机场水泥混凝土道面加铺沥青面层的技术研究

机场水泥混凝土道面加铺沥青面层的技术研究

王晶

华设设计集团北京民航设计研究院有限公司，北京市 101312

摘要：为研究机场水泥混凝土道面加铺沥青面层技术，依托某机场跑道道面改造工程，首先对旧水泥混凝土道面进行检测及评价，然后根据检测及评价结果提出针对性的道面处治方案和沥青面层加铺方案。工程运营将近一年的结果表明，旧道面处治及沥青面层加铺方案合理可行，对机场类似工程具有较好的借鉴和指导作用。

关键字：水泥混凝土道面；沥青加铺；旧道面处治

0 引言

水泥混凝土道面由于其强度高、耐久性好、维护工作量少、建设成本低等优点，在我国新建机场跑道中得到广泛应用。近年来，随着航空运输量的迅速增长，早期建成的机场跑道，旧水泥混凝土道面病害发生数量及严重程度逐渐增加，使用性能急剧下降，对跑道的运行造成安全隐患。为了提高道面使用性能，延长跑道使用寿命，需对旧道面进行加铺改造。

本文依托河南省某机场跑道道面改造工程，参考《民用机场沥青道面设计规范》（MH/T 5010-2017）^[1]中沥青加铺层设计的相关内容，对水泥混凝土道面加铺沥青面层的工程技术方案进行研究。

1 依托工程

依托工程为河南省某机场跑道道面改造工程，该跑道建设标准为4E，道面长3400m、宽45m，两侧道肩各宽7.5m，现状跑道结构类型为水泥混凝土道面，道面面层为38cm水泥混凝土。跑道使用年限超过22年，道面经过多次修补，嵌缝料频繁更换，道面整体性能下降。经研究论证，采用旧水泥混凝土道面加铺沥青面层的方式提高跑道道面结构承载力，使改造后的道面具有良好的使用功能和结构性能。

2 旧道面检测及评价

2.1 道面表面损坏状况调查及评价

以道面状况指数PCI、道面结构状况指数SCI作为道面损坏状况的评价指标。根据检测结果：道面PCI均值为83，SCI均值为82，道面评价等级为“良”；道面损坏主要以掉边掉角、坑洞、嵌缝料损坏、细微裂缝等功能性损坏为主，PCI值较低的单元（集中在飞机着陆接地带区域）存在纵横向裂缝。

2.2 道面弯沉测试

跑道弯沉测试共选取4条测线，跑道中线左、右两侧各选取2条。两条左测线的冲击进度模量ISM值在1000N/um～1400N/um范围内波动，两条右测线的ISM值在分别在800N/um～1200N/um、1000N/um～1400N/um范围内波动。4条测线的道面板均存在不同程度的脱空，脱空率在9.3%～22.5%之间。4条测线的接缝弯沉比均值均大于0.8，接缝传荷能力为“好”。

2.3 探地雷达测试

探地雷达检测出跑道显著脱空区域共有二十处，脱空面积从3.1m²至52.113.1m²不等，脱空区域大多伴随不密实或缝隙发育。

2.4 钻芯取样及室内试验

沿跑道中心线两侧每隔约200m交替钻取芯样，共钻取17个水泥混凝土芯样，进行劈裂抗拉强度试验。结果显示，水泥混凝土芯样抗弯拉强度平均值为5.62MPa，95%保证率下的代表值为5.38MPa；弯拉弹性模量均值为38.12GPa，95％保证率下代表值为37.03GPa。

2.5 计算道面等级号PCN值及结构剩余寿命

根据跑道道面的结构形式、水泥混凝土弯拉强度、基层顶面反应模量计算得到跑道端500m内PCN值为79R/B/W/T，跑道中部2400m内PCN值为73R/B/W/T。利用FAARFIELD程序计算得到跑道端500m内剩余寿命为2.13年；跑道中部2400m内剩余寿命为1.57年。目前对该跑道进行加铺是最佳时机。

3 旧道面处治

3.1 板底脱空处治

由于跑道道面板板底脱空区域较多，在加铺沥青面层之前，采用水泥注浆处治对道面基础进行加固。

3.2 旧水泥混凝土道面面层病害处治

对于大面积掉边掉角、坑洞的区域，去掉表面的杂物和松动的混凝土碎块后，用沥青混合料进行修补。对于一块道面板有少于3条并未松散的裂缝，用热沥青灌缝；有3条以上裂缝或裂缝表面松散，将道面破损区域挖除，用沥青混合料重新修补。对旧水泥混凝土道面原填缝料老化、松动、空缺处，应先清理干净后再用硅酮嵌缝料灌缝；对原填缝料高出道面的部分应铲平并清扫干净。

