浅析机场道面结构设计选型

陈述志

摘 要 机场建设过程中，道面设计的质量好坏直接关系到飞行安全，目前从国际上看，沥青混凝土道面应用广泛，但我国水泥混凝土道面却占绝对主导地位。本文试从两种道面的技术和经济方面对比，解释为何当前我国新建机场道面绝大部分采用水泥混凝土道面。

關键词 机场;沥青混凝土;水泥混凝土;道面

引言

新建机场道面一般采用水泥混凝土或沥青混凝土结构，国际上沥青跑道占大多数，约为70%。在我国，虽然高等级公路大多采用沥青混凝土道面，但新建机场绝大多数采用水泥混凝土道面结构类型。“十三五”以来，2016年至2019年三年内新增的28个运输机场全部采用水泥混凝土道面结构。本文通过两种道面的技术和经济方面对比，解释为何当前我国新建机场道面绝大部分采用水泥混凝土道面[1-3]。

1一般性能比较

两者的主要优缺点如下：

（1）刚度、强度、整体性。水泥混凝土具有较高的刚度，其弹性模量达30，000～40，000MPa，约为沥青混凝土弹性模量的10～30倍。道面水泥混凝土的抗弯拉强度达4.5～5.5MPa，也是沥青混凝土的数倍。因此，水泥混凝土道面具有较高的承载力和荷载扩散能力，整体性好，对基层和土基的强度要求较低，其结构层总厚度一般小于沥青混凝土道面（除冰冻地区外）[4]。

（2）稳定性、耐久性。水泥混凝土的水稳定性、温度稳定性及抵抗荷载重复作用的耐疲劳特性明显高于沥青混凝土，而沥青混凝土由于会出现老化其强度不断降低。因此，水泥混凝土道面的使用寿命较长，一般可达20～30年，且对气候条件和水的侵害不太敏感，而沥青混凝土道面由于沥青在自然条件作用下易老化，道面使用寿命通常难以超过15年。

FAA的资料也显示：飞行区功能分区（跑道、滑行道、机坪）的道面建成使用20年以后在SCI（道面结构状况指数）、PCI（道面表面状况指数）等反应道面结构性能的指标上，水泥混凝土道面明显优于沥青混凝土道面，具体详见图1-1、1-2。这也印证了水泥混凝土道面相对沥青混凝土道面具有更好的稳定性与耐久性[5]。

（3）抗侵蚀能力。水泥混凝土道面对航油的侵蚀不敏感，有较强的抗侵蚀能力，而沥青混凝土道面的抵抗航油侵蚀能力较差。这也是不管国内国外，新建和改建机坪道面一般采用水泥混凝土道面结构的原因。

（4）养护及维修。由于水泥混凝土道面强度高，稳定性及耐久性好，在正常情况下，水泥混凝土道面的养护工作量和养护费用比沥青混凝土道面小得多。但水泥混凝土道面一旦出现损坏，则比沥青混凝土道面难于修补，而且修补时可能会影响道面的正常使用[6]。

（5）接缝及平整度。接缝是水泥混凝土道面的薄弱之处，如果设计、施工和养护不当，则道面易出现唧泥、错台及断板等病害。接缝的存在，难免引起飞机滑跑时跳动，影响飞机起降和行驶的平稳及旅客的舒适，尤其是在道面使用后期，由于接缝变形，平整度降低，情况更为严重。沥青混凝土道面无接缝，平整度较好，对飞机轮胎的磨损较少，旅客更感觉舒适。沥青混凝土道面的服务性能优于水泥混凝土道面。

（6）对土基不均匀沉降的适应能力。如土基发生不均匀沉降，道面的高程或坡度不满足规范要求，则水泥混凝土道面较难处理，而沥青混凝土道面可通过加盖适当厚度的沥青混凝土得到改善。因此，沥青混凝土道面对土基不均匀沉降的适应能力较强[7]。

（7）施工进度及开放运行。水泥混凝土道面施工进度较慢，而且需要较长的养生期以获得足够的强度，其浇筑完工后需要很长时间才能开放运行。而沥青混凝土道面可实行大面积机械化摊铺作业，不需要养护期，完工后即可使用。

（8）对超载的敏感性。水泥混凝土道面属脆性材料，一旦使用荷载超出设计荷载较多，混凝土板便可能断裂破坏。因此，水泥混凝土道面对偶尔使用较大机型或使用机型发生变化的适应性较差。国际标准和建议措施《机场附件十四》（第八版）规定：对沥青混凝土道面飞机等级序号ACN超过道面等级序号PCN不得大于10%，而对水泥混凝土道面的规定则不得大于5%。

（9）对材料的要求。根据机场道面用沥青技术要求，上面层沥青一般需要进口，为适应机场的使用荷载要求以及当地的气候条件，一般对面层所用沥青还需改性。而国内大量生产可用于水泥混凝土道面的硅酸盐水泥，并且价格较低。沥青混凝土道面对集料的要求也比水泥混凝土道面高[8]。

（10）设计和施工的技术及经验。过去国内民用机场普遍采用水泥混凝土道面，极少采用沥青混凝土道面，因此，水泥混凝土道面的设计、施工技术比较成熟。而沥青混凝土道面这方面的经验较少。但是，近年来随着许多机场旧道面不停航改造项目的实施，已经逐步积累了修建机场高性能沥青混凝土道面的经验。两种道面的修建技术都是可靠的。

