機場剛性道面接縫設計探討

邢耀忠，郝友詩

(中國民航機場建設集團公司東北分公司，遼寧沈陽 110043)

機場剛性道面是由多塊板通過各種接縫聯結起來的一個整體，因此接縫設計在整個機場場道工程設計中不容輕視，其設計的好壞也直接影響著機場道面的使用性能、整體強度和使用壽命。在剛性道面中主要有縱向施工縫、橫向縮縫、脹縫、橫向施工縫、交接平縮縫及接縫倒角等接縫形式，現本文結合規范和必要的分析對上述道面中主要的接縫設計進行探討，并提出了一些對設計有益的建議。

1 縱向施工縫

縱向施工縫是指與跑道軸線相平行的接縫，有企口縫和平縫兩種。現行規范僅對跑道道面上的企口縫作了一些明確規定;而對道面上采用縱向平縫沒有規定，僅在厚度較薄的道肩接縫上作了一點說明。

近年來，設計普遍采用的小企口具有良好的傳荷能力，并且在飛機荷載經常運行的道面部位加設拉桿改善了企口的受力性能;而且現在設計的道面板下的基層大多采用半剛性的，穩定性很好;因此，能設置企口縫的機場道面狀況是比較好的。但也并不是說所有厚度的道面板縱縫都宜設置成企口縫，因為企口縫的斷面處厚度為板厚的0.2倍(最外緣凸出處厚度僅為板厚的0.15倍);如果道面板過薄，則水泥混凝土中的粗集料在實際施工中不易進入企口部位，從而影響企口的強度，這樣設計的企口縫就起不到應有的作用，反而會更早地使水泥混凝土板的企口遭到破壞。根據規范要求水泥混凝土道面中的碎石或礫石等粗集料采用4.75～16 mm和16～31.5 mm的兩級石子配成，即最大粒徑為31.5 mm;因此，按照粗集料最大粒徑(31.5 mm)和企口外緣最窄處厚度0.15h(h為板厚，mm)推算，設置企口縫的道面厚度宜不小于31.5 mm/0.15=210 mm;同時考慮到有一定的余量，建議最小設置企口縫的水泥混凝土道面板厚為22 cm。

事實上，現在設計C、D等級的機場水泥混凝土道面板厚度通過計算一般在34～36 cm，而E、F等級的機場道面厚度也在40～45 cm，即使在舊水泥混凝土道面上隔離蓋被厚度也不小于22 cm;所以對上述C、D、E、F等級的機場道面的縱縫設計成企口縫是合適的。而對于等級A、B類的機場道面板厚度一般在20～22 cm厚則宜采用縱向平縫進行設計;跑道道面縱縫間距(即板寬)一般為4.5 m(F類機場為5 m)，其它處聯絡道及站坪道面縱縫間距視情況按3～4.5 m確定。縱向企口及平縫構造基本形式如圖1和圖2(注:h為板厚)，并且在規定部位設置拉桿，拉桿筋長度、間距等布置通過計算確定。

圖1 企口縫構造

2 橫向縮縫

橫向縮縫是指垂直跑道縱軸線的接縫，其作用是控制道面板收縮位置，并減小由于溫度降低而產生的應力。其道面板四周完全受阻時，伸縮應力［1］表達式如下:

圖2 平縫構造

式中:E為水泥混凝土彈性模量，MPa;α為水泥混凝土線膨脹系數，一般為1×10-5m/℃;ΔT為水泥混凝土的平均降溫，℃;μ為水泥混凝土的泊松比。

通常，對4C及以上等級的機場水泥混凝土道面的28 d設計彎拉強度為5.0 MPa，水泥混凝土的彈性模量E=37 000 MPa，μ取0.15，因此對未設任何接縫的道面板按降溫15℃考慮，其伸縮應力(拉應力)按式(1)計算為6.53 MPa，這表明有時水泥混凝土的收縮應力甚至超過了混凝土的設計彎拉強度，而且在東北地區有時降溫幅度還會大于15℃。因此，為防止水泥混凝土板破壞設置溫度縮縫是必要的。一般情況下，縮縫之間的距離(即板長)按5.0 m設置。并按規定在相應部位的板中間設置傳力桿。橫縫一般采用假縫，其構造基本形式如圖3(注:圖中h為板厚)，一般設計切縫深取h/4。

