機場瀝青混凝土道面設計探討

魏曉宇

（上海民航新時代機場設計研究院有限公司，上海市 200335）

機場瀝青混凝土道面設計探討

魏曉宇

（上海民航新時代機場設計研究院有限公司，上海市 200335）

在機場建設中，道面設計質量好壞直接關系到飛行安全。分析機場道面設計的現狀，在此基礎上對機場道面設計的主要方法以及機場瀝青混凝土道面設計的要點進行了深入探討。

機場；瀝青混凝土；道面設計；設計方法

0　引言

飛機是人們出行的主要交通方式之一，尤其隨著我國經濟和社會的發展，選擇飛機出行的人數在不斷攀升，促使很多城市都在修建新的機場或者對原有機場的規模進行擴展。在機場建設中，道面設計是一個非常重要的建設組成部分，它是主要供飛機飛行前準備、起飛、著陸滑行和飛行后維護保養的重要場地，可見其建設質量好壞具有非常重要的影響［1，2］。目前我國仍然有很多機場在采用傳統的水泥混凝土道面設計方法，顯然已經不能滿足不斷增多的飛機交通量。圖1展示了某機場一年之內機場檢測中道面病害分布。

圖1　某機場道面病害分布圖

1　機場道面設計現狀

機場道面主要是供飛機飛行前準備、起飛、著陸滑行和飛行后維護保養的場地，修建的主要目的是為各種規定型號的飛機提供經濟、安全、耐久以及適用的良好道面結構物。在道面設計中，瀝青混凝土道面由于具有舒適、減震、抗滑和平整等一系列突出的特征，使得其在國際上很多軍用和民用機場中獲得了廣泛的使用。縱觀我國的瀝青混凝土道面機場跑道比例，僅為百分之十幾，和國際上的發達國家之間相差甚遠，而且多為采用水泥混凝土道面，結構類型非常單一［3］。

2　機場道面設計主要方法

2.1CBR經驗法

根據對當前國際和國內常用機場道面設計方法分析，其主要可以分為經驗方法和力學-經驗方法兩種。其中前者采用最為廣泛的主要為CBR法，在該種方法中，CBR值作為路基土和路面材料的參數性能指標，以土基的抗剪強度作為設計指標，控制土基變形以及道面輪轍等損壞模式，然后根據足尺實驗與對現有道面的調查，對“CBR-輪載作用次數-路面結構層厚度”三方面的經驗關系進行構建。利用不同飛機起落架構型的關系曲線，按當量飛機年作用次數和土基的CBR值確定道面的總厚度及其結構層的厚度［4］。

2.2力學-經驗法

過去常采用的力學-經驗法主要是以彈性層狀體系理論作為理論模型，在該理論模型之中，其主要的設計參數為泊松比和彈性模量，而主要的設計控制指標為瀝青層底面的水平拉應變和土基頂面的豎向壓應變分別控制土基的永久變形和瀝青混凝土的疲勞開裂兩種主要的損壞模式。隨著當前道面設計技術的進一步發展，室內外實驗與有限元分析相結合也取得了很多的試驗成果，開始應用于機場瀝青混凝土道面設計的實踐，取得了良好的應用效果。在該種理論中，將道面結構離散成許多小單元，通過數值模擬計算求解傳統彈性層狀體系方法無法考慮的材料非線性、幾何非線形等復雜特性是進行有限元分析的主要思想。

2.3設計方法對比

通過上文的分析，我們發現，當前應用的機場混凝土道面設計的主要方法為經驗法、力學-經驗法兩種，其中前者主要應用的CBR經驗法目前相關的設計理論與技術已經相對成熟，而且在設計過程中不需要設計過多的參數，簡單明了，是目前國內外民用機場應用的主要機場混凝土道面設計方法。隨著當前很多機場的運行負荷增大，CBR只能用來表征土基的抗剪強度，僅與道面的土基破壞這一損壞模式對應，并不能表征道面的疲勞開裂和溫度開裂以及結構的其他各種損壞，其相關的不足之處也開始顯現。傳統使用的力學經驗法可以很好地避免CBR經驗法的不足，能夠表征由于荷載和溫度引起的結構層疲勞開裂，并直接計算基層穩定材料的厚度。

