注漿技術在某機場跑道大修工程中的應用

保旻韜

（同濟大學/道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804）

隨著國內基礎交通建設規劃的逐步深入，我國民用機場迎來了新的發展機遇。在今后一段時期內，我國的樞紐機場、支線機場等航空基礎設施網將逐步完善，其數量逐漸增多，其飛行區場道建設和維護過程中采用注漿處治技術的工程也會隨之增多。注漿是將一定材料配置而成的漿液，用壓力泵將其灌入需要補強加固的脫空-空隙和被水軟化的層級中，通過擴散、凝膠和固化，以達到加固的效果。注漿加固技術由于其環保、施工速度快和施工設備輕型化的優勢，目前已廣泛應用于機場站坪、跑道的大修工程中，尤其是在不關閉機場運行的施工條件下。

1 工程概況

某機場飛行區等級為4C，現有跑道長度2 800 m，寬度45 m。該跑道歷經延長、加罩等改建，形成的道面主要為27 cm+15 cm厚雙層水泥混凝土，基礎為磚石煤灰54 cm。根據最新飛行區道面性能檢測評估報告顯示，現有跑道道面板底脫空嚴重，脫空率達到86%，并且呈現發展較快的趨勢。2021年底啟動大修工程，需注漿處理的跑道板數為3 740塊，面積為74 800 m2，計劃施工工期為90日歷天。按每塊跑道道面板5個鉆孔計算，其鉆孔數為18 700個；鉆孔深度以進入基礎結構底面以下10 cm為準，鉆孔總長為19 822 m；預估注漿量達到9 537 m3。

該機場于2016年全年保障航班已達到12 402架次，年客貨吞吐能力百萬人次以上，每天進出場飛機航班較多，為保證不影響機場運行，機場方提出航后的施工要求，注漿施工時按照當天成孔、注漿和封孔流程進行控制[1]。

2 注漿漿液配置

2.1 原材料

本次注漿材料采用普通水泥配置的漿液，未采用超細水泥，材料組成較為簡單，主要有水泥、水和外加劑。

（1）水泥：選取強度等級為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，按照GB 175—2020《通用硅酸鹽水泥標準》的要求進行強度、凝結時間和安定性等技術指標檢驗，并檢查廠家資質、出廠日期和出廠性能報告等技術文件，確保材料質量。

（2）水：采用當地自來水。

（3）外加劑：為改善漿液的擴散能力和早期強度，可采用早強型減水劑，其性能應滿足GB 8076—2008《混凝土外加劑》的要求。摻量可按產品推薦摻量和試驗確定，一般為水泥用量的0.5%~3%。不允許使用水玻璃，水玻璃會導致注漿漿液后期強度出現不同程度的衰減。

2.2 漿液配合比

本工程為不停航施工，為保證施工效率和施工效果，漿液采取機場外集中攪拌，現場不設置拌和點，現場設置漿液過濾篩網。

通過現場試驗段確認漿液配合比為水泥∶水∶外摻劑等于1∶0.6∶0.02，其成型水泥漿塊強度滿足7 d強度不低于8 MPa和28 d強度不低于15 MPa的設計要求[2]。

3 注漿施工

3.1 不停航施工措施

本工程采用不停航施工管理，施工時段為每天午夜12時至次日凌晨7時，確保機場日常使用。

3.1.1 施工前道口關閉

在每日施工開始前，按MH 5001—2021《民用機場飛行區技術標準》相關規定設置道口關閉措施：對關閉區域內滑行引導標記牌、助航燈光予以遮蔽或熄滅；不適用地區燈光采用紅色恒定發光燈，布設間距不超過3 m；不適用地區標志物采用高0.5 m且紅白相間的錐體。

3.1.2 施工區域

本次施工區域位于跑道上，為加強施工現場安全管理，在每日施工區域周邊，按5 m間距設置反光錐體，并在錐體上配置紅色警示燈，以明確標示施工作業范圍，禁止車輛和人員進入施工作業范圍以外的區域。此外，在施工作業期間為加強現場監管，防止施工人員和車輛在跑道上隨意移動[3]。

3.1.3 適航恢復

在每天施工結束后、撤場前，須將所有道口關閉措施予以撤除，并將障礙燈、三角架等設施集中堆放至機場方指定地點，同時恢復滑行引導標記牌和助航燈光等相關設施，以達到適航標準。

3.2 注漿施工流程

注漿開始前充分作好準備工作，包括機具儀表、注漿管、注漿材料、水、電和計量設備等，注漿開始后應連續施工，避免中斷。注漿施工作業流程如圖1所示。

圖1 注漿施工作業流程圖

（1）大面積施工之前，施工單位必須對施工區內和施工區周邊的地下管線分布、走向和埋藏深度進行詳盡細致的調查。針對不同用途的各種管線制訂詳盡周全的保護方案，方可實施[4]。

（2）道面鉆孔選用氣腿式風動鑿巖機，直徑不大于60 mm，鉆透道面板和磚灰基礎；鉆孔鉆至設計深度后，采用空壓機進行吹孔，吹孔時間不得少于10 s，吹孔完成后方可進行注漿。注漿前應對注漿孔采取封孔措施，可防止注漿時漿液外溢。

（3）注漿時為防止漿液無序擴散，可先從外圍注漿，再進行內部的注漿孔注漿；同時，注漿順序不宜順序進行，可按跳孔間隔方式進行，以提高充填的程度。

（4）在注漿過程中，隨時關注道面板四周板縫或其他注漿孔的冒漿現象，當有大量漿液外溢時應停止注漿；同時監測注漿道面板及其附近道面板的抬升情況，以設計要求的道面抬升量不大于5 mm為控制指標；不以單孔注漿量作為控制指標。

