民用機場瀝青混凝土道面設計方法探討

【摘要】：目前我國民用機場建設正處在一個高速發展的階段，瀝青道面施工速度快、道面服務水平高、后期維護壓力小的優點日益凸顯。新建、改擴建機場普遍采用瀝青混凝土道面結構的趨勢正在形成。但是，我國民用機場瀝青混凝土道面設計依據-MH5010-1999《民用機場瀝青混凝土道面設計規范》過于陳舊，亟待通過對國內外瀝青路面設計方法的分析并結合機場道面自身特點，建立一套更加完善的民用機場瀝青混凝土道面設計方法。

【關鍵詞】：民用機場；瀝青混凝土道面；厚度設計

0引言

機場瀝青道面是柔性道面。與水泥混凝土剛性路面相比，瀝青道面表面平整無接縫，飛機行駛振動小，噪音低，開放交通快，養護簡便等優點。

我國現階段機場瀝青混凝土道面的設計規范，采用行業標準MH5010-1999《民航機場瀝青混凝土道面設計規范》，此規范在保證瀝青道面的安全、規范施工方面起到重要作用，此規范從運行至今已經十五年的歷程，在這十五年期間無論是公路瀝青路面還是民航瀝青道面都有了飛速的發展和變化，但原規范面在對新機型、新設計理論時存在很多問題。本課題主要針對原規范中落后的部分進行修訂。爭取創建一套關于機場瀝青混凝土道面厚度設計的新方法。

1民用機場設計理論研究現狀

我國機場道面的發展仍處于起步階段，國外機場調查研究機場道面材料中有70%采用瀝青道面，而我國仍由于對瀝青道面研究不足，瀝青道面設計規范陳舊，造成了瀝青道面在機場的應用極少， 近幾年許多機構、高校、學者也對瀝青道面規范中的相應參數進行了研究。

1.1力學效應研究

在力學效應方面，孫建斌、翁興中對軍用機場瀝青混凝土道面結構設計指標研究確定針對軍用機場瀝青道面的典型荷載和典型結構研究，指出對瀝青道面的性能要求主要是強度而不是變形， 結構設計以半剛性基層、底基層的拉應力為主要設計指標， 面層拉應力和剪應力作為一定條件下的驗算指標。劉子鉦、趙鴻鐸在飛機荷載作用下復合道面的結構響應分析中，通過研究大型飛機多輪荷載作用下的機場復合道面結構的力學響應，分析了多輪荷載不同組合方式作用下道面結構的力學響應[1]。張獻民、董倩在飛機主起落架構型對道面力學響應的影響中采用彈性層狀體系理論模型應用有限元軟件。選取了荷載水平相當、主起落架構型差異明顯的飛機，對比分析了飛機主起落架構型變化對跑道全寬度位移、應變、板底拉應力以及土基響應深度的影響[2]。

1.2結構層設計研究

在結構層設計方面，游慶龍、馬靖蓮在不同設計方法對瀝青道面結構設計厚度的影響中以昆明機場為例，對道面結構厚度進行論證[3]。張超、譚立偉在改建機場瀝青混凝土道面設計方法中，通過對彎沉與回彈模量的關系、道面分段、彎沉值、當量回彈模量提高了設計理論的準確性[4]。曲旭光、王建宇在關于瀝青混凝土道面公路飛機跑道結構設計方法的分析與研究中，從公路飛機跑道瀝青混凝土道面結構設計的理論基礎、設計指標、控制標準、道面結構力學響應分析、設計流程及步驟等方面進行分析研究，提出了公路飛機跑道瀝青混凝土道面結構設計方法。

1.3機場瀝青道面損傷及耐久性研究

在機場瀝青道面的損傷和耐久性評價方面，王維、韓利斌借鑒FAA設計理論，在機場道面使用性能預估理論和模型中介紹了道面結構剩余使用壽命、道面狀況指數PCI、道面防滑性系數μ和道面國際平整度指數IRI 常用的衰變模型[6]。趙鴻鐸、凌建明在機場瀝青道面結構設計方法與指標探討中對道面結構設計主要考慮疲勞開裂、輪轍和低溫開裂等損壞模式；以CBR 法為代表的經驗法已不能適應新一代大型飛機復雜起落架的要求， 力學經驗法已成為道面設計方法發展的趨勢[7]。蔡良才、王海服在基于累積損傷的機場道面剩余壽命預測中，建立模型并通過統計分析道面輪跡和道面板荷載應力橫向分布規律，得出了飛機起落架道面通行次數的計算方法在道面板中部荷載應力回歸公式的基礎上，建立了道面板橫向應力分布函數[8]。

2國內民用機場道面研究存在不足分析

1）僅以道面彎沉值作為設計指標，忽略了瀝青混凝土面層和半剛性基層層底拉應力對道面使用壽命的影響。

2）采用設計機型計算道面厚度導致換算過程中偏差增大，最終設計結果精度下降。

3）飛機輪荷橫向累積作用分布系數的確定過于簡單，飛機機輪在道面上的分布規律滿足正態分布，在確定輪荷橫向累積作用分布系數時應采用統計學方法。

4）道面基層、底基層厚度的確定過分依賴于設計人員的經驗，隨機性較大不利于統一設計。

3機場瀝青混凝土道面未來研究方向

1）同時考慮瀝青混凝土道面彎沉值和瀝青混凝土面層和半剛性基層層底拉應力對道面使用壽命的影響研究，確定影響機場瀝青混凝土道面的厚度。

2）采用設計機型計算道面厚度理念，導致換算過程中偏差增大、精度下降；換采用基于Miner定理的累積損傷因子法來確定道面的厚度。

3）基于FAA的理論，采用飛機機輪在道面上的分布規律滿足正態分布的方法，并在確定輪荷橫向累積作用分布系數時采用統計學方法；代替過于簡單的飛機輪荷橫向累積作用分布系數，最終確定新概念下的機場瀝青混凝土道面的厚度。

4）參考設計人員的理念而不全依靠設計人員的理念，從道面承載力、耐久性、使用壽命多因素下分析，確定瀝青混凝土道面厚度的新理論。

參考文獻：

[1] 劉子鉦、趙鴻鐸.飛機荷載作用下復合道面的結構響應分析[D].航空工程，2014.01

[2] 張獻民、董倩.飛機主起落架構型對道面力學響應的影響[D].西南交通大學，2014.08

[3] 游慶龍、馬靖蓮.不同設計方法對瀝青道面結構設計厚度的影響[D].中國民航大學學報，2014.08

[4] 張超、譚立偉.改建機場瀝青混凝土道面設計方法[D].工程力學，2003.01

[5] 曲旭光、王建宇.關于瀝青混凝土道面公路飛機跑道結構設計方法的分析與研究[D].公路工程，2014.04

[6] 王維、韓利斌.機場道面使用性能預估理論和模型[D].中國民航大學學報，2007.04

[7] 趙鴻鐸、凌建明.機場瀝青道面結構設計方法與指標探討[D].同濟大學，2007.10

[8] 蔡良才、王海服.基于累積損傷的機場道面剩余壽命預測[D].交通運輸工程學報，2014.08