探究海拉尔机场水泥混凝土道面隔离式加铺设计

2020-06-23王晗

中华建设 2020年3期

王晗

机场旧水泥混凝土道面加铺水泥混凝土，是一种较为常规的改善道面功能性能的方法。道面加铺须消除道面病害、减少原道面反射应力的影响，确保加铺后道面持久耐用。本文结合内蒙古呼伦贝尔海拉尔机场道面加铺设计方案总结了机场水泥混凝土道面隔离式加铺的设计要点，包括原道面病害处理、反射应力处理、隔离层设置、加铺层厚度的确定、不同厚度道面加铺的处理措施。

呼伦贝尔海拉尔机场（以下简称为海拉尔机场）始建于1932 年，前身为军用机场。1988 年机场进行了一期改造，竣工跑道（以下简称旧跑道）长1800m，宽45m；1992 年机场进行了二期扩建，将旧跑道向东延长800m；2007 年旧跑道停止使用至今。2 号机坪（以下简称旧机坪）与旧跑道同时修建，同时停用，面积为18000m2。

海拉尔气候有如下特点：春季多大风而少雨，蒸发量大；夏季温凉而短促，降水集中；秋季降温快，霜冻早；冬季严寒漫长，地面积雪时间长。年平均气温为-1℃至-2℃，1 月（最冷月）平均低温为-30.83℃，7 月（最热月）平均高温为25.84℃，早晚温差大。

在停用的旧跑道及机坪上加铺水泥混凝土，有3 个主要技术点：（1）原道面的病害进行处理；（2）旧机坪呈不规则形状，盖被道面分缝与旧机坪道面分缝为斜交叉形式，需减少反射应力对加铺道面的影响；（3）新规划机坪包括新建机坪和旧机坪加铺两部分，新旧道面交接部位的处理是否妥当，将直接影响机坪加铺后使用效果。本文选取具有代表性的道面加铺处理区域，结合当地实际情况，总结了以下水泥道面隔离式加铺的设计方案。

一、原道面情况

1.原道面结构

旧跑道及机坪道面结构形式如表1 所示。

2.原道面检测结果

道面结构检测结果如下：

（1）道面目视调查中，道面破坏主要有：开裂、掉边、爆坑、嵌缝料损坏和补丁；其中开裂分布最为广泛，在旧跑道东部尤为明显。主要是水泥混凝土道面在当地寒冷气候条件下，经受多次的冻融循环造成的耐久性破坏。其次，由于旧跑道废弃达10 年左右，嵌缝料损坏分布广、数量多；补丁在旧跑道上分布同样较广；爆坑在旧跑道上呈零星分布。旧跑道由东向西1800m 左右，出现了沿横缝贯穿旧跑道整个横截面的明显错台、道面板拱起的区域。

（2）旧跑道道面表面状况一般，道面损坏PCI 均值为79；PCI 综合评价为“良”。

（3）道面整体平整度指数IRI 均值为4.95m/km，综合评价为“差”。西部平整度较东部差。

（4）道面承载能力分布均匀，ISM 值多数分布于400～600KN/mm 之间。

（5）旧跑道东部延长部分水泥混凝土强度90%代表值为5.58MPa，其余部分90%保证率代表值为6.01MPa。

（6）道面传荷能力良好，综合评价为“好”，道面基础基本不存在脱空。

（7）根据道面PCN 计算结果，旧跑道道面等级号建议值为：PCN 49/R/B/W/T。

表1 海拉尔机场旧跑道及机坪道面结构表

二、道面病害处理

1.裂缝断板类

裂缝断板类病害对于道面结构承载能力影响较大，宜修补后加盖。根据旧道面不同的裂缝情况，采取不同程度的道面修补方法。道面修补方法如下：

（1）单块板块上存在多条“纵向、横向或斜向裂缝”，单条裂缝长度超过板块短边长度的一半，且其中一条裂缝的平均宽度大于10mm 时，应对该板块进行整体更换。出现“角隅断裂”、裂缝两边的板块存在明显错台、裂缝周边出现明显唧泥时，应先处治基层，再对裂缝影响区域内的板块进行全厚度修补。

（2）裂缝周边板块无明显错台但出现比较严重的剥落时，可对裂缝影响区域内的板块进行部分厚度修补。修补深度为板块厚度的一半，通过设置连钉的方式增强补块与原有道面之间的联结。

（3）裂缝之间无交叉，裂缝两侧无明显错台，裂缝平均宽度小于5mm 而且周边无明显剥落时，可进行裂缝灌填，以防裂缝进一步扩展。

图1 道面裂缝断板现状

2.竖向位移类

海拉尔机场的竖向位移类病害为“错台”和“道面拱起”，处理方式如下：

（1）错台量小于5mm 时，更换错台板块接缝处的灌缝材料；错台量介于5- l0 mm 时，可采取板块研磨的方法消除错台；错台量大于10mm 时，采取部分厚度修补。

