某大型繁忙機場跑道大修工程設計分析

譚悅（上海虹橋國際機場公司，上海　200335）

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某大型繁忙機場跑道大修工程設計分析

譚悅
（上海虹橋國際機場公司，上海200335）

摘要：以虹橋機場東跑道大修工程為例，闡述了大修方案提出的技術依據和基礎條件，介紹了方案設計中應重點考慮的關鍵因素，論證了所擬方案的技術合理性，最終形成完整的大修技術方案，為類似工程方案設計提供了參考。

關鍵詞：機場，跑道，道面基礎，方案設計，瀝青面層

0　引言

隨著我國民航運輸量的飛速增長，大型、超大型機場越來越多。由于既有道面的不斷老化，很多機場跑道需要大修來恢復道面性能。鑒于我國國情，大部分新建機場采用水泥混凝土道面，所以大修一般采用“白+黑”形式。而加鋪后的黑色道面使用年限一般為10年左右，到年限后還要再次大修。這是一個不斷循環的過程。越是繁忙機場，這種需求就越是急迫。以虹橋機場東跑道為例，已于2011年完成了第4次加鋪工程。

虹橋機場東跑道始建于20世紀20年代，為水泥混凝土道面結構。后歷經多次改建和大修，目前已成為典型的復合道面結構，其中瀝青加鋪層厚達28 cm。自2005年第三次加鋪改造以來，該跑道一直承擔了大量的航班起降運行任務。經過5年的運行使用，現有道面損壞日趨嚴重，裂縫長度和范圍在加速擴展，各類突發性損壞事件也呈逐年攀升趨勢。為有效確保運行安全，必須及時對東跑道進行全面大修。

本文以跑道大修工程為背景，分析一個大型繁忙機場大修改造的前期評估、方案設計和組織管理等，為其他類似案例提供技術支持和借鑒。

1　既有跑道評價分析

1.1道面基礎條件

道面基礎為面層結構提供均勻、穩定的支撐。根據道面歷年評估和鉆芯取樣的測試結果，當前虹橋機場東跑道基礎主要存在以下三方面問題：

1）基礎局部脫空。

東跑道建設初期采用20 cm～25 cm塊石基礎，但1987年地勘和1995年地質雷達探測結果均表明塊石層厚度達到32 cm～56 cm，這說明塊石嵌入土基現象非常嚴重，塊石基礎已無法作為獨立的結構層承擔上部荷載。

2）基礎均勻性差。

自2005年加鋪后，機場方對跑道逐年進行HWD彎沉測試，其結果如表1所示。

表1　東跑道歷年HWD彎沉測試結果

從表1中可以看出，在歷次檢測中跑道彎沉的變異性較大，如在2009年10月測試的數據中，D0點彎沉值最小為104 μm，最大為366 μm，是前者的3.5倍。在面層結構相同的情況下，這反映出了跑道基礎強度的不均勻。

3）基礎強度偏低。

以2009年10月跑道實測彎沉的平均值進行反算，獲得基礎強度約為50 MN/m3。基礎強度屬于“低強度”等級［1］。若進一步考慮到彎沉測試結果的變異性（變異系數高達20%），有理由推斷，東跑道部分區域的基礎強度將不足50 MN/m3。因此可以認為當前跑道機場整體強度不足。

綜上所述，目前跑道基礎的強度和均勻性不足，需要對基礎進行補強加固。考慮到跑道不停航運行的需要，注漿加固成為其最佳方案。

1.2面層狀況分析

1）舊水泥混凝土板狀況評價。

跑道自2005年加鋪后歷次HWD彎沉測試的結果如圖1所示。從圖1中可以看出，道面彎沉值增長并不顯著，特別是加載點以外的彎沉，歷次測試中表現為等額差值。這主要是受測試荷載、氣溫等環境因素的影響。由此可以推測既有道面結構整體性能穩定，混凝土板塊的承載能力未發生顯著衰減。

圖1　歷年道面彎沉測試結果

根據上述分析，可以認為既有混凝土板塊性能穩定，是構成道面整體承載能力的一個重要組成部分，但是考慮到其超齡服役和單雙層板的實際情況，在結構補強設計中，為保守起見將其作為既有道面基層考慮。

2）瀝青混凝土加鋪層狀況評價。

為探明既有道面瀝青混凝土加鋪層的結構狀況和混合料性能，在跑道范圍內共鉆取15個芯樣。根據芯樣外觀和混合料分層狀況，可以獲得以下主要結論：

a.芯樣整體性較好，沒有出現整體松散的芯樣。

b.芯樣瀝青面層分三層結構，相應的混合料類型自上而下分別為SMA-16，AC-16和AC-20（見表2），其中SMA-16為2005年鋪設，而AC-16和AC-20則為1991年首次加鋪層。