圖3 假縫

3 脹縫

脹縫是為了給道面板的膨脹提供一定的空間，但脹縫也是各類接縫中最薄弱的部位;而且設置脹縫的道面板邊容易破壞，增加了飛機滑跑時的震動，影響飛行安全，因此在規范中建議盡量少設或不設脹縫。事實上，在受力角度上看，我們通過式(1)計算溫度升高30℃的伸縮應力(壓應力)僅為13.06 MPa，這與水泥混凝土的抗壓強度 C35.5(按抗折強度5.0 MPa換算)相比，還是很小的，不足以使水泥混凝土壓壞。因此，從理論上分析道面上不用設置脹縫。

但道面與膨脹系數相差較大的房屋、排水構筑物等相接處還應設置脹縫，并且對板太薄、采用膨脹性大的集料施工時也應設置脹縫;這是由于道面板太薄抵抗外力的能力較差，雖然溫度壓應力不能使混凝土破壞，但是薄板可能存在失穩破壞;事實上也發現18～20 cm厚道面板存在熱脹破壞的現象。因此，設計對大于20 cm厚道面不考慮設置脹縫;而對小于20 cm道面考慮設置脹縫。通常，脹縫間距的理論計算公式如下:

式中:B為脹縫寬度，m;α為水泥混凝土線膨脹系數，一般為1×10-5m/℃;ΔT為當地最高溫度與水泥混凝土施工溫度之差，℃;f為填縫材料的壓縮系數。

脹縫寬度 B一般為 0.02～0.025 m，通常取0.025 m，ΔT 按30 ℃考慮，填料壓縮系數取2.0，計算的脹縫間距L=42 m，若溫差縮小，則所得的理論脹縫間距還會增大。

而在規范中特別提到道肩(厚度太薄12 cm)應設置脹縫，其間距宜為10～15 m;通過上述計算分析，實際的脹縫間距應該可以再增大一些，以盡量減少脹縫原則，考慮理論計算與實際的差異，建議道肩脹縫間距可按30 m左右進行設計，這樣至少可以使道肩脹縫減半。脹縫構造基本形式如圖4，應根據需要在中間設置滑動傳力桿，通常設計采用縫寬為25 mm。

圖4 脹縫構造

4 交接平縮縫

在道面交接、交叉及彎道處不設置脹縫時，應設置交接平縮縫。由于設置脹縫有諸多弊病，因此在上述位置處建議都采用交接平縮縫進行設計。其構造形式如圖5(注:圖中h為板厚)。

圖5 交接平縮縫構造

5 接縫材料

所有的接縫必須進行灌縫以防止雨水等滲入基層，影響基礎穩定。常用的灌縫材料有聚氨酯類、改性聚硫類及硅酮等;在寒冷的東北地區，一般建議選用抗低溫性能良好的硅酮作為灌縫材料;而在其它地區可視情況采用其它兩種灌縫材料。

6 結束語

本文通過對道面主要接縫形式的論述和分析，并結合作者的設計實踐，初步總結如下:

1)在設計中，道面厚度不小于22 cm的縱縫可以采用企口縫;道面厚度小于22 cm的縱縫宜采用平縫;并且在規定部位設置拉桿。

2)在設計中，道面厚度大于20 cm的可不設置脹縫;對于需設置脹縫的道面應根據理論計算及當地實踐經驗確定脹縫設置間距;同時建議道肩脹縫間距適當增大，按30 m設置。

3)設計上合理布置接縫形式和間距，再配合精心的施工，能夠很好地保證道面質量。

［1］冷培義.機場道面設計(下冊)［M］.北京:人民交通出版社，1995.

［2］MH/T 5004-2010，民用機場水泥混凝土道面設計規范［S］.

［3］翁興中，譚麥秋，等.機場水泥混凝土道面板塊尺寸的確定方法［J］.空軍工程大學學報，2003，4(6):11-13.

［4］邢耀忠，劉洪兵.機場剛性道面地基參數識別研究［J］.中南公路工程，2006，31(4):52-54.

［5］邢耀忠.淺談機場舊剛性道面上水泥混凝土蓋被設計［J］.公路工程，2011，36(1):70-71.