jī)位6個(gè)；跑道為水泥混凝土結(jié)構(gòu)，長3200 m、寬45 m；可滿足年旅客吞吐量1800萬人次、貨郵吞吐量17.5萬噸、飛機(jī)起降14.1萬架次的使用需求。該機(jī)場地處高寒地區(qū)，氣候呈冬季漫長且寒冷、夏季短暫且涼爽的特點(diǎn)，年評價(jià)降水量約595.6 mm，且降雨時(shí)間主要集中在每年的6～9月。

該機(jī)場是1座國際機(jī)場，日常航班運(yùn)輸量大，任務(wù)重，經(jīng)長期使用，受氣候、天氣以及溫度等因素的影響，該機(jī)場跑道道面出現(xiàn)不同程度、不同形式的損壞，例如板塊破裂、板塊邊角碎裂、表面起皮以及脫離等，這樣不僅影響了機(jī)場道面的美觀度及平整度，而且也給飛機(jī)的起飛及降落帶來一些安全隱患，因此，須及時(shí)將損壞的道面修復(fù)。

2 機(jī)場道面的病害類型及原因

為了確認(rèn)該機(jī)場道面的實(shí)際病害類型及損壞程度，派遣專業(yè)的檢測隊(duì)伍到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘測。根據(jù)勘測結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，該機(jī)場道面病害類型主要可分為裂縫類病害、變形類病害以及表面損壞類病害3類，都是比較常見、典型的病害，具體損壞情況如下所述。

2.1 裂縫類病害

該機(jī)場道面的裂縫類損壞主要表現(xiàn)為裂縫將整塊的道面板裂分成多塊（圖1），裂縫深度1 cm～5 cm，導(dǎo)致道路整體抗壓能力降低。根據(jù)現(xiàn)場裂縫情況分析其成因：1）隨著飛機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步，為滿足運(yùn)載需要，飛機(jī)的體積及質(zhì)量也逐漸增大，這就導(dǎo)致起輪載質(zhì)量逐漸超出了道面的承載力及抗壓能力，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。2）由于機(jī)場基礎(chǔ)設(shè)施投入使用年限比較長，隨著機(jī)場客運(yùn)量的逐漸增加，地基的支撐能力減弱，慢慢出現(xiàn)裂縫。3）由于長期的自然因素（例如惡劣天氣、凍融等）影響而導(dǎo)致裂縫類損壞。

圖1 道面裂縫損壞現(xiàn)場圖

2.2 變形類病害

該機(jī)場的道面的變形類損壞主要變形為整個(gè)道面板塊從某一方向發(fā)生了整體性的偏移（例如隆起、錯(cuò)臺(tái)以及凹陷），而道面板塊仍然處于完整狀態(tài)，并沒有出現(xiàn)損壞。因?yàn)檫@種變形類病害會(huì)給飛機(jī)起飛及降落帶來很大的安全隱患，也會(huì)使飛機(jī)產(chǎn)生顛簸感而影響乘客乘坐的舒適性，所以也必須進(jìn)行修復(fù)[2]。導(dǎo)致變形類病害發(fā)生的主要原因有以下4點(diǎn)：1）因地基長期使用中出現(xiàn)下沉而使機(jī)場道面?zhèn)€別區(qū)域發(fā)生整板下沉凹陷，這便會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)道面的平整度。2）因跑道底部連接縫間的填縫料過期失效或丟失而使相鄰兩塊道面板之間在水平方向上失去傳送荷載能力，進(jìn)而造成道面連接縫位置出現(xiàn)高度差，形成錯(cuò)臺(tái)。3）因接縫見的鑲嵌料丟失或過期失效造成道面的底板位置出現(xiàn)脫空，形成潮泥類變形。4）因該機(jī)場地處高寒區(qū)，夏季、冬季的晝夜溫差較大，而水泥混凝土機(jī)場跑道的比熱容比較小，在熱脹冷縮的作用下跑道出現(xiàn)隆起變形。道面變形如圖2所示。