表2　東跑道瀝青面層結構組合　mm

利用所取芯樣對瀝青混合料進行性能測試，并將測試結果與設計規范要求進行對比［2］，以評定道面混合料的技術性能，結果如表3所示。

表3　道面瀝青混合料性能測試結果

從上述結果可以看出，上面層SMA-16混合料的各項性能基本處于可控狀態，但材料級配發生較大偏差，粗集料含量減少，空隙率增大，并已經接近滲水、松散的邊緣。而中、下面層AC混合料性能衰減十分顯著，水穩定性、抗松散能力等均無法滿足規范要求，并且其集料級配已嚴重偏離設計規范范圍。

2　方案形成與設計

2.1方案形成

虹橋機場現有運行航班量已大大超過單跑道容量，若關閉東跑道實施大修工程，將對機場和航空公司運行造成巨大壓力和深遠影響。因此，本次跑道大修方案只能選擇可在不停航條件下組織實施的方案。

經專家組織討論，最終認為中厚層加鋪方案最為合適，即對現有道面直接加鋪12 cm厚瀝青混凝土。

2.2方案論證

根據所擬訂的大修方案，分別從瀝青道面車轍和疲勞開裂兩方面，對其結構合理性進行論證分析：

1）道面車轍預估。

跑道再次加鋪后，瀝青層總厚度將達到35 cm～40 cm，因此道面在設計年限內的車轍預估與控制就成為本次方案設計中需要重點論證的因素之一。

在論證分析中，以B747-400和B777-300ER兩種機型作為荷載條件，采用文獻［4］［5］的方法分別對加鋪后瀝青面層的溫度分布和車轍進行預估，結果如表4所示。

從預估結果可以看出，在設計使用壽命10年內，加鋪后瀝青道面最大車轍為5.27 mm，滿足道面平整度的要求［1］。

2）道面疲勞開裂控制。

在分析中，仍采用B747-400和B777-300ER兩種機型作為荷載條件，計算瀝青面層中可能出現的最大彎拉應力，結果如表5所示。

表4　瀝青面層車轍預估　mm

表5　瀝青面層最大拉應力

采用我國《公路瀝青路面設計規范》中的方法計算瀝青面層不同使用時間的容許拉應力［6］，結果如表6所示。

表6　瀝青面層容許拉應力

從上述計算結果可以判定，在既有交通荷載水平下，瀝青加鋪層的使用壽命能達到15年以上，遠遠高于其設計壽命。

2.3方案設計

根據上述結構合理性論證，同時結合既有跑道基礎狀況和注漿試驗成果，最終擬訂以下大修設計方案：

1）基礎注漿。

對跑道道面45 m寬范圍內以及跑道東側各聯絡道接坡段的塊石基礎進行注漿加固處理，基礎注漿面積為182 495 m2。

2）瀝青混凝土加鋪層。

道面：加鋪結構采用1 cm厚同步橡膠瀝青碎石封層+不等厚度AC-20改性瀝青混凝土+滿鋪玻纖格柵+5 cm厚復合改性SMA-13瀝青混凝土。

3　結語

由于虹橋機場東跑道的典型性和代表性，本文以虹橋機場東跑道大修工程為案例，分析了大型繁忙機場跑道大修工程從前期道面性能評估，到后期改造方案選擇及判斷分析，可為我國其他機場類似工程提供借鑒和參考。

參考文獻：

［1］MH/T 5024—2009，民用機場道面評價管理技術規范［S］.

［2］MH 5010—1999，民用機場瀝青混凝土道面設計規范［S］.

［3］MH 5001—2013，民用機場飛行區技術標準［S］.

［4］孫立軍，秦健.瀝青路面溫度場的預估模型［J］.同濟大學學報（自然科學版），2006，34（4）：480-483.

［5］AASHTO，Guide for design of new and rehabilitated pavement structures［S］.

［6］JIG D50—2006，公路瀝青路面設計規范［S］.

Analysis on large-scale maintenance engineering of the busy airport runway

Tan Yue
（Shanghai Hongqiao International Airport Company，Shanghai 200335，China）

Abstract：Taking Hongqiao airport runway maintenance engineering as an example，the paper describes the maintenance scheme technology basis and foundation conditions，introduces major design factors，discusses the rationality of the technological scheme，and finally puts forward maintenance technology scheme，which has provided some guidance for similar engineering scheme design.

Key words：airport，runway，pavement foundation，scheme design，asphalt layer

中圖分類號：U416

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0126-02

收稿日期：2015-12-16

作者簡介：譚悅（1984-），男，博士，工程師