（2）对拱起处接缝做全厚度切割，切割宽度为3-5cm，并将接缝内的碎块清理干净，待应力充分释放后更换灌缝材料。

图2 道面板角破坏现状（出现错台）

3.道面接缝类

海拉尔机场旧道面的主要接缝类病害为“嵌缝料损坏”“板角剥落”。“嵌缝料损坏”容易引起哪泥和脱空等基层病害，如果硬粒进入缝槽，还可引起"接缝破碎"和"板角剥落"等病害；“板角剥落”产生少量碎粒且破坏板块的完整性，会对加盖道面板造成影响。道面接缝类病害处理方法如下：

图3 道面接缝破坏现状

（1）“嵌缝料损坏”须先将旧嵌缝料清除。可采用人工或机械清除方法。机械清除可先用切缝机切割缝槽内残留破损的灌缝材料，再用铁钩等工具清除干净；难以清除的旧灌缝材料可采用溶剂、喷砂或机械研磨等方式清除；若采用上述方式仍无法清除干净，可通过扩缝清除。采用空压机将压缩空气喷冲接口，将细砂、灰尘及其他杂质清除干净。如不能清除干净，应采用高压水冲洗，待水干后进行灌缝。灌缝材料选用硅酮，在缝槽侧壁涂刷底层涂料，以增强灌缝材料与缝壁的粘结性，底层涂料均匀涂刷一遍。本次工程灌缝面积较大，采用专用灌缝设备。应先灌纵向接缝，后灌横向接缝。

（2）“板角剥落”的接缝，如果接缝周边破碎程度轻微(破碎影响宽度小于25mm)，可将破碎部分清除干净，然后灌填灌缝材料；接缝周边的破碎程度比较严重(破碎影响宽度大于25mm，影响深度小于15mm)时，对破碎部分的板块进行浅层修补。

4.道面表层类

海拉尔机场旧道面表层病害主要为部分道面表层剥落、少量爆坑。表面类病害对加盖水泥混凝土影响较小，将表层碎坏部分清理干净即可。

图4 道面表层破坏现状

三、加铺层厚度计算

检测得出道面损坏PCI 均值为79，且旧道面板面、板角、接缝皆可修复，判定旧道面状况等级为“良”，折减系数取0.75。考虑道面状况等级、接缝情况、道面坡度变化，隔离式加铺较适用。

根据呼伦贝尔机场拟使用的机型，计算道面厚度时的设计最大机型为B767 等D 类飞机。同时考虑其他使用机型及机型起降架次等因素，隔离式加铺层的厚度按下式计算：

式中：ch——加铺层厚度（mm）；

hf——与加铺层设计强度相同的当量单层混凝土板厚（mm）；

he——旧混凝土板厚（mm）；

C——旧混凝土板厚度折减系数。

根据以上分析，计算的水泥混凝土加盖曾的厚度结果为273.73mm。

根据计算结果，海拉尔机场旧跑道水泥混凝土加铺层厚度为28cm。

旧机坪道面状况、道面结构与跑道相似。但旧机坪与新建机坪在道面分缝上存在交叉，道面反射应力较难处理。考虑旧机坪加铺后坡度、施工方便等因素，旧机坪最小加铺厚度与相接新建机坪等厚为32cm。

四、隔离层

常用于水泥混凝土的隔离层材料有稀浆封层、沥青砂、土工材料等。其中土工材料的主要作用是阻碍过渡层的形成，避免和减少由过渡层引起的道面结构的破坏，主要适用于新建道面结构；稀浆封层能够在原道面上形成薄层，抵抗下渗水流冲刷，主要用于加铺沥青道面；沥青砂能够有效消除反射应力，抵抗水流冲刷能力强，主要用于水泥混凝土道面加铺中。比较各类隔离层材料性能后，选用沥青砂作为隔离层材料。

首先，沥青隔离层能够有效减少加铺层与原道面的相对运动。沥青砂具有弹性缓冲作用，改变力的传递速度，使荷载产生的巨大冲击势能得到有效化解，从而使传递到基层的破坏影响力将大大削弱，根据力的相互作用原理，原道面对加铺层的反射应力被减弱，保证加铺层水泥道面不因反射应力问题导致断板等情况发生。

其次，沥青砂还可保证水泥混凝土结构在活载、温度变化等因素作用下的自由变形，明显减少温度变化引起水泥面层内的拉应力和拉应变，防止因原道面不平产生的张拉和收缩应力的增大或结聚，而造成与荷载共同作用下的加铺层破坏。

最后，混凝土基层的收缩开裂和温度开裂是无法避免的，面层的模量愈大，在相同位移的情况下所产生的应力就愈大，反映到裂缝尖端的应力集中系数或应力强度因子也愈大。而层间柔性功能层的弹性变形吸收了由面层传递来裂缝尖端的集中应力，沥青砂具有良好的抗疲劳性能以及在结构中的变形吸能作用，可以对面板断裂起到一定的延缓和抑制的作用。

图5 旧机坪道面与加铺道面分缝局部对比（虚线为旧机坪道面分缝）

图6 旧机坪加铺道面结构图

在不同类型基层下，沥青隔离层的最大剪切力随着面层厚度和模量、基层厚度和模量的增大而增大。旧跑道的道面加铺层分缝与原道面的分缝基本一致，应力影响较小，沥青砂采用2cm；旧机坪加铺道面厚度不一，最小厚度为32cm，沥青砂所受剪应力较大，其厚度应适当增大，结合施工实际情况和经济因素，沥青隔离层的合理厚度为3cm。