（11）分期修建。采用水泥混凝土道面不利于在资金筹措困难或者对使用机型难以做出准确预测的情况下，对道面分期修建，而沥青混凝土道面则易于分期修建或扩建，而且可以在不停航条件下进行[9]。

（13）环境影响。水泥道面噪声大影响乘客和地勤人员健康等等，沥青道面无此缺点。

综上所述，水泥混凝土道面的主要优点是：通常情况下（土基无显著不均匀沉降时）耐久性好，使用寿命较长;刚度大，强度高，整体性好;抗侵蚀能力强，养护工作量小;对原材料的要求较低。沥青混凝土道面的主要优点是：道面无接缝，飞机滑跑舒适;对土基不均匀沉降和超载的适应性较好;便于加盖和整修，施工期短。

2经济性比较

以4E跑道（起飞跑道，3800×45m）为例，对其分别采用水泥混凝土、沥青混凝土两种道面结构型式进行经济性比较。

根据现有资料，经初步结构计算（详见道面厚度计算书），对于跑道端部采用水泥混凝土道面时，其结构层设计可为：44cm厚水泥混凝土板、两层20cm厚水泥碎石基层、一层20cm厚砂砾石垫层，其综合造价约566元/㎡;采用沥青混凝土道面时，其结构层设计可为：5cm厚SMA-13（SBS改性沥青）上面层、7cm厚AC-20（SBS改性沥青加抗车辙剂）中面层、7cm厚AC-20（沥青不改性）下面层、10cm厚ATB-25（沥青不改性）、防裂土工布、1～2cm厚AC-5找平层、40cm厚水泥碎石基层、30cm厚碎石垫层，其综合造价约709元/㎡。由此可见，水泥混凝土道面初期建设费用较低[10]。

考虑使用费用，水泥混凝土道面的使用寿命约为30年，沥青混凝土道面的使用寿命约为15年。但为防止道面反射裂缝，水泥混凝土道面在达到使用寿命时的加盖厚度较厚，加盖费用也较大。假定水泥混凝土道面使用30年后需要加盖，其沥青混凝土加铺厚度按14cm控制，表层5cm为SMA，考虑到找平因素，平均加盖厚度为15cm，每平方米加盖费用约300元/㎡（含水泥混凝土道面表面处理的费用）。而采用沥青混凝土道面，道面使用大约15年需要进行大修，假定采用4cm的SMA进行薄层修补，每平方米加盖费用约110元/㎡，而30年后又要大修一次，局部可能需要翻修，估计其费用为140元/㎡。另外假定两种道面的其他维修费用相当。表1为基准收益率取5%时两种道面每平方米费用比较。

一条跑道（3800m×45m）造价比较：水泥混凝土道面初期建设费10865万元，沥青混凝土道面初期建设费13583万元，水泥混凝土道面节约2718万元。

上表说明，采用沥青混凝土道面的初期建设费用以及全生命周期费用均较高，采用水泥混凝土道面更为经济[11]。

3结束语

通过上述水泥混凝土与沥青混凝土两种道面结构的技术和经济比较可以得出：因为设计人员认为飞机的荷载比较大，单轴对路面的压力过大，沥青路面由于模量远比水泥路面小，大家认为在如此大的应力下，沥青路面的整体性、稳定性及耐久性不如水泥道面，而且水泥混凝土道面在造价上也比沥青混凝土道面低。因此，我国绝大部分新建道面采用水泥混凝土结构。但是随着改性沥青技术的发展以及学界对飞机轴载认识的加深，以及沥青道面施工技术水平的不断发展，相信不就的將来我国的新建机场采用沥青混凝土道面的情况也会越来越多。

参考文献

[1] 苏新.民用机场沥青道面设计规范：MH/T5010—2017[S].北京：中国民航出版社，2017.

[2] 白旭耀，郝培文.民用机场沥青道面施工技术规范：MH/T5011—2019[S].北京：中国民航出版社，2019.

[3] 姜昌山.民用机场水泥混凝土道面设计规范：MH/T5004—2010[S].北京：中国民航出版社，2010.

[4] 姜昌山.民用机场水泥混凝土面层施工技术规范：MH/T5006—2015[S].北京：中国民航出版社，2015.

[5] 卓乐熙.民用机场飞行区土（石）方与道面基础施工技术规范：MH/T5014—2002[S].北京：中国民航出版社，2002.

[6] 万朝俊，苏尔好.民用机场飞行区场道工程质量检验评定标准：MH/T5007—2017[S].北京：中国民航出版社，2017.

[7] [日]八谷好高.机场道面设计与维修[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015：79.

[8] 彭余华.机场道面施工与维护[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015：166.

[9] 冷培义.机场道面设计[M].第三版.北京：人民交通出版社，2007：51.

[10] 刘成贵贺冬梅.民航专业工程工程量清单计价规范：MH/T5028—2014[S].北京：中国民航出版社，2014.

[11] 覃章高.中国民航机场建设指南[M].北京：清华大学出版社，2015：231.