浅析机场道面结构设计选型

浅析机场道面结构设计选型

付刚刚

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摘要：在我国当前机场建设的过程当中，机场的道面结构设计的好坏与日常飞行息息相关，从目前国际形势上来看，在机场道面结构设计中主要是以沥青混凝土使用比较普遍，但是我国占主导地位的却是水泥混凝土道面。本篇主要从经济和技术两个方面来对这两种道面结构进行简要分析，阐述我国当前新建机场主要使用水泥混凝土的科学性和必要性。

关键词：机场道面；水泥混凝土跑道；沥青混凝土；设计选型

引言：现代化航空的机场建设需求，必须具有一定的结构刚度并且可以完全适应客机日常高速滑跑的需要，同时机场道面结构要满足良好的平顺性和合理的粗糙特性，设计合理的机场道面结构才可以在很大程度上保证航班的正常起飞和下降，为了尽可能地延长道面和飞机的使用寿命，必须综合经济基础和工程技术条件来设计合理的机场道面结构。

一、机场道面结构要求

机场道面主要是指在天然的土基上或者基层顶面用筑路材料所制成的多层人工构造，便于飞机日常基本的起飞、落地、平滑以及维修等工作，因此机场道面必须要具备足够的平坦、稳定等特性，才能够充分保证飞机的安全运行。首先是道面的强度，以此来承受来自飞机的压力和磨损等，飞机轮胎的压力和负荷与道面的结构强度有着直接的关系。不同的区域对于道面的强度要求也不同，主要有关键、非关键以及过渡地区三种。其次是道面的平坦程度，如果机场道面不平坦会造成飞机的机身和机翼带来损坏，给起落架造成负荷，不利于飞行员的正常操作，影响飞机的动力反应。第三是道面的粗糙程度，直接影响到飞机轮胎附着力，尤其是湿道面，极大降低了飞机轮胎与道面之间的阻力，因此要保证道面有一定的粗糙度，确保飞机在着陆之后能够及时停止。另外为了保证机场道面能够及时地排水，要设置相应的横坡，尽可能避免积水给飞机高速运动时带来的阻力，防止飞机从道面滑出从而造成严重事故。除此之外，还必须要保证机场道面的干净，避免在道面上出现砂石等一些杂物，这些杂物很容易被飞机吸进发动机中，损坏内部构件带来严重后果，定时养护道面上的飞机轮胎印迹，避免其影响机场道面的摩擦力和稳定性[1]。

二、经济性能比较

机场道面沥青混凝土与水泥混凝土在技术性质上也存在着一定的区别，道路大致分成刚性道面与柔性道面，刚性道面是水泥混凝土道面，而柔性道面是沥青混凝土道面，由于沥青混凝土道面易于引起航空设备的磨损，在临时的飞机场采用的较多。此外在机场道面初期建设费用上，水泥混凝土道面的价格比沥青混凝土的价格要低五分之一左右，在短期内的大修费用上沥青混凝土价格较高，而水泥混凝土的价格较低，一般在三十年后的大修中水泥混凝土的费用要比沥青混凝土的费用高，综合看来总费用的现值，水泥混凝土道面的经济性能仍然比沥青混凝土道面高，能够支出较低的费用来获取最大的效益。比如以起飞跑道（3800*45米为例），经过大致的计算得知，在机场跑道端口使用水泥混凝土来架构道面时，使用水泥混凝土板44厘米厚度，水泥碎石基层两层20厘米厚度，砂砾石垫层20厘米厚度，则需要大概每平方560元的价格，而使用沥青混凝土来铺设道面时则需大概每平方700左右的价格，因此水泥混凝土道面在经济性能上具有极大的优势[2]。

