淺析機場道面結構設計選型

陳述志

摘 要 機場建設過程中，道面設計的質量好壞直接關系到飛行安全，目前從國際上看，瀝青混凝土道面應用廣泛，但我國水泥混凝土道面卻占絕對主導地位。本文試從兩種道面的技術和經(jīng)濟方面對比，解釋為何當前我國新建機場道面絕大部分采用水泥混凝土道面。

關鍵詞 機場;瀝青混凝土;水泥混凝土;道面

引言

新建機場道面一般采用水泥混凝土或瀝青混凝土結構，國際上瀝青跑道占大多數(shù)，約為70%。在我國，雖然高等級公路大多采用瀝青混凝土道面，但新建機場絕大多數(shù)采用水泥混凝土道面結構類型?！笆濉币詠?，2016年至2019年三年內新增的28個運輸機場全部采用水泥混凝土道面結構。本文通過兩種道面的技術和經(jīng)濟方面對比，解釋為何當前我國新建機場道面絕大部分采用水泥混凝土道面[1-3]。

1一般性能比較

兩者的主要優(yōu)缺點如下：

（1）剛度、強度、整體性。水泥混凝土具有較高的剛度，其彈性模量達30，000～40，000MPa，約為瀝青混凝土彈性模量的10～30倍。道面水泥混凝土的抗彎拉強度達4.5～5.5MPa，也是瀝青混凝土的數(shù)倍。因此，水泥混凝土道面具有較高的承載力和荷載擴散能力，整體性好，對基層和土基的強度要求較低，其結構層總厚度一般小于瀝青混凝土道面（除冰凍地區(qū)外）[4]。

（2）穩(wěn)定性、耐久性。水泥混凝土的水穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性及抵抗荷載重復作用的耐疲勞特性明顯高于瀝青混凝土，而瀝青混凝土由于會出現(xiàn)老化其強度不斷降低。因此，水泥混凝土道面的使用壽命較長，一般可達20～30年，且對氣候條件和水的侵害不太敏感，而瀝青混凝土道面由于瀝青在自然條件作用下易老化，道面使用壽命通常難以超過15年。

FAA的資料也顯示：飛行區(qū)功能分區(qū)（跑道、滑行道、機坪）的道面建成使用20年以后在SCI（道面結構狀況指數(shù)）、PCI（道面表面狀況指數(shù)）等反應道面結構性能的指標上，水泥混凝土道面明顯優(yōu)于瀝青混凝土道面，具體詳見圖1-1、1-2。這也印證了水泥混凝土道面相對瀝青混凝土道面具有更好的穩(wěn)定性與耐久性[5]。

（3）抗侵蝕能力。水泥混凝土道面對航油的侵蝕不敏感，有較強的抗侵蝕能力，而瀝青混凝土道面的抵抗航油侵蝕能力較差。這也是不管國內國外，新建和改建機坪道面一般采用水泥混凝土道面結構的原因。

（4）養(yǎng)護及維修。由于水泥混凝土道面強度高，穩(wěn)定性及耐久性好，在正常情況下，水泥混凝土道面的養(yǎng)護工作量和養(yǎng)護費用比瀝青混凝土道面小得多。但水泥混凝土道面一旦出現(xiàn)損壞，則比瀝青混凝土道面難于修補，而且修補時可能會影響道面的正常使用[6]。

（5）接縫及平整度。接縫是水泥混凝土道面的薄弱之處，如果設計、施工和養(yǎng)護不當，則道面易出現(xiàn)唧泥、錯臺及斷板等病害。接縫的存在，難免引起飛機滑跑時跳動，影響飛機起降和行駛的平穩(wěn)及旅客的舒適，尤其是在道面使用后期，由于接縫變形，平整度降低，情況更為嚴重。瀝青混凝土道面無接縫，平整度較好，對飛機輪胎的磨損較少，旅客更感覺舒適。瀝青混凝土道面的服務性能優(yōu)于水泥混凝土道面。

（6）對土基不均勻沉降的適應能力。如土基發(fā)生不均勻沉降，道面的高程或坡度不滿足規(guī)范要求，則水泥混凝土道面較難處理，而瀝青混凝土道面可通過加蓋適當厚度的瀝青混凝土得到改善。因此，瀝青混凝土道面對土基不均勻沉降的適應能力較強[7]。

（7）施工進度及開放運行。水泥混凝土道面施工進度較慢，而且需要較長的養(yǎng)生期以獲得足夠的強度，其澆筑完工后需要很長時間才能開放運行。而瀝青混凝土道面可實行大面積機械化攤鋪作業(yè)，不需要養(yǎng)護期，完工后即可使用。

（8）對超載的敏感性。水泥混凝土道面屬脆性材料，一旦使用荷載超出設計荷載較多，混凝土板便可能斷裂破壞。因此，水泥混凝土道面對偶爾使用較大機型或使用機型發(fā)生變化的適應性較差。國際標準和建議措施《機場附件十四》（第八版）規(guī)定：對瀝青混凝土道面飛機等級序號ACN超過道面等級序號PCN不得大于10%，而對水泥混凝土道面的規(guī)定則不得大于5%。

（9）對材料的要求。根據(jù)機場道面用瀝青技術要求，上面層瀝青一般需要進口，為適應機場的使用荷載要求以及當?shù)氐臍夂驐l件，一般對面層所用瀝青還需改性。而國內大量生產(chǎn)可用于水泥混凝土道面的硅酸鹽水泥，并且價格較低。瀝青混凝土道面對集料的要求也比水泥混凝土道面高[8]。

