機場水泥混凝土道面輪跡帶連續(xù)破損區(qū)域快速維修技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

高定藩

北京首都國際機場股份有限公司 北京 100621

近四十年來，我國的民用航空事業(yè)一直處于高速發(fā)展階段，隨著我國航空交通事業(yè)的飛速發(fā)展，機場使用過程中出現(xiàn)的病害問題逐漸突出，機場道面病害已經(jīng)嚴重影響了飛機起飛與降落的舒適性及安全性，據(jù)統(tǒng)計，我國機場道面多用水泥混凝土道面，基本上占總量的90%以上[1]。由于機場水泥道面破壞類型多樣且影響嚴重，所以機場道面的病害研究愈加引起研究人員的關(guān)注，同時道面的養(yǎng)護以及損壞后修補研究也越來越受到專業(yè)人士的關(guān)注。我國經(jīng)過多年的研究與實踐，水泥道面的修補技術(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)。但是針對滑行道輪跡帶連續(xù)破損區(qū)域的分析以及修補方法還沒有成熟的研究，本文即針對該種情況進行分析。

1 背景介紹

部分機場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范圍因是飛機滑行的主輪跡帶，見圖1，極易出現(xiàn)角隅斷裂、交叉裂縫及破碎板的問題。隨著病害的增多和逐漸嚴重，會形成連續(xù)的較大面積破損區(qū)。破損道面如果不能得到及時處理，會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場道面的安全運行，不慎被吸入發(fā)動機甚至?xí)斐珊娇掌鲹p壞的嚴重后果。對此，針對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 國內(nèi)機場水泥混凝土道面維修方案優(yōu)缺點分析

2.1 瀝青蓋被

機場舊水泥混凝土道面采用瀝青混凝土進行蓋被，是在原有道面上適當(dāng)銑刨后加鋪8-15cm熱瀝青混凝土，是解決跑道損壞問題的有效方法，這個方法在第二次世界大戰(zhàn)時已開始得到使用[2]。此種方案的優(yōu)點是施工時間短，能延長道面壽命約10-15年，之后再進行徹底換新；缺點是經(jīng)濟成本和綜合成本均較高；同時，因為道面高程變化，滑行道中線燈、邊燈及其電纜均需要更新，進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清除，之后重新構(gòu)筑新的水泥混凝土道面。一般機場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)點是單價成本低，缺點是施工工序復(fù)雜，周期長，最少需要35天時間，在繁忙滑行道區(qū)域施工將對機場的正常運行帶來的較大影響[3]。

2.3 破損病害定點修補

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

2.4 其它修補方式

除去以上三種修補方式，國內(nèi)目前還在使用整板更換[5]、道面脫空注漿[6]、薄層修補[4]等方式對水凝混土道面進行修補，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，日常主要承接飛機輪胎的擠壓力，很少承接剪切力。經(jīng)儀器檢測，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，相對水泥混凝土換新工藝來講，一是開放運行時間短，在室外溫度18-20℃條件下，每處維修區(qū)，自道面銑刨開始，至滑行道開放運行，可精準控制在16小時以內(nèi)，相比35天來講，極大縮短；二是施工面積和體積減少90%，雖然單價成本約為水泥混凝土的2.5倍，但總成本仍然節(jié)約75%；三是施工效果達到相同標準；四是不需要額外物料準備和專門的施工機構(gòu)，從機場周邊選取瀝青料場即可。

該工藝主要明確以下工藝指標要點：

（1）原道面板銑刨深度17cm，兼顧道面板強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)，在原道面上進行17cm的深度銑刨攤鋪，既可以保持足夠的道面板強度，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，此處補丁及道面病害密集，在進行道面銑刨的同時，需對底層進行精細化清理，將原有病害的松動碎石、補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嚴重的問題，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，在進行實驗后，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，需對作業(yè)現(xiàn)場進行分區(qū)，制作詳細檢查單，對施工中的每一步進行嚴格把控。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行溜縫處理。北京夏冬溫差大，夏季道面可達到近60℃，冬季道面可達-15℃，因此特別選定具有CMA認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)在四個角均有損傷，中間完好，呈現(xiàn)“棋盤與棋子”狀，此類破損的位置往往處于多條滑行道的交匯區(qū)，對控制施工時間的要求更高；同時，受滑行道等待的影響，飛機尾流對道面的“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的問題，還需要考慮復(fù)雜的受力環(huán)境與嚴重的結(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題。在維修工作中，如果機場對開放時間要求高，可以使用新型道面快速修補料，保證10小時左右開放；如果具有足夠的養(yǎng)護時間，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要點：

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

（2）重構(gòu)傳力系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)補強

原有道面荷載區(qū)域為板縫交界處，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，見圖2。此外，還采用鋼筋網(wǎng)植筋的方式，對板塊進行二次補強。

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，修補時需采用早強型材料，市面上的早強型材料普遍存在成型過快不易制板或耐久性差的缺點。在通過比對后最終選取“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，可滿足施工要求。

4 技術(shù)實踐成果

某機場跑道平行滑行道恰好提供了研究和實驗的場地。該滑行道2004年建成投用，在2008年-2019年以來，是首都機場最繁忙的滑行道，并且是重要航班保障的專用滑行道，到2020年已超過16年，E類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，長時間的承載導(dǎo)致該部位最先出現(xiàn)病害，經(jīng)過小規(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)實踐

該處道面正常的修補模式為輪跡區(qū)水泥混凝土道面整體破除更換或道面瀝青蓋被。該項目共計修補3500m2，項目費用總計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%。在運行壓力方面，該區(qū)域的施工總耗時為168小時，且可分時段施工，而水泥混凝土道面整體破除需約60天，道面瀝青蓋需18天，且均無法分時段施工。

4.2 水泥混凝土道面局部制板技術(shù)實踐

該處道面正常的修補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。該項目共修補500m2道面，項目費用與水泥混凝土道面整體破除更換基本持平。在運行壓力方面，該區(qū)域的施工總耗時為144小時，而水泥混凝土道面整體破除更換需約40天。

4.3 后期跟蹤驗證

2021年，委托道面檢測公司對維修后區(qū)域進行道面檢測，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，綜合評價為“優(yōu)”。截止至2023年年底，該項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

本文針對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，彌補了以往維修方案的缺陷，節(jié)約了經(jīng)濟成本和時間成本，這也是“復(fù)合道面”在國內(nèi)機場的首次大規(guī)模實踐應(yīng)用。