機場跑道道面結構性能評價及基礎注漿處治效果分析

張 濤

太原國際機場有限責任公司 山西 太原 030051

近年來，我國航空運輸業蓬勃發展，跑道作為航空運輸不可或缺的一部分，其道面結構性能對飛機運行安全至關重要。因此，需定期對跑道道面結構性能進行檢測，及時發現問題并處治[1]。本文針對華北地區某機場，采用HWD與探地雷達開展跑道道面結構性能評價，基于評價結果發現跑道部分區域道面結構性能不足，提出采用基礎注漿的處治方法來提升道面結構性能，并對注漿效果進行分析；對保障飛機運行安全、延長跑道使用壽命具有重要意義。

1 跑道道面結構性能評價

1.1 基于HWD的道面結構性能評價

重錘式彎沉儀（HWD）是國際上民用機場、公路、市政道路等工程領域應用最為廣泛的無損檢測設備，HWD通過落錘對跑道施加的沖擊荷載能夠較好模擬飛機對跑道的沖擊過程。通過分布于距HWD荷載中心不同距離的傳感器記錄跑道在沖擊荷載作用下的彎沉響應，來評價跑道道面及基礎的強度。另外，還可采用HWD對跑道道面結構整體性進行評價，如：通過測試水泥道面板板邊中點和板中受荷時的彎沉值，可明確水泥道面板底是否存在脫空；同時，可基于水泥道面板接縫處受荷與未受荷板的彎沉值評價水泥道面板接縫傳荷能力。

1.1.1 道面結構狀況

采用HWD對跑道中心線西側第一幅道面板（W1測線）和東側第二幅道面板（E2測線）進行彎沉測試，并計算道面板接縫傳荷系數（LTE）與脫空系數。LTE、脫空系數計算方法及道面板底脫空判定標準參照《民用機場道面評價管理技術規范》（MH/T 5024-2019）。

跑道兩條測線的LTE及脫空系數縱向分布情況如圖1與圖2所示。通過對測試結果分析可以發現，W1測線上23%的測點存在明顯脫空，主要出現在0-140m、800-1400m和2000-3000m區段（此處及下文所述區段均是指距跑道13端距離）；同時，可以發現在明顯脫空區段道面板接縫傳荷能力也出現明顯下降；特別是800-1400m區段道面結構性能下降較其他區域更為明顯。另外，E2測線上僅有6%的測點存在明顯脫空，且出現道面板接縫傳荷能力下降區域的范圍較小，E2測線道面結構整體性較好。

圖1 跑道W1測線傳荷及脫空系數分布圖

圖2 跑道E2測線傳荷及脫空系數分布圖

1.1.2 道面承載能力

沖擊勁度模量（ISM）是反映道面及其基礎對飛機運行的綜合支撐作用指標，它是通過HWD施荷重量除以受荷處彎沉值得出；ISM值越大，表明該區域道面和基礎的綜合支撐作用越強；反之，則表明道面和基礎的綜合支撐作用越弱[2]。

本文對跑道0-140m、800-1400m和2000-3000m三個存在明顯脫空區段以及跑道全長范圍兩次檢測（2016年與2019年）的ISM均值進行對比分析，統計結果如表1所示。

由表1可知，除0-140m區段兩次檢測的ISM均值基本一致外，其他區段ISM均值均有不同程度下降；而且800-1400m區段ISM均值下降比例高于其他區段，表明該區段道面承載能力衰減速度高于其他區段，進一步驗證了上文得到“該區段道面結構性能下降較其他區域更為明顯”的結論。同時，通過對比各區段ISM均值與跑道全長ISM均值的下降比例，可以得到，W1測線800-1400m區段、2000-3000m區段、E2測線800-1400m區段道面承載能力的衰減速度高于跑道整體，故這些區段較跑道整體而言更易發生病害，應及時采取處治措施。

表1 跑道不同區段ISM均值統計表（單位：kN/mm）

2 跑道基礎注漿區域確定

通過HWD和探地雷達對跑道道面結構性能測試及綜合分析[3]，結果表明：距跑道0-140m、800-1400m和2000-3000m區段內道面板底普遍存在明顯脫空；并且與2016年相比，除0-140m區段道面承載能力基本保持不變外，其余各區段道面承載能力均表現出不同程度的下降。因此，本次選擇對跑道0-140m、800-1400m和2000-3000m區段的中心線兩側各兩幅道面板進行基礎注漿處治，以改善道面結構狀況、提高道面承載能力。

