高寒地區機場道面的病害及防治研究

路嘉琦

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

高寒地區的氣候有其獨特性，例如晝夜溫差大、冬季寒冷等，正是因為高寒地區氣候的特殊性，所以該地區的機場道面易在冬季受降雨降雪及溫度正負交替變化等因素影響而發生凍融，隨著凍融的循環積累，機場道面會逐漸出現裂縫，在嚴重的情況下還會發生起皮剝落，脫離的碎屑會形成跑道FOD，進而嚴重影響飛機起飛及降落的安全性[1]。因此，為了積累高寒區機場道面病害防治經驗，該文結合實例針對機場道面損壞類型、原因及防治措施進行詳細論述及總結，以供參考。

1 項目概況

某機場建于1979年，共有3座航站樓，其中T1航站樓面積約為7.6萬m2，T2航站樓面積15.5萬m2，臨時國際航站樓2.3萬m2；民航站坪設機位82個，其中E類機位6個；跑道為水泥混凝土結構，長3200 m、寬45 m；可滿足年旅客吞吐量1800萬人次、貨郵吞吐量17.5萬噸、飛機起降14.1萬架次的使用需求。該機場地處高寒地區，氣候呈冬季漫長且寒冷、夏季短暫且涼爽的特點，年評價降水量約595.6 mm，且降雨時間主要集中在每年的6～9月。

該機場是1座國際機場，日常航班運輸量大，任務重，經長期使用，受氣候、天氣以及溫度等因素的影響，該機場跑道道面出現不同程度、不同形式的損壞，例如板塊破裂、板塊邊角碎裂、表面起皮以及脫離等，這樣不僅影響了機場道面的美觀度及平整度，而且也給飛機的起飛及降落帶來一些安全隱患，因此，須及時將損壞的道面修復。

2 機場道面的病害類型及原因

為了確認該機場道面的實際病害類型及損壞程度，派遣專業的檢測隊伍到現場進行實地勘測。根據勘測結果數據顯示，該機場道面病害類型主要可分為裂縫類病害、變形類病害以及表面損壞類病害3類，都是比較常見、典型的病害，具體損壞情況如下所述。

2.1 裂縫類病害

該機場道面的裂縫類損壞主要表現為裂縫將整塊的道面板裂分成多塊（圖1），裂縫深度1 cm～5 cm，導致道路整體抗壓能力降低。根據現場裂縫情況分析其成因：1）隨著飛機技術不斷進步，為滿足運載需要，飛機的體積及質量也逐漸增大，這就導致起輪載質量逐漸超出了道面的承載力及抗壓能力，進而出現裂縫。2）由于機場基礎設施投入使用年限比較長，隨著機場客運量的逐漸增加，地基的支撐能力減弱，慢慢出現裂縫。3）由于長期的自然因素（例如惡劣天氣、凍融等）影響而導致裂縫類損壞。

圖1 道面裂縫損壞現場圖

2.2 變形類病害

該機場的道面的變形類損壞主要變形為整個道面板塊從某一方向發生了整體性的偏移（例如隆起、錯臺以及凹陷），而道面板塊仍然處于完整狀態，并沒有出現損壞。因為這種變形類病害會給飛機起飛及降落帶來很大的安全隱患，也會使飛機產生顛簸感而影響乘客乘坐的舒適性，所以也必須進行修復[2]。導致變形類病害發生的主要原因有以下4點：1）因地基長期使用中出現下沉而使機場道面個別區域發生整板下沉凹陷，這便會嚴重影響整個道面的平整度。2）因跑道底部連接縫間的填縫料過期失效或丟失而使相鄰兩塊道面板之間在水平方向上失去傳送荷載能力，進而造成道面連接縫位置出現高度差，形成錯臺。3）因接縫見的鑲嵌料丟失或過期失效造成道面的底板位置出現脫空，形成潮泥類變形。4）因該機場地處高寒區，夏季、冬季的晝夜溫差較大，而水泥混凝土機場跑道的比熱容比較小，在熱脹冷縮的作用下跑道出現隆起變形。道面變形如圖2所示。