圖2 道面變形現(xiàn)場圖

2.3 表面損壞類病害

表面損壞類病害主要表現(xiàn)為跑道表層或道面板塊上層出現(xiàn)一些損壞，但是這些損壞并不影響跑道的承載效果，而是影響跑道的外觀美觀度及平整度。該病害產(chǎn)生的主要原因有以下3點(diǎn)：1）水泥混凝土材料質(zhì)量比較低劣，在長期使用及日照下，跑道表面出現(xiàn)許多裂紋；2）因施工建設(shè)期間，水泥混凝土配制比例不合理，使跑道使用期間逐漸出現(xiàn)許多細(xì)微的坑槽和坑洞；3）因跑道面層涂抹的材料耐磨性比較差或跑道使用時(shí)間過長而使跑道道面摩擦系數(shù)降低，形成磨光現(xiàn)象。

3 道面病害修復(fù)方案及試驗(yàn)比選

3.1 修復(fù)方案

因?yàn)樵摍C(jī)場日常運(yùn)輸任務(wù)重，停運(yùn)修復(fù)的成本太高。所以，此次道面修復(fù)需要綜合考慮修復(fù)成本、道面損壞情況，在保證機(jī)場正常營運(yùn)等因素的基礎(chǔ)上選擇合適的修復(fù)方案，及時(shí)有效修復(fù)好道面損壞部位，在保證道面修復(fù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能地減少占用交通要道和飛行區(qū)的時(shí)間，保證機(jī)場的飛機(jī)可以正常起飛、降落?；诖?，最終確定采用快干早強(qiáng)混凝土修復(fù)的方案，具體施工流程如圖3所示。

圖3 道面修復(fù)施工流程圖

3.2 試驗(yàn)比選

3.2.1 水泥材料比選

水泥混凝土因其具有強(qiáng)度高、承受荷載高以及耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)場道路建設(shè)及修補(bǔ)中應(yīng)用廣泛。但是普通的硅酸鹽水泥強(qiáng)度增長比較慢，不適合機(jī)場的不停航施工要求。同時(shí)，經(jīng)民航局批準(zhǔn)要求施工時(shí)間為0時(shí)至早晨8時(shí)，連續(xù)20d完成所有修復(fù)工作。也要求修復(fù)后3h抗折強(qiáng)度>3.5MPa，3h抗壓強(qiáng)度≥30 MPa。為能在8 h內(nèi)順利完成快速修復(fù)并保證獲得良好的修復(fù)效果，快干水泥材料的選用是關(guān)鍵，因此選擇市面上常用的幾種快干水泥材料進(jìn)行了性能對比（表1），經(jīng)對比，最終確定選擇第三種快干速凝水泥。

表1 快干水泥材料比選

3.2.2 配合比比選

快干水泥材料確定后，現(xiàn)場使用試驗(yàn)設(shè)備根據(jù)此次修復(fù)施工的特點(diǎn)，對快干早強(qiáng)混凝土的配合比進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)對比，最終確定以粒徑4.75 mm～31.5 mm的碎石作為骨料，具體配合比見表2。

表2 快干早強(qiáng)混凝土配合比

4 快干早強(qiáng)混凝土修復(fù)施工要點(diǎn)

4.1 關(guān)閉交通

為了保證道面修復(fù)工作安全、順利地進(jìn)行，須在正式修復(fù)前，根據(jù)機(jī)場施工專用的關(guān)閉標(biāo)志及臨時(shí)圍擋等將修復(fù)施工區(qū)域臨時(shí)封閉隔離起來。

4.2 劃線切割

根據(jù)道面修復(fù)方案中的要求，在道面擬修補(bǔ)區(qū)域劃線，劃線應(yīng)劃成規(guī)則的幾何圖形，禁止出現(xiàn)出現(xiàn)銳角，且修補(bǔ)區(qū)域的最小寬度應(yīng)≥50 cm。

