基于FWD的机场砼道面板底脱空检测与处治

基于FWD的机场砼道面板底脱空检测与处治

陈成辉

中国电建集团航空港建设有限公司，福建福州，350011

Detection and treatment of bottom void in airport concrete pavement panels based on FWD

ChenChenghui

(PowerChina Airport Construction Co.,LTD)

摘要：本文通过FWD在机场混凝土道面板底脱空检测中的应用，重点介绍了使用FWD落锤式弯沉仪检测法的原理、设备参数、测点布置、判断标准、基层顶面反应模量反演方法，以及机场混凝土道面板板底脱空的处治方法以及效果，验证了FWD在机场混凝土道面板板底脱空处治中的可行性，为类似工程提供了依据。

关键词：FWD、板底脱空、检测、处治

1 概述

1.1 工程概况

YTLS机场飞行区等级为4D，始建于1984年7月，原有一条3200×60米的跑道，两端各设置一个防吹坪60x60米。2008年7月进行了如下的飞行区扩建改造：在原跑道北侧新建一条3800×60米的跑道，将原跑道长度向南延长至3800米，作为平行滑行道使用，在主跑道和平滑行道之间设置了2条南北垂直滑行道和4条快速滑行道。由于机场运行时间已久，日常JS训练频繁，机场跑道和滑行道均出现了板底脱空等病害。为了节约病害处治资金，综合考虑各种因素，拟采用板底注浆法来填充脱空道面板，以提高道面结构的整体性。

1.2 板底脱空检测方法选择

目前，水泥混凝土道面板下脱空检测技术主要有四种：

①人工经验判别法。

人工经验判别法，是指通过目视观察道面板块的质量状况，是否存在错台、唧泥等现象，以及结合敲击道面板和车辆行驶时的震动等方式，综合进行评估。这种方式对操作者的经验要求较高，受操作者的主观因素影响较大。

②声音回波判别法。

声音回波判别法，通过震动待测道面板，使其产生声波，再采用麦克风收集声音信号，通过评估声波的频率、波长、波形等声学特性，以此来判断道面板是否有脱空。这是一种定性分析手段，其优势包括设备成本低、检测效率高以及易于操作。

③地理雷达判别法。

地理雷达判别法，是指利用地理雷达鉴定技术，即通过地理雷达发出高频电磁波，并以宽频短脉冲方式输入地下，经道面结构层、道基的反射后，由接收天线接收，再通过解析电磁波在介质中的传播与反射，分析回声的传播时长、频率等，以此来确定地下介质的状况。

④弯沉指标判别法。

弯沉指标判别法，是指测定一定荷载作用下的道面板弯沉值，当实测弯沉值的数值、形状等与理论弯沉值的数值、形状不相符，并达到一定的限值时，作为判别道面板是否存在脱空判别标准。其中较为常用的是落锤式弯沉仪检测法（Falling Weight Deflector,简称FWD），能够有效地模拟了车辆、飞机等负载的作用影响，具备无损伤、速度快和精度高等优点。

2 板底脱空FWD弯沉检测评价方法

对比上述检测方法，从实用、经济、检测准确度、检测速度以及技术成熟度等综合考虑，本工程中拟采用FWD弯沉检测评价方法，并采用所得的弯沉值，反演推算场道地基土的反应模量。

2.1设备参数

本工程弯沉检测所采用的设备为Dynatest 8000，其测试参数见表1。

表1 测试参数表

2.1测点布置

测点布置方式见图1。

图1 测点布置图

2.3板底脱空FWD测试判断标准

《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019），通过 FWD 测试出水泥混凝土板块不同位置的弯沉值，按公式①和②计算弯沉比值λ1λ2。

               ①

               ②

当λ1和λ2符合如下标准时，即可判定为板底脱空。道面板底脱空判定标准见表2。

表2 道面板底脱空判定标准

2.4基层顶面反应模量反演方法

根据弹性地基板理论，通过FWD试验所得的弯沉盆数据来反演推算基层顶面的反应模量，具体的计算步骤如下：

受荷载效应影响，我们测算得出的板的弯沉数值与道路面板的相对刚度半径具有较高的一致性。基于此，根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）所推荐的经验公式③和④，来推算基层表面的等效回弹模量。