（5）在施工過程中，注漿壓力按設計要求進行控制，須密切觀測道面抬升量，以確保道面安全。

（6）為確保飛行安全，所有鉆孔當天封孔。注漿結束后，待孔內水和漿體壓力消解后，采用快凝快硬硫鋁酸鹽水泥漿進行封孔，夯實至道面板平齊或略低于道面2 mm。

3.3 注漿主要技術參數

注漿深度以磚灰基礎以下10 cm（最佳是進入土體）為控制線，注漿壓力設置為0.3~0.5 MPa，注漿流量按7~10 L/min控制。

注漿孔布置方式結合板塊的幾何信息，主要的注漿孔布設方案如圖2所示。

圖2 注漿孔布設示意圖

水泥混凝土板塊注漿順序：在當天的施工區域中，應先注四周的外排孔，再注內排中心孔（每板塊4+1，中心孔作為補漿孔）。

3.4 施工過程控制

3.4.1 施工工序安排

為保證工程安全、順利地推進，在滿足機場運行要求的情況下，每日正常施工流程安排如圖3所示。

圖3 注漿施工工序安排示意圖

3.4.2 施工進度計劃及資源配備

考慮天氣和機場管控等因素，本次注漿施工計劃按72 d設置。按每臺注漿設備每小時平均完成1.5塊道面板的注漿，每天有效注漿時間3 h，現場配備12套注漿設備，另備2套更換。

本工程監測以人工控制為主，在注漿實施時，配備人員見表1。

表1 監測人員配備

3.4.3 施工質量控制

根據鉆孔、注漿的動態位置，現場及時調整空壓機和注漿泵的位置，不宜過遠，保證實際的工作輸出滿足要求。對于漿液嚴格控制漿液出廠與注漿的時間間隔，宜控制在2 h以內。在注漿中，采用電子水準儀監測抬升量，以提高精度和效率。注漿壓力按照設計要求控制，當注漿壓力超過1.0 MPa時，應密切觀測道面抬升量，當道面出現抬升量時適當降低注漿壓力，以確保道面安全。

4 注漿過程異常情況應急處置

本工程施工對象為跑道，其過程中發生的異常情況，可能會影響到適航恢復，應提前做好應急處置措施，確保跑道開放使用。

4.1 鉆桿或者注漿管卡住及鉆桿斷裂應急處置

鉆桿或者注漿管卡住：可采用工具鉗固定鉆桿或注漿管，然后用叉車將鉆桿或者漿管抬升拔出。若上述措施無效，提前向機場有關部門申請辦理動火證，將鉆桿或者注漿管采用氧氣乙炔割斷（低于道面5 cm），然后再采用正常的封孔形式進行道面修補和封堵。

鉆桿斷裂：將斷裂的鉆桿直接向下打入道面，并低于道面5 cm；或者事先向相關管理部門申請動火證，采用氧氣乙炔割斷切除，并低于道面5 cm，然后采用正常封孔形式進行孔洞封堵。

卡桿或斷桿應急預案實施的流程如圖4所示。

圖4 卡桿或斷桿應急處置流程

4.2 注漿道面抬升過量過大的應急處置

在注漿施工過程中，采用電子水準儀實時監測道面抬升量，當抬升量一旦達到設計標準時立即停止注漿。施工過程中嚴格控制漿液流量，嚴禁流量過大。

若出現道面抬升量過大而產生凸起現象，則先對該區域進行打孔，釋放出道面下的壓力后，用壓路機在該區域反復碾壓，直至道面恢復原狀。

4.3 注漿道面區域發生冒漿應急處置

在注漿施工過程中，嚴格按設計標準控制注漿壓力和流量，同時在施工現場安排專人進行道面巡視，一旦發現道面區域出現冒漿現象，啟動應急處置對策包，主要包括：

（1）關閉臨近冒漿區域的注漿泵，立即停止注漿。

（2）利用土工布擦除遺留在道面上的漿液，然后采用待命的灑水車對道面區域進行徹底清洗，以達到適航標準。

（3）采用瀝青灌縫料對道面冒漿區域進行灌縫密封。

5 檢測與評估

本次注漿施工按計劃完成了所有施工任務，未出現工程質量和安全事故。在現場注漿施工一個月后，按設計要求對注漿效果進行鉆芯取樣，并采用重型落錘式彎沉測試設備（HWD）進行測試，檢測結果滿足設計要求。

5.1 水泥漿體強度檢測

本次現場依據施工計劃，每日在現場成型水泥凈漿試塊，參照水泥膠砂強度試驗方法，采用40 mm×40 mm×160 mm的長條試件，進行抗壓強度測試，檢測結果表明：7 d強度大于10 MPa，28 d強度大于15 MPa，均滿足設計要求。

5.2 現場芯樣檢測

芯樣屬于有損檢測，按每10 000 m2鉆取1個，選取檢測位置時，考慮到注漿最不利工況，從注漿孔點位處和2個注漿孔中間進行取芯，檢測漿液填充度和密實情況，以及漿液的凝結情況，從而直觀地判斷其注漿效果。

現場鉆芯檢測時，可取出基本完整的芯樣，有漿液結石，芯樣的空隙基本填充密實，僅在層間結合部位有少許氣泡，可認為注漿漿液在整個基礎（注漿深度）已形成了一個改善層，提高了道面的整體承載能力。滿足設計不低于80%的要求。

5.3 HWD試驗檢測

按MH/T 5110—2015《民用機場道面現場測試規程》HWD試驗方法，在注槳完成28 d后，選取不同時期注漿板塊進行測試，測試板塊比例為注漿板塊總數的20%，測試數據顯示跑道層間較為密實，未發現顯著脫空，達到設計要求[5]。