瀝青道面在我國民用機(jī)場應(yīng)用的研究

羅俊

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2017年，我國現(xiàn)有的229個(gè)民用機(jī)場中有超過九成的機(jī)場跑道道面類型為水泥混凝土道面。國際民航組織統(tǒng)計(jì)的1038條跑道中，有650機(jī)場跑道道面類型為瀝青混凝土道面。根據(jù)歐洲瀝青路面協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，歐美地區(qū)362個(gè)機(jī)場中，瀝青混凝土跑道占比為62.4%[1]。

瀝青混凝土道面具有表面平整、行駛舒適、抗滑及減震等使用功能；另一方面，瀝青混凝土道面具有施工速度快，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在國際上被很多大型機(jī)場采用。我國新建的民用機(jī)場中大部分道面結(jié)構(gòu)類型為水泥混凝土道面，早期修建的機(jī)場道面開始呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)性或功能性損壞，瀝青面層加鋪為解決此問題的有效方案。

1 瀝青道面在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有民用機(jī)場道面類型主要以水泥混凝土道面為主，瀝青混凝土道面所占比例比較小。我國新建民用機(jī)場中，采用瀝青混凝土道面的機(jī)場有西寧曹家堡機(jī)場、甘肅敦煌機(jī)場、新疆且末機(jī)場、昆明長水機(jī)場等少數(shù)機(jī)場。曹家堡機(jī)場道面面層采用4cm中粒式瀝青混凝土+6cm粗粒式瀝青混凝土+8cm瀝青碎石的三層瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，其基層厚度為74cm。敦煌機(jī)場采用厚10cm瀝青混凝土面層，基層厚度80cm。昆明長水機(jī)場面層總厚度為18cm，面層結(jié)構(gòu)從上到下依次為為5cm厚SMA-13瀝青混凝土+6.5cm厚AC-13+6.5cm厚AC-13，基層50cm厚[2]。新疆且末機(jī)場跑道道面面層厚8cm，下設(shè)15cm厚水泥穩(wěn)定砂礫土基層及70cm厚天然級(jí)配砂礫石基層[2]。如圖1～4所示。

圖1 曹家堡機(jī)場跑道道面結(jié)構(gòu)

圖2 敦煌機(jī)場跑道道面結(jié)構(gòu)

圖3 長水機(jī)場跑道道面結(jié)構(gòu)

圖4 新疆且末機(jī)場跑道道面結(jié)構(gòu)

近年來，我國民航業(yè)飛速發(fā)展，機(jī)場航班流量大幅提高，同時(shí)大型飛機(jī)占比也逐漸增大，國內(nèi)早期修建的水泥混凝土道面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性或功能性損壞，不能滿足民航發(fā)展的需求。瀝青道面加鋪由于其施工、養(yǎng)護(hù)時(shí)間短的優(yōu)勢，成為解決此問題的有效方案。我國在瀝青道面加鋪方面也做了大量的工作，積累了許多經(jīng)驗(yàn)。

上海虹橋機(jī)場1963年建成，其跑道類型最初為水泥混凝土跑道。1991年對(duì)跑道加鋪了20cm厚瀝青混凝土，后又在1995年和2008年分別進(jìn)行了瀝青混凝土蓋被。北京首都機(jī)場1958年投入使用，跑道道面類型為水泥混凝土道面；70年代中期，對(duì)跑道進(jìn)行了水泥混凝土蓋被；1996年又對(duì)跑道進(jìn)行瀝青混凝土蓋被，而后又經(jīng)過數(shù)次修補(bǔ)[2]。

過去的十多年是我國民航機(jī)場建設(shè)高速發(fā)展的時(shí)期，根據(jù)水泥混凝土道面的設(shè)計(jì)使用年限預(yù)估，今后的十多年道面結(jié)構(gòu)加鋪將迎來高峰，而瀝青道面加鋪由于其施工養(yǎng)護(hù)期短的優(yōu)勢，將成為加鋪層結(jié)構(gòu)的首選材料。

2 機(jī)場瀝青道面應(yīng)用中遇到的問題

根據(jù)對(duì)上海虹橋機(jī)場瀝青道面的跟蹤調(diào)查顯示，虹橋機(jī)場瀝青道面損壞主要表現(xiàn)類型為裂縫和輪轍；根據(jù)對(duì)廈門高崎機(jī)場瀝青道面使用情況調(diào)查顯示，瀝青加鋪層主要損壞表現(xiàn)為裂縫和輪轍，道面推擠損壞比例也比較突出。根據(jù)對(duì)首都機(jī)場瀝青加鋪層的使用情況調(diào)查顯示，其主要病害類型為輪轍和裂縫[3]。