三、基本性能比较

从两者的基本性能上来看有着显著的优缺点。（1）整体的强度和刚度。水泥混凝土在这一特性上有着显著的优越性，弹性模量高达三万至四万MPa，大约是沥青混凝土三十倍的弹性模量，同时抗弯拉强度高达五左右MPa，因而水泥混凝土具备比较高的荷载扩散和负荷力，并且对于土基和基层的要求相对比较低，其厚度小于沥青混凝土结构层。沥青混凝土道面很容易出现强度降低，受到外在自然条件的影响，机场道面整体使用年限基本小于十五年，而且水泥混凝土道面不会对航油敏感，能够有效抵抗侵蚀。（2）养护维修相关费用。水泥混凝土由于其稳定性比较好，一般情况下对其养护的工作量和费用相对于沥青混凝土比较低，但是后期一旦出现问题，水泥混凝土自身存在的特性使得道面很难修补，而且在维护中也会影响到机场道面的日常工作。（3）水泥混凝土道面的接缝是其薄弱的地方，若在日常施工中和维护方法不当时会造成一系列的危害，比如断板、错台等等病害，接缝会直接影响飞机的滑跑，不利于飞机的平台降落和起飞，给乘客会带来不良的飞行体验，特别是在后期的道面中，接缝会严重变形降低飞机的平整度，可能带来更严重的事故[3]。沥青混凝土道面则不会出现这种情况，整体平整度比较优越，也不会对飞机的轮胎产生较大的磨损，给乘客带来更好的飞行体验，因此在服务性能方面，相较于水泥混凝土道面具有一定的优越性。（4）材料的要求不同。机场道面对于使用沥青混凝土有相应的技术要求，在上面一层的沥青材料大多是进口材料，为了更加适应机场道对飞机荷载能力的特殊要求，并且满足飞机当前所在的特殊天气环境，所以对面一层所采用的混凝土材料仍然进行了改良以适应各种条件。当前国内外生产较为多的是水泥混凝土道面的硅酸盐材料，性价比很好。除此之外，如果机场土基出现不均匀沉降、所设计的道面坡度并不满足于当前的要求和规范，水泥混凝土道面是很难加以修补和处理的，沥青混凝土道面则能够适当加有相应厚度的沥青混凝土来解决这个问题，在适应土基不均匀下沉问题上具备很大的优势。水泥混凝土的道面都是坚硬物质，如果飞机作用于道面的荷载力超过可承受范围，就很有可能造成混凝土板面的破裂，因而在水泥混凝土道面上要尽可能地避免使用体型比较大的机器，以免破坏其适应力，根据国际相关标准和规定，要求关于沥青道面的飞机等级序号ACN超过道面标准时的PCN值必须等于百分之十，而关于水泥混凝土的飞机道面要求则是低于百分之五

[4]。从整个机场道面施工的进程来看，水泥混凝土需要耗费比较久的养护时间以此来保证其应有的强度和刚度，在混凝土浇筑完毕之后需要等待一段时间之后才能够进场运行，在一定程度上限制了其他工作的顺利开展，而沥青混凝土并不需要较长时间的养护期，在浇筑完成之后就能够运行使用，正常开展后期的机械化作用，大大节约了整体的建设工程进度。机场的水泥路面上在定距的设有五公分以下直径的道面槽，并每六年或八年进行对其加以研磨，在水泥的表面适当铺设多空摩擦性质的沥青混凝土，能够在最大限度上来减轻飞机在着陆时的强烈震动，为其提供足够强的摩擦力使其减速运行。

结束语：根据机场道面结构设计的特征，对比了水泥混凝土与沥青混凝土两种材料各自所具有的优势，道面结构设计人觉得飞机的日常承载力很大，单轴给了道面结构过大的压力，而沥青路面耐久性的弹性模量又较之于混凝土的路面小，因此沥青混凝土整体的稳定性不足，在经济性能方面也不高，而水泥混凝土除了在耐久与稳定性方面都具有相当的优点外，也可以节省一定的造价成本，从而在中国获得了普遍的使用，并促进了飞机场工程的蓬勃发展。

参考文献：

[1]刘斌.机场道面数字化管理技术研究[J].中国建设信息化,2022(13):73-75.

[2]王警辉,张家科,李一凡,孙陈.机场水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏研究[J].上海公路,2022(02):7-11+60+164.

[3]冷广武.机场道面沥青加铺决策方法研究[J].工程建设与设计,2022(12):82-84.

[4]张献民，聂鹏飞，高志斌，包依婷.温度应力对机场道面板疲劳损伤的影响[J/OL].北京航空航天大学学报：1-12[2022-08-10].