機場自融雪混凝土道面施工技術(shù)研究

孫 中 軍

(中國人民解放軍93055部隊，遼寧 沈陽 110021)

0 引言

機場道面積雪會威脅飛機飛行安全，影響道面使用壽命，是機場常見運行災(zāi)害之一。傳統(tǒng)機場道面融雪化冰方法主要包括人工、機械、化學(xué)等方式，如人工掃雪、撒氯鹽融雪劑、航空發(fā)動機高溫吹融，但這些方法或效率低、或危害道面、或成本巨大，都存在一定問題[1-3]。利用能源轉(zhuǎn)換實現(xiàn)道面的自發(fā)熱融雪技術(shù)是當前解決機場道面積雪的熱點研究領(lǐng)域。北京新機場結(jié)合民航科技創(chuàng)新引導(dǎo)資金重大專項《自融雪加熱道面建造工藝與配套裝置關(guān)鍵技術(shù)研究》，首次在國內(nèi)新機場道面進行大面積施工試驗，對自融雪混凝土道面施工技術(shù)進行了深入研究，為后續(xù)機場道面自融雪技術(shù)推廣應(yīng)用提供有力支撐。

1 工程概況

1.1 基本情況

北京新機場位于永定河北岸，北京市大興區(qū)榆垡鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)和河北廊坊市廣陽區(qū)之間。本試驗段位于貨運停機坪，道面結(jié)構(gòu)自上而下依次為42 cm混凝土面層，40 cm水泥穩(wěn)定層，30 cm山皮石墊層。試驗段施工時間為2017年11月10日～2017年12月31日，白天0 ℃～7 ℃，夜間大部分時間都處在0 ℃以下。期間共完成熱導(dǎo)管區(qū)域混凝土澆筑3 660 m2，非熱導(dǎo)管區(qū)域混凝土澆筑942.5 m2，澆筑混凝土總面積4 602.5 m2，澆筑混凝土總量1 933.05 m3，首次將導(dǎo)熱管鉆孔、安裝、灌漿、混凝土澆筑等施工工序全面結(jié)合。

1.2 原材料

混凝土原材料主要包括水泥、粗集料、細集料、水、添加劑。1)水泥：北京金隅水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。2)粗集料：4.75 mm～19 mm，19 mm～31.5 mm兩級配碎石。壓碎指標、針片狀含量、含泥量、堿活性均滿足施工規(guī)范要求。3)細集料：水洗兩遍的潔凈河砂，細度模數(shù)3.0，為Ⅱ區(qū)中粗砂。4)水：飲用水：pH值7.7。5)外加劑：奈系混凝土引氣減水劑。

1.3 混凝土配合比

設(shè)計要求道面混凝土28 d齡期抗折強度為5.0 MPa，強度等級不低于C30的抗壓強度要求，滿足凍融循環(huán)250次要求。按設(shè)計要求和相關(guān)標準，經(jīng)試驗得到混凝土設(shè)計配合比：水泥330 kg，細集料611 kg，粗集料1 425 kg，水132 kg，外加劑6.6 kg，水灰比為0.40，砂率為0.30。實測混凝土試件容重2 485 kg/m3，7 d抗折強度5.4 MPa、抗壓強度33.6 MPa；28 d抗折強度6.4 MPa、抗壓強度43.2 MPa。

1.4 自融雪技術(shù)原理

混凝土道面工程自融雪是在混凝土道面中埋設(shè)無機工質(zhì)傳熱導(dǎo)管，其工作機理是利用熱導(dǎo)管將地下土壤的熱量傳導(dǎo)給混凝土道面，在低溫時能保障混凝土道面的溫度高于0 ℃以上，遇有下雪天氣，可以使飄落在混凝土道面板上的雪融化，從而防止道面積雪結(jié)冰。11月13日正式展開施工進行鉆孔、安裝熱導(dǎo)管，11月21日澆筑第一條混凝土，隨后進入正常施工程序，于12月19日完成最后一條混凝土澆筑，施工歷時36 d，完成熱導(dǎo)管區(qū)域鉆孔4 729個，安裝熱導(dǎo)管4 729根。

1.5 施工重難點

1)鉆孔：采用軌道沖擊鉆機，如圖1所示。鉆機配備了直徑75 mm的鉆頭，鉆孔直徑達到80 mm，一次性成孔深度為11.5 m，另配備一臺基層破碎沖擊鉆機專用水泥碎石基層的沖擊破碎，先于鉆孔進行鉆孔破碎基層，加快鉆孔的速度。

2)混凝土振搗：熱導(dǎo)管平面布設(shè)橫向間距30 cm，距面層頂面最小距離為6.4 cm，常規(guī)垂直排式振實機不能滿足混凝土振搗技術(shù)要求。經(jīng)現(xiàn)場實際操作驗證，L型平行振實機和維特根P500攤鋪機能夠較好滿足混凝土布料設(shè)計要求。