待劃好幾何圖形后，使用混凝土切割鋸順著幾何圖形的線進(jìn)行切割。根據(jù)現(xiàn)場道面損壞程度及民航技術(shù)文件MH5006-2002的要求，確定這次切割的深度為12cm。在切割過程中要保持順直平整，不能出現(xiàn)毛刺或歪斜[3]。

4.3 破碎鑿除

切割完水泥混凝土道面的同時(shí)，為了方便及時(shí)清理，使用風(fēng)鎬等設(shè)備對切割下來的跑道面板進(jìn)行破碎處理，破碎深度為12cm。對比較大的跑道面板，應(yīng)先用切割鋸將其切割成小塊的，再進(jìn)行破碎。同時(shí)，使用鏟車+人工方式將破碎鑿除的水泥混凝土碎石清理掉，做到一邊破碎一邊裝車，以防形成FOD影響飛機(jī)起飛及降落安全。另外，在破碎過程中，施工人員要注意避開燈具及管線等，并對四周道面進(jìn)行必要保護(hù)。

4.4 基層處理

先初步清理干凈坑槽中的剩余碎石塊及雜物，再使用空壓機(jī)輸送高壓風(fēng)對基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步清理，保證坑槽中沒有任何雜物及灰塵[4]。

4.5 刷水泥漿

使用空壓機(jī)高壓風(fēng)對基層進(jìn)行清理后，使用素水泥漿對坑槽底部和四個(gè)邊都涂刷一遍，改善界面條件，以便優(yōu)化后續(xù)快速修補(bǔ)效果。

4.6 快干早強(qiáng)混凝土澆筑

做完上述前期處理工作后，開始準(zhǔn)備現(xiàn)場拌制快干早強(qiáng)混凝土，并進(jìn)行澆筑：1）現(xiàn)場拌制。鑒于傳統(tǒng)混凝土拌制方法具有耗時(shí)長、須長距離運(yùn)輸、易浪費(fèi)材料、計(jì)量誤差較大等缺點(diǎn)，不適合此次快速修補(bǔ)施工。因此采用2臺(tái)生產(chǎn)能力12 m3的混凝土智能一體車在現(xiàn)場現(xiàn)用現(xiàn)拌、現(xiàn)拌現(xiàn)澆筑。同時(shí)，準(zhǔn)備拌制的混凝土料時(shí)，須根據(jù)當(dāng)天設(shè)計(jì)的需求量多備20%的料，以防因損耗等導(dǎo)致備料不足，進(jìn)而影響施工進(jìn)度。2）快干早強(qiáng)混凝土澆筑采取雙層對稱澆筑施工法進(jìn)行現(xiàn)場澆筑施工，即將2臺(tái)混凝土智能一體車開到現(xiàn)場進(jìn)行對稱布置施工，分層澆筑共分2層，第一層的澆筑厚度控制在15 cm，第二層澆筑厚度控制在25 cm。澆筑完第一層混凝土后，要及時(shí)布置鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，然后澆筑第二層混凝土，并且需要在第一層混凝土初凝前完成第二層混凝土澆筑，以防產(chǎn)生冷縫。同時(shí)，整個(gè)混凝土澆筑的順序是自修復(fù)位置的一側(cè)向另一側(cè)依次進(jìn)行澆筑。3）在快干早強(qiáng)混凝土澆筑過程中，使用2根高頻插入式振搗棒跟隨著出料口邊澆筑邊進(jìn)行振搗。振搗棒插點(diǎn)要均勻，且每處須振搗20s～30s，以防漏振，直至混凝土不再出現(xiàn)下沉，氣泡開始泛漿[5]。4）在澆筑快干早強(qiáng)混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)高程，且使用高頻振搗棒振搗結(jié)束后，使用雙鋼管振動(dòng)梁對混凝土面做提漿找平處理。在找平過程中，對道面板邊位置溢流出來的混凝土漿液須及時(shí)清理，對振動(dòng)梁前面多余的混凝土料應(yīng)使用鐵鍬及時(shí)鏟去，以防余料積累影響振動(dòng)梁正常前進(jìn)。如果有部位缺料，則須及時(shí)補(bǔ)充混凝土料，并用振動(dòng)梁進(jìn)行振動(dòng)找平。振動(dòng)梁提漿找平須進(jìn)行兩遍，以保證找平質(zhì)量。5）完成提漿找平后，使用鋁合金刮杠對混凝土面做刮搓處理，且刮搓前須清理干凈臨板邊上的水泥漿，缺料的位置須用混凝土骨料填補(bǔ)好后再刮搓，多料的位置使用鐵鍬及時(shí)鏟去。做完刮搓后，再用塑料抹子及鐵抹子各抹兩遍進(jìn)行收面。

