高定藩

北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司 北京 100621

近四十年來(lái)，我國(guó)的民用航空事業(yè)一直處于高速發(fā)展階段，隨著我國(guó)航空交通事業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)使用過(guò)程中出現(xiàn)的病害問(wèn)題逐漸突出，機(jī)場(chǎng)道面病害已經(jīng)嚴(yán)重影響了飛機(jī)起飛與降落的舒適性及安全性，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)機(jī)場(chǎng)道面多用水泥混凝土道面，基本上占總量的90%以上[1]。由于機(jī)場(chǎng)水泥道面破壞類(lèi)型多樣且影響嚴(yán)重，所以機(jī)場(chǎng)道面的病害研究愈加引起研究人員的關(guān)注，同時(shí)道面的養(yǎng)護(hù)以及損壞后修補(bǔ)研究也越來(lái)越受到專(zhuān)業(yè)人士的關(guān)注。我國(guó)經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，水泥道面的修補(bǔ)技術(shù)逐漸趨于成熟，形成了較為完整的系統(tǒng)的施工作業(yè)技術(shù)。但是針對(duì)滑行道輪跡帶連續(xù)破損區(qū)域的分析以及修補(bǔ)方法還沒(méi)有成熟的研究，本文即針對(duì)該種情況進(jìn)行分析。

1 背景介紹

部分機(jī)場(chǎng)的水泥混凝土道面因航班密度大、使用頻率高和載荷重量大等原因，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)就出現(xiàn)破損的情況。特別是在跑道平滑、重要聯(lián)絡(luò)口等日常交通流量大區(qū)域,道面中線兩側(cè)4-8m范圍因是飛機(jī)滑行的主輪跡帶，見(jiàn)圖1，極易出現(xiàn)角隅斷裂、交叉裂縫及破碎板的問(wèn)題。隨著病害的增多和逐漸嚴(yán)重，會(huì)形成連續(xù)的較大面積破損區(qū)。破損道面如果不能得到及時(shí)處理，會(huì)直接影響航空器地面滑行的舒適性，產(chǎn)生的碎石可能影響航空器在機(jī)場(chǎng)道面的安全運(yùn)行，不慎被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)甚至?xí)斐珊娇掌鲹p壞的嚴(yán)重后果。對(duì)此，針對(duì)水泥混凝土道面最易出現(xiàn)的輪跡帶連續(xù)破損區(qū)域，亟需研究系統(tǒng)性維修方案。

圖1 輪跡帶示意圖

2 國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面維修方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 瀝青蓋被

機(jī)場(chǎng)舊水泥混凝土道面采用瀝青混凝土進(jìn)行蓋被，是在原有道面上適當(dāng)銑刨后加鋪8-15cm熱瀝青混凝土，是解決跑道損壞問(wèn)題的有效方法，這個(gè)方法在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)已開(kāi)始得到使用[2]。此種方案的優(yōu)點(diǎn)是施工時(shí)間短，能延長(zhǎng)道面壽命約10-15年，之后再進(jìn)行徹底換新；缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)成本和綜合成本均較高；同時(shí)，因?yàn)榈烂娓叱套兓?，滑行道中線燈、邊燈及其電纜均需要更新，進(jìn)一步抬高了施工成本[3]。

2.2 破損水泥混凝土道面板換新

破損水泥混凝土道面板換新，是將原有破損板塊進(jìn)清除，之后重新構(gòu)筑新的水泥混凝土道面。一般機(jī)場(chǎng)水泥混凝土整板尺寸為5m×5m，厚度為40-45cm，為確保施工質(zhì)量，即使邊角斷裂等輕微病害也需更換整板。該方案的優(yōu)點(diǎn)是單價(jià)成本低，缺點(diǎn)是施工工序復(fù)雜，周期長(zhǎng)，最少需要35天時(shí)間，在繁忙滑行道區(qū)域施工將對(duì)機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)的較大影響[3]。

2.3 破損病害定點(diǎn)修補(bǔ)

破損病害定點(diǎn)修補(bǔ)，是對(duì)病害區(qū)域進(jìn)行局部部分厚度修補(bǔ)，需沿病害周邊進(jìn)行切割，破除病害區(qū)域的道面，之后使用瀝青混凝土、早強(qiáng)型水凝混凝土或有機(jī)聚合物等材料進(jìn)行填補(bǔ)[4]。該方案的優(yōu)點(diǎn)是施工面積小，總體成本低，缺點(diǎn)是飛機(jī)輪胎碾壓、晝夜熱脹冷縮、道面縫隙滲水或原道面深層破損等原因會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)塊與原道面之間互相受力擠壓，最終導(dǎo)致補(bǔ)塊耐用性不足,無(wú)法達(dá)到涉及壽命。

2.4 其它修補(bǔ)方式

除去以上三種修補(bǔ)方式，國(guó)內(nèi)目前還在使用整板更換[5]、道面脫空注漿[6]、薄層修補(bǔ)[4]等方式對(duì)水凝混土道面進(jìn)行修補(bǔ)，但以上方式因成本高、處理不全面、耐久性不高及技術(shù)不成熟等原因，在此暫不考慮。