2 施工工藝

2.1 導(dǎo)熱管鉆孔下管

導(dǎo)熱管鉆孔下管在山皮石墊層、水泥穩(wěn)定層施工完成后，混凝土面層施工前進行。

1)在鉆孔前先定點放線，測量確定鉆孔位置。

2)鉆孔過程中，應(yīng)注意鉆孔深度控制在下管深度加0.5 m，以避免沉渣對下管影響。

3)鉆孔后及時清理孔內(nèi)殘渣，并進行保護。

4)下管時應(yīng)保持管頭清潔，防止雜物堵塞。

5)為確保導(dǎo)熱管周圍有密實介質(zhì)將地層熱量傳遞給導(dǎo)熱管，注漿必須密實，確保孔內(nèi)空氣全部排出孔外。

6)為保證導(dǎo)熱管系統(tǒng)安裝完成后的穩(wěn)定性，水泥穩(wěn)定層以上熱導(dǎo)管需要設(shè)置導(dǎo)熱管支架固定，如圖2所示。

2.2 支模

面層模板支立工作在鉆孔作業(yè)前進行，一是可以確定直線位置，鉆孔機械行進時可以用模板作為參照；二是可以為導(dǎo)熱管下管提供參照，保證熱管至混凝土面層的距離。模板應(yīng)架設(shè)牢固，高程誤差不超2 mm，模板與基礎(chǔ)表面之間空隙用同標號砂漿填塞密實，混凝土澆筑前將模板內(nèi)雜物清除干凈，模板涂刷脫模劑。

2.3 攪拌

混凝土攪拌應(yīng)嚴格按照施工配合比及攪拌標準進行。1)水泥混凝土攪拌前，需測定砂石含水量，根據(jù)實際含水量調(diào)整施工配合比。2)攪拌時的投料順序為：砂、水泥、碎石。進料后，邊攪拌邊加水，同時加入外加劑，攪拌時間不小于90 s。3)施工開始及攪拌過程中按頻率檢驗坍落度(維勃稠度)，混凝土拌和物均勻一致。4)混凝土采用15 t自卸車運輸，運輸前先用水濕潤車箱，停止后沖洗車廂，使混凝土運輸能力與混凝土生產(chǎn)能力匹配。

2.4 攤鋪

混凝土攤鋪前提前將倉格內(nèi)清掃干凈，檢查導(dǎo)熱管安裝是否滿足設(shè)計要求。本次試驗段采用挖機和人工配合攤鋪混凝土的方法，圖3為攤鋪作業(yè)。攤鋪混凝土?xí)r倉格內(nèi)已經(jīng)安裝熱導(dǎo)管，導(dǎo)致自卸車無法直接進入倉格內(nèi)，故采用大型挖掘機在自卸車上直接挖裝混凝土攤鋪至倉格內(nèi)，模板及企口部位用鐵鍬反扣放一些細料，攤鋪中嚴禁拋擲耙子，防止混凝土離析。

2.5 振搗

本次試驗段是采用我部自主研發(fā)的垂直排式振實機，如圖4所示。在混凝土攤鋪一段距離即進行垂直式振搗，首先在兩熱導(dǎo)管之間30 cm處設(shè)定基準線，振實機行進到設(shè)定的基準線時將振搗棒插入，振搗30 s時提起行進30 cm到下一個標準基線 繼續(xù)重復(fù)上一個循環(huán)振搗，依次反復(fù)。改進型垂直排式振實機振搗時間以混凝土表面不再下沉，無氣泡冒出為準，上下一次振搗時間約為30 s，行進30 cm到下一個振搗點定位需要20 s左右，每30 cm循環(huán)一次需要50 s左右，行進速度為每分鐘0.36 m，相對于正常混凝土施工每分鐘0.8 m降效2倍左右。

2.6 養(yǎng)護

混凝土面層整平、做面、拉毛切縫等施工工序與常規(guī)混凝土面層施工基本相同。由于試驗段現(xiàn)場施工溫度較低，已經(jīng)進入冬季施工狀態(tài)，為此采取了保溫養(yǎng)護措施。在道面切縫完成后，采取灑水覆蓋塑料薄膜、無紡布、電熱毯、一布一膜、棉氈養(yǎng)護，養(yǎng)護期間道面混凝土平均溫度在18 ℃～22 ℃之間，養(yǎng)護10 d后取出電熱毯繼續(xù)覆蓋養(yǎng)護4 d，達到14 d養(yǎng)護期，取消保溫覆蓋層。就此試驗段來看，養(yǎng)護效果良好，混凝土強度達到設(shè)計標準。

3 結(jié)語

本文以實際工程為依托，通過試驗段施工探索了自融雪混凝土道面施工技術(shù)，與常規(guī)混凝土道面施工相比，應(yīng)重點關(guān)注導(dǎo)熱管和混凝土振搗工藝，通過現(xiàn)場驗證發(fā)現(xiàn)：

1)軌道水式鉆機移動不靈活，有少量泥漿污染、邊孔端部有5個孔需采取專門工藝完成，但定位準確、不易縮孔，便于快速安裝熱導(dǎo)管，且施工進度快。軌道式鉆機每條100延米按640個孔出渣5 m3，按跑道3 800 m×60 m計出渣總量2 280 m3。

2)垂直排式振實機滿足熱導(dǎo)管條件下的工藝流程，振搗效果由于增加振搗棒優(yōu)于常規(guī)的振搗，熱導(dǎo)管間距30 cm，振實機行進間隔30 cm，一次垂直插入提起振搗不損壞熱導(dǎo)管，振搗間距符合要求振搗密實，表層混凝土漿符合施工設(shè)計要求。