4.7 拉毛

待對快干早強(qiáng)混凝土做完找平、抹光、收面后，且混凝土初凝后使用拉紋器對修補(bǔ)位置混凝土做拉毛處理，拉毛深度以1mm～2mm為宜。

4.8 養(yǎng)生

用手按壓混凝土表面沒有手印，且開始發(fā)熱后，馬上使用噴霧器進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)初期應(yīng)將噴霧器的噴頭向上噴水，使水霧自然下落至混凝土表面，不能直接用噴頭對準(zhǔn)混凝土表面噴水。養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥3h，養(yǎng)護(hù)期間須確?；炷帘砻媸冀K保持濕潤[6]。

4.9 切縫灌縫

混凝土澆筑完成2 h～2.5 h后，施工人員即可對修補(bǔ)道面位置進(jìn)行切縫刻槽，以防出現(xiàn)收縮裂縫。

切縫結(jié)束后，施工人員要使用自流平性能好、黏結(jié)度高、抗位移性能好的硅酮灌縫膠對混凝土面板之間的縫隙進(jìn)行灌縫處理。首先將縫隙中雜物、石屑等清理干凈，然后使用特制的保溫型智能灌縫機(jī)將硅酮灌封膠灌到縫隙中，并根據(jù)縫隙的深度及寬度調(diào)節(jié)出膠量，確保硅酮灌封膠跟縫隙緊密粘合，防止?jié)B水；并且灌封膠的表面要比道面低3mm～6mm，以保證嵌縫表面整潔、美觀[7]。

4.1 0 標(biāo)線恢復(fù)

完成道面灌縫后，根據(jù)民航機(jī)場標(biāo)線規(guī)范采用助推式劃線機(jī)噴涂+人工噴涂的方式對道面標(biāo)線進(jìn)行及時(shí)恢復(fù)。對道面編號、機(jī)型號碼等標(biāo)志需使用專業(yè)的標(biāo)志模板進(jìn)行噴涂恢復(fù)。如果劃線過程中遇到道面潮濕的情況，須使用烘干機(jī)先將道烘干后，再畫標(biāo)線。另外，畫的標(biāo)線必須要線條流暢、線形規(guī)則、色澤及漆膜厚度要跟原標(biāo)線保持一致，禁止出現(xiàn)皺紋、斑點(diǎn)、氣泡、開裂、起皮及松脫等現(xiàn)象[8]。

5 結(jié)論

綜上所述，快干早強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)4h后，經(jīng)現(xiàn)場檢測3h抗壓強(qiáng)度達(dá)到35MPa，3h抗折強(qiáng)度達(dá)到3.6MPa，均滿足修復(fù)后3h抗折強(qiáng)度>3.5MPa、3h抗壓強(qiáng)度≥30MPa的要求，說明此次快速修補(bǔ)方案取得了良好的效果。同時(shí)，施工時(shí)間嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的施工時(shí)間（0時(shí)至早晨8時(shí)）執(zhí)行，未影響航班正常運(yùn)營，效益良好。

因?yàn)榭旄稍鐝?qiáng)混凝土的終凝時(shí)間比較短，所以在應(yīng)用快干早強(qiáng)混凝土?xí)r建議在夜晚進(jìn)行施工，避開在白天溫度高時(shí)進(jìn)行施工，這樣既有利于混凝土養(yǎng)護(hù)，也可預(yù)防混凝土表面出現(xiàn)龜裂。