3.3 其他处治

旧道面上油漆标志、污染物等应在加铺前清除干净，橡胶轮胎印泥厚度超过1mm也应清除干净。

4 沥青面层加铺方案

4.1 加铺厚度计算

沥青面层加铺结构厚度在对现有道面结构状况调查和分析的基础上，按照设计年限20年内设计机型的荷载和起飞架次，计算出需要的水泥混凝土核算厚度，然后按照沥青道面加铺层的设计方法，计算出沥青加铺厚度为18cm，即飞机轮迹带范围内沥青加铺厚度不小于18cm。

4.2 加铺结构设计

本次沥青面层加铺控制厚度为18cm，分三层施工和碾压。加铺沥青面层结构为5cm厚SMA-13改性沥青混合料上面层+6cm厚AC-20改性沥青混合料中面层+7cm厚AC-20改性沥青混合料下面层，上中下面层之间均喷洒粘层油。道肩区域采用AC-10沥青混合料加铺。

4.3 纵、横坡设计

纵、横坡设计应结合跑道道面现状坡度确定出合理的坡度，设计坡度需满足《民用机场飞行区技术标准》（MH 5001-2013）^[2]的相关要求，道面横坡还需充分考虑有利排水、便宜施工和技术经济合理化的要求。

4.4 结构增强措施

4.4.1 增强沥青混合料抗车辙能力的措施

在沥青混合料中添加性能优越的抗车辙剂；同时对AC-20改性沥青混合料进行级配调整设计，在规范级配范围内调整并增加粗集料、减少细集料含量，使得混合料形成骨架密实型结构。

4.4.2 增强抗反射裂缝能力的措施

考虑到水泥混凝土道面上加铺沥青面层易出现反射裂缝，由于加铺厚度的限制反射裂缝无法完全避免，只能通过设计方案防止或减缓反射裂缝的出现。结合以往工程经验，在现状水泥混凝土道面板缝和裂缝处、灯光二次电缆埋设的槽缝中央均匀贴铺聚合物改性沥青抗裂贴。为了增强新旧道面层间粘结、并起到封水和防反射裂缝的作用，加铺沥青面层前，在道面范围内全幅铺设1cm厚同步橡胶沥青碎石封层。

4.4.3 增强沥青混合料综合性能的措施

为保证改造后道面具有良好的使用性能和耐久性，在混合料材料时整体添加高黏剂，增强沥青与集料之间的黏结，形成高韧性、高弹性、大应变适应性和高疲劳寿命的混合料，提高沥青混合料综合性能。

4.4.4 切缝和灌缝

为保证道面沥青面层的完整性，避免道肩裂缝反射到道面沥青面层，在每层沥青面层加铺施工完毕后，沿加铺区域道面与道肩分界处采取切缝和灌缝措施进行隔离。切缝深度为沥青加铺层全深，缝宽为8mm。上述切缝清理干净后，采用硅酮类嵌缝料进行灌缝。

5 结论

本文依托河南省某机场跑道道面改造工程，探讨了机场水泥混凝土道面加铺沥青面层技术，主要包括：

（1）首先是对旧水泥混凝土道面进行检测及评价，包括道面表面损坏状况调查及评价、道面弯沉测试、探地雷达测试、钻芯取样及室内试验、计算PCN值及结构剩余寿命。

（2）在道面检测及评价结果的基础上提出针对性的旧道面处治方案和沥青面层加铺方案。其中旧道面处治方案包括板底脱空处治、道面面层病害处治以及道面上的油漆标志和污染物清除；沥青面层加铺方案包括面层加铺厚度计算、加铺结构设计、纵横坡设计、道面结构增强措施。

依托工程从设计到建成使用共计7个月时间，工程运营将近一年的结果表明，旧道面处治及沥青面层加铺方案合理可行，对机场类似工程具有较好的借鉴和指导作用。

参考文献

[1] MH/T 5010-2017 民用机场沥青道面设计规范[S].北京：中国民用航空局，2018.

[2] MH 5001-2013 民用机场飞行区技术标准[S].北京：中国民用航空局，2013.