3 技術(shù)介紹

3.1 水泥混凝土道面板局部半厚度銑刨換填熱瀝青混凝土復(fù)合道面

此工藝被形象的描述為“白夾黑”，適用場(chǎng)景為滑行道直線段，輪跡帶內(nèi)有連續(xù)線性損傷帶形成，日常主要承接飛機(jī)輪胎的擠壓力，很少承接剪切力。經(jīng)儀器檢測(cè)，水泥混凝土道面板主要存在邊角斷裂及表層裂紋的情況。使用熱瀝青維修，相對(duì)水泥混凝土換新工藝來(lái)講，一是開(kāi)放運(yùn)行時(shí)間短，在室外溫度18-20℃條件下，每處維修區(qū)，自道面銑刨開(kāi)始，至滑行道開(kāi)放運(yùn)行，可精準(zhǔn)控制在16小時(shí)以?xún)?nèi)，相比35天來(lái)講，極大縮短；二是施工面積和體積減少90%，雖然單價(jià)成本約為水泥混凝土的2.5倍，但總成本仍然節(jié)約75%；三是施工效果達(dá)到相同標(biāo)準(zhǔn)；四是不需要額外物料準(zhǔn)備和專(zhuān)門(mén)的施工機(jī)構(gòu)，從機(jī)場(chǎng)周邊選取瀝青料場(chǎng)即可。

該工藝主要明確以下工藝指標(biāo)要點(diǎn)：

（1）原道面板銑刨深度17cm，兼顧道面板強(qiáng)度保持和熱瀝青混凝土施工

換填面整體采用2 c m A C-5 瀝青砂+防反射格柵網(wǎng)+9cmAC-25+6cmSMA-13的道面結(jié)構(gòu)，在原道面上進(jìn)行17cm的深度銑刨攤鋪，既可以保持足夠的道面板強(qiáng)度，又可以保持熱瀝青混凝土施工的結(jié)構(gòu)完整性。

（2）基層道面處理方法

因換填面處于原道面輪跡帶，此處補(bǔ)丁及道面病害密集，在進(jìn)行道面銑刨的同時(shí)，需對(duì)底層進(jìn)行精細(xì)化清理，將原有病害的松動(dòng)碎石、補(bǔ)塊的底部及因銑刨造成的渣土清理干凈。

（3）新老道面隔離層和防反射處理

輪跡帶換填還面臨著一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，在于如何處理底部水泥混凝土板塊接縫反射造成的瀝青表面裂紋，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，最終得出2cmAC-5瀝青砂+防反射格柵網(wǎng)的防反射層，該種道面結(jié)構(gòu)可有效預(yù)防道面反射裂紋。

（4）熱瀝青攤鋪工藝控制

為確保換填區(qū)域的使用壽命，需對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)，制作詳細(xì)檢查單，對(duì)施工中的每一步進(jìn)行嚴(yán)格把控。其中攤鋪溫℃需確保AC-5不小于130℃、AC-20不小于145℃、SMA-13不小于160℃。碾壓次數(shù)需保證4-6遍。

（5）新老道面交界區(qū)防滲水處理

瀝青道面與水泥混凝土道面交接處存在縫隙，雨水易從縫隙處流入基層，產(chǎn)生病害，影響道面使用，因此需使用瀝青密封膠進(jìn)行溜縫處理。北京夏冬溫差大，夏季道面可達(dá)到近60℃，冬季道面可達(dá)-15℃，因此特別選定具有CMA認(rèn)證的自流平硅酮道路密封膠作為溜縫材料。

3.2 水泥混凝土道面局部制板

此工藝被形象的描述為“大換小”。在滑行道轉(zhuǎn)彎區(qū)的輪跡帶上，屬于航空器排隊(duì)等待與轉(zhuǎn)彎區(qū)域，道面受力環(huán)境復(fù)雜，水泥道面板的破損體現(xiàn)在四個(gè)角均有損傷，中間完好，呈現(xiàn)“棋盤(pán)與棋子”狀，此類(lèi)破損的位置往往處于多條滑行道的交匯區(qū)，對(duì)控制施工時(shí)間的要求更高；同時(shí)，受滑行道等待的影響，飛機(jī)尾流對(duì)道面的“加熱”效果更加凸顯，如果使用瀝青混凝土維修，夏季高溫天氣時(shí)極易產(chǎn)生輪轍。在不僅要考慮輪跡帶與道面板塊交界重合帶來(lái)的問(wèn)題，還需要考慮復(fù)雜的受力環(huán)境與嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性病害，總體原則應(yīng)采取水泥混凝土維修。最終，設(shè)計(jì)出原有道面板四邊切角+四角重構(gòu)道面板方式，在輪跡帶構(gòu)筑新的水泥混凝土板塊，不僅修復(fù)了結(jié)構(gòu)性病害，還規(guī)避了輪跡帶與道面板塊交界重合的問(wèn)題。在維修工作中，如果機(jī)場(chǎng)對(duì)開(kāi)放時(shí)間要求高，可以使用新型道面快速修補(bǔ)料，保證10小時(shí)左右開(kāi)放；如果具有足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，可以使用傳統(tǒng)的水泥混凝土施工。