圖2 道面變形現場圖

2.3 表面損壞類病害

表面損壞類病害主要表現為跑道表層或道面板塊上層出現一些損壞，但是這些損壞并不影響跑道的承載效果，而是影響跑道的外觀美觀度及平整度。該病害產生的主要原因有以下3點：1）水泥混凝土材料質量比較低劣，在長期使用及日照下，跑道表面出現許多裂紋；2）因施工建設期間，水泥混凝土配制比例不合理，使跑道使用期間逐漸出現許多細微的坑槽和坑洞；3）因跑道面層涂抹的材料耐磨性比較差或跑道使用時間過長而使跑道道面摩擦系數降低，形成磨光現象。

3 道面病害修復方案及試驗比選

3.1 修復方案

因為該機場日常運輸任務重，停運修復的成本太高。所以，此次道面修復需要綜合考慮修復成本、道面損壞情況，在保證機場正常營運等因素的基礎上選擇合適的修復方案，及時有效修復好道面損壞部位，在保證道面修復質量的基礎上，盡可能地減少占用交通要道和飛行區的時間，保證機場的飛機可以正常起飛、降落。基于此，最終確定采用快干早強混凝土修復的方案，具體施工流程如圖3所示。

圖3 道面修復施工流程圖

3.2 試驗比選

3.2.1 水泥材料比選

水泥混凝土因其具有強度高、承受荷載高以及耐久性好等優點，在機場道路建設及修補中應用廣泛。但是普通的硅酸鹽水泥強度增長比較慢，不適合機場的不停航施工要求。同時，經民航局批準要求施工時間為0時至早晨8時，連續20d完成所有修復工作。也要求修復后3h抗折強度>3.5MPa，3h抗壓強度≥30 MPa。為能在8 h內順利完成快速修復并保證獲得良好的修復效果，快干水泥材料的選用是關鍵，因此選擇市面上常用的幾種快干水泥材料進行了性能對比（表1），經對比，最終確定選擇第三種快干速凝水泥。

表1 快干水泥材料比選

3.2.2 配合比比選

快干水泥材料確定后，現場使用試驗設備根據此次修復施工的特點，對快干早強混凝土的配合比進行了反復試驗對比，最終確定以粒徑4.75 mm～31.5 mm的碎石作為骨料，具體配合比見表2。

表2 快干早強混凝土配合比

4 快干早強混凝土修復施工要點

4.1 關閉交通

為了保證道面修復工作安全、順利地進行，須在正式修復前，根據機場施工專用的關閉標志及臨時圍擋等將修復施工區域臨時封閉隔離起來。

4.2 劃線切割

根據道面修復方案中的要求，在道面擬修補區域劃線，劃線應劃成規則的幾何圖形，禁止出現出現銳角，且修補區域的最小寬度應≥50 cm。

待劃好幾何圖形后，使用混凝土切割鋸順著幾何圖形的線進行切割。根據現場道面損壞程度及民航技術文件MH5006-2002的要求，確定這次切割的深度為12cm。在切割過程中要保持順直平整，不能出現毛刺或歪斜[3]。

4.3 破碎鑿除

切割完水泥混凝土道面的同時，為了方便及時清理，使用風鎬等設備對切割下來的跑道面板進行破碎處理，破碎深度為12cm。對比較大的跑道面板，應先用切割鋸將其切割成小塊的，再進行破碎。同時，使用鏟車+人工方式將破碎鑿除的水泥混凝土碎石清理掉，做到一邊破碎一邊裝車，以防形成FOD影響飛機起飛及降落安全。另外，在破碎過程中，施工人員要注意避開燈具及管線等，并對四周道面進行必要保護。

