机场水泥道面病害类型及治理措施探究

机场水泥道面病害类型及治理措施探究

张立

北京金航诚规划设计有限公司  北京   100028

摘要：在我国机场道面工程中，水泥道面为机场道面的主要选型。水泥道面设计使用年限宜为30年，实际工程中，由于近年来机场航空量、飞机类型的快速增加，较多机场水泥道面出现各种病害问题，影响飞行安全，因此对于机场水泥道面宜出现的病害问题及处置措施的研究显得尤为重要。

关键词：飞行区水泥道面；病害；裂缝；板块断裂

引言：飞机是人们出行的主要交通方式之一，尤其随着我国经济和社会的发展，选择飞机出行的人数在不断攀升。根据“十四五”民用航空发展规划，其间民用运输机场数量将达270个以上。由于机场吞吐量的幅度不断增加，机型荷载加大、使用频率逐年提高，对道面的要求也越来越高。通过对现有机场道面使用情况进行统计表明，我国采用水泥混凝土道面的机场占比超过80%。在调查全国195个机场有169个出现不同程度的病害，其中一半以上的病害为结构性病害。

本文结合我国西部某机场水泥道面出现的问题进行统计分析。

一、机场概况

该机场飞行区指标为4C，位于我国西部地区，海拔约1000米，属暖温带大陆性干旱气候，年平均气温10.5℃～11.5℃，最低为-28℃，最高位41℃，冬冷夏热，昼夜温差大，日照辐射强。最大运行机型为737-800，机场自正式投入运营至今已十几年，其中跑道经过一次水泥加盖，近年来道面使用性能随使用年限的增加出现不同程度的衰减。

二、道面典型病害状况

1、该机场通过图像法和三维探地雷达法分别检测道面表观病害和内部结构层的隐性病害等手段，结合徒步调查，对检测区域全覆盖的数据采集。跑道区域病害位置水泥混凝土道面的表观病害570余处，共有10种表观病害，分别为收缩裂缝、起皮龟裂细微裂缝、板角断裂、小补丁、大补丁、横向纵向斜向裂缝、角隅断裂、破碎板交叉裂缝、沉陷错台、接缝破碎和耐久性裂缝。其中破碎板、交叉裂缝的病害最为严重，面积占所有病害面积的54%，横向纵向斜向裂缝病害占表观病害的30%，角隅断裂占10%，其他的病害占比相对较少，不足6%。区域内板底脱空等隐形病害面积300平米，其中面层脱空占80%。以上的道面病害形式基本覆盖了《民用机场道面评价管理技术规范》（MH/T5024-2019）中典型损坏种类。

统计表明，破碎板、交叉裂缝等表观损坏主要分布在跑道中线两侧轮迹带附近，其他的位置的板块裂缝较少。

三、道面主要的病害形式及破坏模式分析

不同的道面病害形式产生机理不同，同一种病害在不同的荷载作用，环境因素，结构形式作用等下，其产生的原因也不相同。因而对于旧道面的处理要结合工程的实际情况，针对性差异化处理，才能根本解决旧道面破损对后期新建盖被道面的安全隐患。

本文结合项目产生的主要的结构性道面病害情况探讨其破坏模式及机理。

1、板块断裂

板块断裂是指水泥混凝土板块内形成贯穿板块的整体断裂。

一般性断裂，一方面在混凝土连续浇筑作业时切缝不及时，混凝土在凝结硬化过程中发生的收缩裂缝，另外由于机场跑道已经进行过一次盖被施工，盖被道面假缝与原道面采用隔离式做法，接缝布置，道面坡道等不一致，受上下层温度差异引起该盖被道面在旧道面接缝上方发生反射断裂形成反射裂缝。

2、破碎板或交叉裂缝

破碎板或交叉裂缝—由于道面结构承载能力不足或者严重超载引起的板块断裂，裂缝数量不小于2条，将板块分割成4块或以上。本项目破碎板及交叉裂缝较多，面积占到总破坏面积的一半以上。

从跑道结构性病害产生的原因分析，“白加白”的道面结构形式是病害产生的内在原因。根据路面力学理论，单圆荷载作用下，水泥板下部受拉，上部受压，既不受拉，也不受压的过渡位置可称为中性面。中性面位置越低，层底弯拉应力越小。层间结合状态衰弱将引起双层板中性面发生偏移。当层间完全分离，下层板可视作刚性基层，双层板中性面与上层板中性面重合，位置较高，弯拉应力较大；其次由于当地昼夜温差大，温度翘曲应力作用，使得道面层间结合减弱，也是加快结构性病害产生的重要因素。