根據(jù)對(duì)華北某機(jī)場瀝青加鋪層試驗(yàn)段平行滑行道水損害原因分析發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)在重載、低速、長時(shí)間停滯的條件下易導(dǎo)致瀝青加鋪層出現(xiàn)永久性結(jié)構(gòu)破壞；西北某機(jī)場端聯(lián)絡(luò)道處出現(xiàn)單側(cè)輪轍現(xiàn)象，分析原因發(fā)現(xiàn)，在重載、低速、內(nèi)側(cè)扭力狀態(tài)下，易導(dǎo)致單側(cè)輪轍病害。西部某機(jī)場跑道端出現(xiàn)局部推移變形、坑槽等破壞，究其原因，瀝青混凝土道面在低速、扭剪作用下易產(chǎn)生推移及層間剪切彎拉破壞；在飛機(jī)荷載及外界自然條件的作用下，會(huì)導(dǎo)致病害擴(kuò)展并引起坑槽、松散等其他病害[4]。

3 機(jī)場瀝青混凝土道面應(yīng)用的要點(diǎn)分析

目前，常用的道面設(shè)計(jì)方法主要有經(jīng)驗(yàn)法和力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法兩類。經(jīng)驗(yàn)法以CBR法使用最廣，該法以土基的抗剪強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，通過控制土基的抗剪強(qiáng)度控制土基變形及輪轍；根據(jù)足尺試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)現(xiàn)有道面使用情況的調(diào)查，建立起“CBR值-飛機(jī)輪載作用次數(shù)-道面結(jié)構(gòu)層厚度”三者的關(guān)系。通過不同機(jī)型起落架構(gòu)型關(guān)系曲線，按當(dāng)量飛機(jī)軸載作用次數(shù)和土基CBR值確定道面總厚度及結(jié)構(gòu)層厚度。目前我國實(shí)行的機(jī)場瀝青道面設(shè)計(jì)規(guī)范中以CBR值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)[3]，該指標(biāo)僅能表征土基的抗剪強(qiáng)度，并不能反應(yīng)瀝青混凝土道面結(jié)構(gòu)的其他開裂損壞以及道面各層發(fā)生的永久變形，也不能較好的表征土基的永久變形。

新型飛機(jī)起飛重量越來越大，機(jī)輪越來越多，起落架構(gòu)型越來越復(fù)雜，在復(fù)雜起落架構(gòu)型的多輪荷載長期作用下，我國目前采用的經(jīng)驗(yàn)法已無法適應(yīng)重載飛機(jī)作用下的瀝青混凝土道面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。筆者從當(dāng)前我國機(jī)場瀝青道面設(shè)計(jì)角度，對(duì)我國機(jī)場瀝青道面設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)建議：

（1）我國機(jī)場瀝青道面設(shè)計(jì)規(guī)范采用CBR法，該法以CBR值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，該指標(biāo)不能表征道面結(jié)構(gòu)的的各種損壞，對(duì)控制輪轍方面也存在較多問題。應(yīng)構(gòu)建更完善的瀝青混凝土道面設(shè)計(jì)理論。

（2）不同型號(hào)、不同起落架構(gòu)型的飛機(jī)對(duì)道面的受力影響也不盡相同，設(shè)計(jì)中應(yīng)分別考慮不同飛機(jī)對(duì)道面的影響，主要考慮不同機(jī)型對(duì)道面的破壞及“Miner”法則下的疲勞損壞。

（3）目前規(guī)范中考慮單輪荷載對(duì)道面的影響，而大多數(shù)飛機(jī)的主起落架是由多輪組成，與單輪對(duì)道面的影響有一定差別，應(yīng)考慮多輪荷載對(duì)道面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。

（4）應(yīng)該根本不同區(qū)域道面可能產(chǎn)生的病害，選擇合適的道面鋪裝結(jié)構(gòu)，進(jìn)行不同區(qū)域道面的差異化鋪裝。

4 結(jié)語

我國現(xiàn)行的瀝青道面設(shè)計(jì)規(guī)范已不能滿足新型大型飛機(jī)的需求，瀝青道面設(shè)計(jì)理論亟待完善。筆者建議可從以下幾個(gè)方面對(duì)我國瀝青道面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)：①構(gòu)建基于力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法的瀝青混凝土道面設(shè)計(jì)方法。②完善設(shè)計(jì)指標(biāo)及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。③借鑒我國在公路瀝青路面應(yīng)用中取得的成功經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)機(jī)場瀝青道面的情況進(jìn)行改進(jìn)。