      ③

                   ④

式中：

—基层顶面的当量回弹模量（MPa）;

SI—道面结构的荷载扩散系数；

—荷载中心处的弯沉值（μm）

、、—距离荷载中心300mm、600mm、900mm处的弯沉值（μm）

根据上述两式推算的基层顶层等效反弹模量Et,结合美国FAA发布的Boeing777机场道面设计咨询通报（AC：150/5320-16）推荐的经验公式⑤，计算道面基础顶面的当量反应模量K值。

                  ⑤

3 板底脱空处治

3.1压浆材料及配合比

①压浆原材料及技术要求

水泥：选用普通早强型硅酸盐水泥42.5级，其性能需符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的规定；

粉煤灰：选用电厂，Ⅱ级；

UEA混凝土膨胀剂，膨胀率为0.03%～0.05%；

早强剂：HZ型复合，其减水率≥9%，泌水率≤93%，1天抗压强度＞155%，3天抗压强度＞145%，7天抗压强度＞125%；

水：选用饮用水。

②配合比

在前期试验段施工所得参数的基础上，确定了以下两种水泥浆配比参数：

表3 配合比表

对这两种配合比进行对比试验，结果如下表：

表4 两种配合比试验对比表

从上表看出，随着粉煤灰的减少，线膨胀系数增加，7天无侧限抗压强度提高，且都满足要求，从强度看配比1较好，但配比2较经济。

3.2压浆施工工艺

①钻孔

采用直径为38mm的钻孔机进行钻孔，深度至道面层与水稳层的结合处，钻完后，清除孔内的泥浆、碎渣，然后用木塞封堵，避免杂物掉入。压浆布孔见图2。

图2 压浆布孔图

②压浆

制浆机按照配比拌制水泥浆，采用注浆泵将拌制好的水泥浆沿管路注入混凝土道面板底，压力为1.8～2.3Mpa。当水泥浆液从邻孔或接缝溢浆时，用木塞或橡皮将溢浆孔堵塞，避免压力过度减少，之后再稍提高10～20%的注浆压力，保证水泥浆液能完全填充饱满。

③补浆

检查压浆的密实质量情况，如有不实，应及时进行补压浆处理。

3.3板底压浆效果监测

为确保注浆工程的效果，并精确了解机场道面在改造后的状态，2021年6月至8月，对飞行区道面（包括跑道、滑行道和快速联络道）进行FWD弯沉测试和钻芯抽样，以全面系统地了解注浆处理对道面板底脱空问题的修复情况。

①FWD弯沉测试

处治后板边、板角弯沉测试结果见下表。从数值可以看出，经过处治，道面板底脱空的情况得到改善。

表5 处治后板边、板角弯沉测试结果统计

②钻芯取样

钻芯取样情况表明，不仅面层与基层间空隙完全被水泥浆液填充，基层、底基层及垫层材料相互胶结牢固，并且，基层、底基层更加密实，结构性和防水性都得到了很好的加强。

③反应模量

对比注浆前后基层顶面反应模量的K值，K值提高了62.3%,道面基础质量得到很大的提高。

表6 注浆前后反应模量计算对比表

4 结论

①根据本次对水泥混凝土道面板的病害调查来看，病害的部位多集中在道面板的四角及四边，因此，道面板板边板角的的日常维护是道面巡视巡检工作的重点。

②采用板底注浆的方法，可以治理道面板底脱空等病害，能够大幅提高道面基础的承载力。

③在板底注浆前后，采用FWD可以快速且较为准确的对板底脱空状况，以及对注浆效果等进行识别，快捷的进行施工参数调整。

④注浆作业的注浆量、注浆压力、注浆顺序等施工参数，对注浆质量有很大的关系，施工期间应进行不断试施工，调整参数，选择最有效的施工参数，保证注浆质量。

⑤根据水泥混凝土道面板脱空、沉陷、唧泥的部位大多集中在道面板的四角来看，灌缝材料老化、雨水下渗是形成道面板脱空的原因之一。因此，压浆后要及时灌缝，避免地面水下渗形成新的破坏。

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