另外由于不均匀沉降，荷载应力集中等原有道面板下方机场可能出现脱空或沉陷，在飞机等外部荷载作用下易引起混凝土板发生结构性断裂破坏。

3、板块错台

板块错台是板缝两侧混凝土板的不均匀沉降或冻胀导致板块间出现高程差异，从而造成板块之间的错台，错台多出现在胀缝两侧，胀缝间嵌缝料损坏，在反复荷载和环境的作用下，嵌缝料失去弹性和封堵作用，地表水渗入。在季节性冰冻地区，由于地表水的渗入后有冻胀的存在，道面相接处常常易发生冻胀错台。

为进一步消除错台，设计人员在新旧道面相接处的基础内设置枕梁。枕梁的尺寸为厚30cm，伸入原道面下20cm，新建道面内保留30cm。该新旧道面相接处设置枕梁后，在道面标高比较高的位置，道面的冻胀错台较小，而在道面标高最低处，排水系统不完善的位置，道面冻胀错台较大。道面板随着温度变化要发生变形和位移，难以保证枕梁与道面之间紧密接触。枕梁导致地基不均匀，容易引发应力集中。在飞机动荷载反复作用下，板块两侧土基压实度产生差异，进一步增加了错台的扩大。在机场扩建工程中，建议针对新老道路交接部位要做好该部位的排水，必要时设置传力杆和边缘钢筋，提高新旧道面的接缝传力效率。

4、角隅断裂

寒冷地区道面混凝土板出现板角隅断裂的现象较为普遍，在该工程中，板角断裂占到10%，也是道面病害的三大问题之一。由于重复作用冲击荷载、板底支撑强度不足或者翘曲应力等综合因素的作用，在角隅处产生的与接缝斜交的裂缝。从板角到裂缝两端的距离均小于或等于板边长的一半，裂缝贯穿整个板。

6、小补丁，板块上进行过的局部修补，但修补区域面积不大于0.5m2，大补丁为板块上已经进行过的局部修补，且修补区域的面积大于0.5m2。开挖补块指因增设地下管线等设施而开挖道面后形成的补块等。

7、耐久性道面病害类型

除了受飞机动荷载作用产生或差异沉降引起的结构性破坏以外，机场道面均处于室外露天环境，环境复杂多变，夏季高温，冬季严寒、日夜温差，风蚀日照、干湿交替等日积月累会带来较为普遍的道面损害问题，例如收缩裂缝，坑洞、起皮、龟裂和细微裂缝等；

此类病害可归结为耐久性道面病害问题；可分别从道面结构材料性能选型、施工及养护、后期常规道面维护等多个阶段进行防治。有冻融严寒地区道面材料抗弯拉强度宜不低于为5.0Mpa，抗冻耐久性指数（DF）在70%以上；水泥混凝土面层的防冻标号不低于F300的抗渗混凝土。有抗冰（盐）冻要求地区应掺减水引气型外加剂等。

在道面结构层设计应充分考虑板块在累积荷载作用下的疲劳损伤，在季节性冰冻地区，结构层应满足最小的防冻层厚度要求。为提高机场水泥混凝土道面板长期使用性能，除了应做好表面排水结构物和加强道面维护以外，可适当增加道面结构层厚度，尤其是垫层厚度（具有防排水功能），以减少大气环境（温度、水）影响。在道面基层与面层之间，设置土工布或沥青碎石隔离层，以减少反射裂缝的发生。同时应做好面层的养护及拉毛刻槽工作。

四、结语

结合以上分析，对于结构性病害，可从道面结构层的厚度、面层混凝土拉弯强度、基层抗压强度、土基压实度、板块合理划分，设传力杆、保持道面排水通畅等方面解决。对于一般的耐久性病害，可提高建筑材料自身的耐久性、耐磨性要求，掺减水引气剂，做好施工养护等方面考虑。

本文结合西部某机场实际出现的各种道面病害情况的统计与分析，初步探究其发生的内在模式与机理，为其他类似机场水泥道面病害处理提供一定的借鉴参考。

参考文献

[1]《民用机场道面评价管理技术规范》（MH/T5024-2019）

[2]《民用机场水泥混凝土道面设计规范》（MH/T5004-2010）