該工藝主要明確以下工藝指標(biāo)要點(diǎn)：

（1）在輪跡帶構(gòu)筑新的水泥混凝土板塊需對(duì)原有道面進(jìn)行切割破除，若切割深度不足，則在破除輪跡帶板塊時(shí)極易對(duì)周邊板塊造成損壞，因此在進(jìn)行道面切割時(shí)需選取深度為25cm的大功率馬路切割機(jī)。

（2）重構(gòu)傳力系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

原有道面荷載區(qū)域?yàn)榘蹇p交界處，板塊受力不均勻，受力易產(chǎn)生板縫破損、角隅斷裂等病害，而采用原有道面板四邊切角+四角重構(gòu)道面板的方式可有效規(guī)避此種情況，見(jiàn)圖2。此外，還采用鋼筋網(wǎng)植筋的方式，對(duì)板塊進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)。

圖2 板塊受力示意圖

（3）“修復(fù)王”新型材料選用

該區(qū)域位于滑行道轉(zhuǎn)彎區(qū)域，道面受力情況復(fù)雜，修補(bǔ)時(shí)需采用早強(qiáng)型材料，市面上的早強(qiáng)型材料普遍存在成型過(guò)快不易制板或耐久性差的缺點(diǎn)。在通過(guò)比對(duì)后最終選取“修復(fù)王”新型材料，該種材料適合用于整板澆筑且耐久性強(qiáng)，可滿足施工要求。

4 技術(shù)實(shí)踐成果

某機(jī)場(chǎng)跑道平行滑行道恰好提供了研究和實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)地。該滑行道2004年建成投用，在2008年-2019年以來(lái)，是首都機(jī)場(chǎng)最繁忙的滑行道，并且是重要航班保障的專(zhuān)用滑行道，到2020年已超過(guò)16年，E類(lèi)以上航空器的輪跡剛好位處于滑行道道面板塊與板塊之間的交界處，長(zhǎng)時(shí)間的承載導(dǎo)致該部位最先出現(xiàn)病害，經(jīng)過(guò)小規(guī)模處理后，很快又破損，亟需研究系統(tǒng)性維修方案。

4.1 水泥混凝土道面板局部半厚度銑刨換填熱瀝青混凝土復(fù)合道面技術(shù)實(shí)踐

該處道面正常的修補(bǔ)模式為輪跡區(qū)水泥混凝土道面整體破除更換或道面瀝青蓋被。該項(xiàng)目共計(jì)修補(bǔ)3500m2，項(xiàng)目費(fèi)用總計(jì)較水泥混凝土道面整體破除更換需及道面瀝青蓋節(jié)約90%。在運(yùn)行壓力方面，該區(qū)域的施工總耗時(shí)為168小時(shí)，且可分時(shí)段施工，而水泥混凝土道面整體破除需約60天，道面瀝青蓋需18天，且均無(wú)法分時(shí)段施工。

4.2 水泥混凝土道面局部制板技術(shù)實(shí)踐

該處道面正常的修補(bǔ)模式為水泥混凝土道面整體破除更換。在原維修模式下，新修道面1年內(nèi)就有可能出現(xiàn)角隅破損和邊縫破碎。由于受力模式的改變，新模式可永久避免出現(xiàn)角隅破損和邊縫破碎，板塊使用壽命由8年增至20年。該項(xiàng)目共修補(bǔ)500m2道面，項(xiàng)目費(fèi)用與水泥混凝土道面整體破除更換基本持平。在運(yùn)行壓力方面，該區(qū)域的施工總耗時(shí)為144小時(shí)，而水泥混凝土道面整體破除更換需約40天。

4.3 后期跟蹤驗(yàn)證

2021年，委托道面檢測(cè)公司對(duì)維修后區(qū)域進(jìn)行道面檢測(cè)，由圖3和表1可以看出，滑行道維修區(qū)域道面表面狀況較好，PCI均值為87，綜合評(píng)價(jià)為“優(yōu)”。截止至2023年年底，該項(xiàng)目維修后道面已使用三年，兩種模式下的道面不論是平整度還是完整度均保持在良好的水平下，道面水平已顯著提升。

表1 滑行道南段道面PCI值表

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)水泥混凝土道面最易出現(xiàn)的輪跡帶連續(xù)破損區(qū)域，研發(fā)了兩種種局部快速維修方案，彌補(bǔ)了以往維修方案的缺陷，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，這也是“復(fù)合道面”在國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)的首次大規(guī)模實(shí)踐應(yīng)用。