3　當前機場瀝青混凝土道面設計的要點分析

3.1混合交通組成

所謂飛機混合交通的組成，即由各種型號的飛機組成了機場的道面交通，而由于各種機型飛機的起落架幾何構型差別比較大，道面所受到的力也有著較大的差別，在對機場瀝青混凝土道面設計時需要仔細考慮。當前在很多機場道面設計的方法中都對飛機混合交通組成采用了不同的考慮方法，比如，在美國FAA彈性層狀體系設計方法中，就對飛機混合交通組成按照以下兩個步驟進行考慮：

（1）對不同機型對機場道面造成的損壞效應進行仔細計算；

（2）在Miner準則的依據下對道面的累積疲勞損壞效應進行計算，在表示混合交通的影響中，以“累積損壞因子”作為主要的影響指標（注：累積損壞因子Cumulative Damage Factor，CDF）。

3.2多輪起落架荷載

由于不同型號的飛機其主起落架通常是由多個機輪組成，多輪荷載對道面結構產生的力學響應量與單輪荷載產生的有較大差別，設計時需考慮多輪荷載的當量單輪化。圖2為飛機的受力分析示意圖。

圖2　飛機受力分析示意圖

在我國的機場瀝青混凝土道面的設計中主要采用土基頂面的彎沉等效原則的規范，通過該等效原則將多輪荷載轉換成當量單輪荷載。所謂多輪荷載當量單輪化是指假定當量單輪與多輪裝置所有機輪具有相同的接觸面積，在道面結構一定深度處，兩者產生等效的力學響應量。不過該種理論根據實踐分析，還具有一定的不足，需要在實踐中不斷完善。

3.3輪跡橫向分布

在實際情況下，當飛機在機場道面上運行時，其中心線與跑道或者滑行道中心線有著一定的橫向偏離，而機場道面橫斷面上各點實際受到的輪荷重復作用次數并不等于設計飛機的實際運行次數。因此，在對機場瀝青混凝土道面的實際設計中需要對飛機輪荷的輪跡橫向作用分布進行仔細考慮，從而取得更加經濟、科學、合理的道面厚度設計。

3.4環境氣候因素

通常情況下，機場道面都是大面積直接暴露在大氣環境之下，環境中的干濕、冷熱和凍融都對道面產生著一定的作用，因此，環境氣候的影響因素在機場瀝青混凝土道面設計中就不能不予以考慮。目前很多國內外機場在道面設計中都運用了凍深的影響，對道面最小的防凍厚度進行了明確，但對道面大氣降雨、濕度、溫度等因素的考慮并不全面。根據實踐可知，溫度年變化和日變化對道面結構層產生的反復拉應力不可忽視，這些都需要在未來的設計實踐中不斷完善。

4　結　語

綜上所述，要采取積極措施促使瀝青混凝土道面設計質量的提升，筆者建議，面對著亟待完善的設計理論，未來我國可以從以下方面進行改進：一是基于兩種傳統基本設計方法對設計基本理論進行完善；二是對半剛性基層的損壞模式進行深入研究；三是完善設計指標和參數體系，使其更具有參考價值；四是在實踐中不斷探尋更為可靠的設計方式。只有這樣，才能切實提升我國在瀝青混凝土道面設計中的水平，為我國飛機交通的運行安全提供必要的安全保障。

［1］尹向東.機場跑道水泥道面加鋪瀝青混凝土防反射裂縫方法概論［J］.四川建筑科學研究，2014（5）:238-240.

［2］王文林，李約漢.提高機場瀝青混凝土道面施工質量探討［J］.建筑技術開發，2013（8）:46-48，78.

［3］孫九龍.機場瀝青混凝土道面施工質量控制技術［J］.山西建筑，2015（10）:205-206.

［4］文小龍，徐云，張立松，等.機場瀝青混凝土道面病害機理及防護技術［J］.四川建筑，2015（2）:240-241，243.

U416.217

B

1009-7716（2016）07-0082-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.024

2016-01-21

魏曉宇（1982-），男，江蘇揚州人，工程師，研究方向為機場飛行區場道。