4.4 基層處理

先初步清理干凈坑槽中的剩余碎石塊及雜物，再使用空壓機輸送高壓風對基礎進行進一步清理，保證坑槽中沒有任何雜物及灰塵[4]。

4.5 刷水泥漿

使用空壓機高壓風對基層進行清理后，使用素水泥漿對坑槽底部和四個邊都涂刷一遍，改善界面條件，以便優化后續快速修補效果。

4.6 快干早強混凝土澆筑

做完上述前期處理工作后，開始準備現場拌制快干早強混凝土，并進行澆筑：1）現場拌制。鑒于傳統混凝土拌制方法具有耗時長、須長距離運輸、易浪費材料、計量誤差較大等缺點，不適合此次快速修補施工。因此采用2臺生產能力12 m3的混凝土智能一體車在現場現用現拌、現拌現澆筑。同時，準備拌制的混凝土料時，須根據當天設計的需求量多備20%的料，以防因損耗等導致備料不足，進而影響施工進度。2）快干早強混凝土澆筑采取雙層對稱澆筑施工法進行現場澆筑施工，即將2臺混凝土智能一體車開到現場進行對稱布置施工，分層澆筑共分2層，第一層的澆筑厚度控制在15 cm，第二層澆筑厚度控制在25 cm。澆筑完第一層混凝土后，要及時布置鋼筋網片進行補強，然后澆筑第二層混凝土，并且需要在第一層混凝土初凝前完成第二層混凝土澆筑，以防產生冷縫。同時，整個混凝土澆筑的順序是自修復位置的一側向另一側依次進行澆筑。3）在快干早強混凝土澆筑過程中，使用2根高頻插入式振搗棒跟隨著出料口邊澆筑邊進行振搗。振搗棒插點要均勻，且每處須振搗20s～30s，以防漏振，直至混凝土不再出現下沉，氣泡開始泛漿[5]。4）在澆筑快干早強混凝土到達設計高程，且使用高頻振搗棒振搗結束后，使用雙鋼管振動梁對混凝土面做提漿找平處理。在找平過程中，對道面板邊位置溢流出來的混凝土漿液須及時清理，對振動梁前面多余的混凝土料應使用鐵鍬及時鏟去，以防余料積累影響振動梁正常前進。如果有部位缺料，則須及時補充混凝土料，并用振動梁進行振動找平。振動梁提漿找平須進行兩遍，以保證找平質量。5）完成提漿找平后，使用鋁合金刮杠對混凝土面做刮搓處理，且刮搓前須清理干凈臨板邊上的水泥漿，缺料的位置須用混凝土骨料填補好后再刮搓，多料的位置使用鐵鍬及時鏟去。做完刮搓后，再用塑料抹子及鐵抹子各抹兩遍進行收面。

4.7 拉毛

待對快干早強混凝土做完找平、抹光、收面后，且混凝土初凝后使用拉紋器對修補位置混凝土做拉毛處理，拉毛深度以1mm～2mm為宜。

4.8 養生

用手按壓混凝土表面沒有手印，且開始發熱后，馬上使用噴霧器進行灑水養護。養護初期應將噴霧器的噴頭向上噴水，使水霧自然下落至混凝土表面，不能直接用噴頭對準混凝土表面噴水。養護時間≥3h，養護期間須確保混凝土表面始終保持濕潤[6]。

4.9 切縫灌縫

混凝土澆筑完成2 h～2.5 h后，施工人員即可對修補道面位置進行切縫刻槽，以防出現收縮裂縫。

切縫結束后，施工人員要使用自流平性能好、黏結度高、抗位移性能好的硅酮灌縫膠對混凝土面板之間的縫隙進行灌縫處理。首先將縫隙中雜物、石屑等清理干凈，然后使用特制的保溫型智能灌縫機將硅酮灌封膠灌到縫隙中，并根據縫隙的深度及寬度調節出膠量，確保硅酮灌封膠跟縫隙緊密粘合，防止滲水；并且灌封膠的表面要比道面低3mm～6mm，以保證嵌縫表面整潔、美觀[7]。

4.1 0 標線恢復

完成道面灌縫后，根據民航機場標線規范采用助推式劃線機噴涂+人工噴涂的方式對道面標線進行及時恢復。對道面編號、機型號碼等標志需使用專業的標志模板進行噴涂恢復。如果劃線過程中遇到道面潮濕的情況，須使用烘干機先將道烘干后，再畫標線。另外，畫的標線必須要線條流暢、線形規則、色澤及漆膜厚度要跟原標線保持一致，禁止出現皺紋、斑點、氣泡、開裂、起皮及松脫等現象[8]。

5 結論

綜上所述，快干早強混凝土養護4h后，經現場檢測3h抗壓強度達到35MPa，3h抗折強度達到3.6MPa，均滿足修復后3h抗折強度>3.5MPa、3h抗壓強度≥30MPa的要求，說明此次快速修補方案取得了良好的效果。同時，施工時間嚴格按照批準的施工時間（0時至早晨8時）執行，未影響航班正常運營，效益良好。

因為快干早強混凝土的終凝時間比較短，所以在應用快干早強混凝土時建議在夜晚進行施工，避開在白天溫度高時進行施工，這樣既有利于混凝土養護，也可預防混凝土表面出現龜裂。