（10）設計和施工的技術及經(jīng)驗。過去國內民用機場普遍采用水泥混凝土道面，極少采用瀝青混凝土道面，因此，水泥混凝土道面的設計、施工技術比較成熟。而瀝青混凝土道面這方面的經(jīng)驗較少。但是，近年來隨著許多機場舊道面不停航改造項目的實施，已經(jīng)逐步積累了修建機場高性能瀝青混凝土道面的經(jīng)驗。兩種道面的修建技術都是可靠的。

（11）分期修建。采用水泥混凝土道面不利于在資金籌措困難或者對使用機型難以做出準確預測的情況下，對道面分期修建，而瀝青混凝土道面則易于分期修建或擴建，而且可以在不停航條件下進行[9]。

（13）環(huán)境影響。水泥道面噪聲大影響乘客和地勤人員健康等等，瀝青道面無此缺點。

綜上所述，水泥混凝土道面的主要優(yōu)點是：通常情況下（土基無顯著不均勻沉降時）耐久性好，使用壽命較長;剛度大，強度高，整體性好;抗侵蝕能力強，養(yǎng)護工作量小;對原材料的要求較低。瀝青混凝土道面的主要優(yōu)點是：道面無接縫，飛機滑跑舒適;對土基不均勻沉降和超載的適應性較好;便于加蓋和整修，施工期短。

2經(jīng)濟性比較

以4E跑道（起飛跑道，3800×45m）為例，對其分別采用水泥混凝土、瀝青混凝土兩種道面結構型式進行經(jīng)濟性比較。

根據(jù)現(xiàn)有資料，經(jīng)初步結構計算（詳見道面厚度計算書），對于跑道端部采用水泥混凝土道面時，其結構層設計可為：44cm厚水泥混凝土板、兩層20cm厚水泥碎石基層、一層20cm厚砂礫石墊層，其綜合造價約566元/㎡;采用瀝青混凝土道面時，其結構層設計可為：5cm厚SMA-13（SBS改性瀝青）上面層、7cm厚AC-20（SBS改性瀝青加抗車轍劑）中面層、7cm厚AC-20（瀝青不改性）下面層、10cm厚ATB-25（瀝青不改性）、防裂土工布、1～2cm厚AC-5找平層、40cm厚水泥碎石基層、30cm厚碎石墊層，其綜合造價約709元/㎡。由此可見，水泥混凝土道面初期建設費用較低[10]。

考慮使用費用，水泥混凝土道面的使用壽命約為30年，瀝青混凝土道面的使用壽命約為15年。但為防止道面反射裂縫，水泥混凝土道面在達到使用壽命時的加蓋厚度較厚，加蓋費用也較大。假定水泥混凝土道面使用30年后需要加蓋，其瀝青混凝土加鋪厚度按14cm控制，表層5cm為SMA，考慮到找平因素，平均加蓋厚度為15cm，每平方米加蓋費用約300元/㎡（含水泥混凝土道面表面處理的費用）。而采用瀝青混凝土道面，道面使用大約15年需要進行大修，假定采用4cm的SMA進行薄層修補，每平方米加蓋費用約110元/㎡，而30年后又要大修一次，局部可能需要翻修，估計其費用為140元/㎡。另外假定兩種道面的其他維修費用相當。表1為基準收益率取5%時兩種道面每平方米費用比較。

一條跑道（3800m×45m）造價比較：水泥混凝土道面初期建設費10865萬元，瀝青混凝土道面初期建設費13583萬元，水泥混凝土道面節(jié)約2718萬元。

上表說明，采用瀝青混凝土道面的初期建設費用以及全生命周期費用均較高，采用水泥混凝土道面更為經(jīng)濟[11]。

3結束語

通過上述水泥混凝土與瀝青混凝土兩種道面結構的技術和經(jīng)濟比較可以得出：因為設計人員認為飛機的荷載比較大，單軸對路面的壓力過大，瀝青路面由于模量遠比水泥路面小，大家認為在如此大的應力下，瀝青路面的整體性、穩(wěn)定性及耐久性不如水泥道面，而且水泥混凝土道面在造價上也比瀝青混凝土道面低。因此，我國絕大部分新建道面采用水泥混凝土結構。但是隨著改性瀝青技術的發(fā)展以及學界對飛機軸載認識的加深，以及瀝青道面施工技術水平的不斷發(fā)展，相信不就的將來我國的新建機場采用瀝青混凝土道面的情況也會越來越多。

參考文獻

[1] 蘇新.民用機場瀝青道面設計規(guī)范：MH/T5010—2017[S].北京：中國民航出版社，2017.

[2] 白旭耀，郝培文.民用機場瀝青道面施工技術規(guī)范：MH/T5011—2019[S].北京：中國民航出版社，2019.

[3] 姜昌山.民用機場水泥混凝土道面設計規(guī)范：MH/T5004—2010[S].北京：中國民航出版社，2010.

[4] 姜昌山.民用機場水泥混凝土面層施工技術規(guī)范：MH/T5006—2015[S].北京：中國民航出版社，2015.

[5] 卓樂熙.民用機場飛行區(qū)土（石）方與道面基礎施工技術規(guī)范：MH/T5014—2002[S].北京：中國民航出版社，2002.

[6] 萬朝俊，蘇爾好.民用機場飛行區(qū)場道工程質量檢驗評定標準：MH/T5007—2017[S].北京：中國民航出版社，2017.

[7] [日]八谷好高.機場道面設計與維修[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015：79.

[8] 彭余華.機場道面施工與維護[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015：166.

[9] 冷培義.機場道面設計[M].第三版.北京：人民交通出版社，2007：51.

[10] 劉成貴賀冬梅.民航專業(yè)工程工程量清單計價規(guī)范：MH/T5028—2014[S].北京：中國民航出版社，2014.

[11] 覃章高.中國民航機場建設指南[M].北京：清華大學出版社，2015：231.