3 跑道基礎注漿效果分析

跑道基礎注漿工程于2020年完成，采用HWD對跑道基礎注漿區域內135塊道面板的結構性能進行彎沉測試，通過注漿前后道面結構狀況和承載能力的對比，分析基礎注漿對跑道道面結構性能的提升效果[4]。

3.1 道面承載能力提升效果

通過對彎沉測試數據整理分析，得到跑道注漿區域內中心線西側第一幅道面板（W1測線）與東側第二幅道面板（E2測線）的ISM值縱向分布情況及其與2019年該區域道面ISM值（注漿前）的對比情況，結果如圖3所示。計算跑道注漿區域內兩條彎沉測線不同區段注漿前后的ISM均值，結果如表2所示。

圖3 跑道注漿區域ISM值分布圖

表2 跑道各注漿區段ISM均值統計表（單位：kN/mm）

上述分析、統計結果表明，個別測點注漿后的ISM值小于注漿前，其原因可能是彎沉測試時注漿的基礎強度尚未穩定，或是測試過程中測點定位、儀器設備等誤差造成。但整體而言，跑道基礎注漿區域的道面承載能力相比于2019年有一定程度提升，其中，跑道中心線西側第一幅道面板（W1測線）ISM均值整體提升6.3%；中心線東側第二幅道面板（E2測線）ISM均值整體提升2.5%。另外，跑道800-1400m區段（脫空嚴重區段）內注漿對道面承載能力提升效果最為明顯，其中W1測線該區段的ISM均值提升率高達13.9%。

綜上所述，基礎注漿可顯著提升跑道道面的承載能力，特別是對脫空嚴重區段的提升效果最為明顯。

3.2 道面結構狀況改善效果

3.2.1 道面板底脫空狀況分析

根據彎沉測試結果計算道面板脫空系數，并對跑道各注漿區段注漿前后的脫空道面板塊數量進行統計[5]，結果如表3所示。

表3 跑道各注漿區段注漿前后脫空道面板塊數量統計表

由表3統計結果發現，跑道W1測線檢測范圍內脫空道面板數由注漿前的39下降至注漿后的2，脫空率由43.8%下降至2.2%，下降幅度高達41.6%；跑道E2測線檢測范圍內脫空道面板數由注漿前的4下降至注漿后的0，脫空率由8.7%下降至0，由于E2測線本身脫空不及W1測線嚴重，所以脫空率比例下降幅度僅為8.7%。基于上述分析結果可以得到，基礎注漿可有效改善跑道道面板底脫空狀況。

3.2.2 道面板接縫傳荷能力分析

根據彎沉測試結果計算并統計跑道各注漿區段注漿前后的LTE，統計結果如表4所示。可以發現，注漿后各區段的LTE均有不同程度提高，這表明基礎注漿可以提升道面板接縫傳荷能力，而且對注漿前LTE較小的區段提升效果最明顯，但對注漿前LTE較大的區段提升效果一般；當LTE小于0.6時，基礎注漿對LTE提升比例最高可達22.8%；當LTE大于0.8時，基礎注漿對LTE提升比例最大為6.0%，最小僅為1.2%。

表4 跑道各注漿區段注漿前后LTE統計表

4 結語

本文基于HWD和探地雷達對機場跑道道面結構性能進行評價，依據評價結果確定了跑道需進行基礎注漿處治的區域，通過對比注漿區域注漿前后的結構性能，得到如下結論：

（1）基礎注漿可顯著提升跑道道面的承載能力，跑道注漿區域內中心線西側第一幅道面板ISM均值整體提升6.3%；中心線東側第二幅道面板ISM均值整體提升2.5%；另外，在脫空嚴重區段內注漿對道面承載能力提升效果最為明顯，ISM均值提升率最高可達13.9%。

（2）基礎注漿可有效改善跑道道面板底脫空狀況，注漿后跑道中心線西側第一幅道面板底脫空率下降幅度高達41.6%，跑道中心線東側第二幅道面板底脫空率下降幅度為8.7%。

（3）基礎注漿可提升道面板接縫傳荷能力，且對注漿前LTE較小的區段提升效果最明顯，但對注漿前LTE較大的區段提升效果一般；當LTE小于0.6時，基礎注漿對LTE提升比例最高可達22.8%；當LTE大于0.8時，基礎注漿對LTE提升比例最大為6.0%，最小僅為1.2%。