機場道面開裂機理及控制技術(shù)研究

中國水利水電第十三工程局有限公司 李有兵

機場道面開裂機理及控制技術(shù)研究

中國水利水電第十三工程局有限公司 李有兵

根據(jù)國際民航組織1999年公布的數(shù)據(jù)，其147個成員國的1 038個機場中，瀝青混凝土跑道占62.6%；歐洲瀝青路面協(xié)會2003年對歐美機場進行了統(tǒng)計，362個機場中瀝青混凝土道面占62.4%。與水泥混凝土道面相比，瀝青混凝土道面具有平整、抗滑、舒適等良好的使用性能，以及機械化施工程度高、工期短、養(yǎng)護方便等施工優(yōu)點，在很多大型民用機場中得到了廣泛應(yīng)用。但由于荷載、環(huán)境等因素的反復(fù)作用，瀝青混凝土道面會出現(xiàn)開裂病害，直接影響飛機的飛行安全。本文，筆者在分析瀝青混凝土道面開裂形成機理的基礎(chǔ)上，結(jié)合安哥拉共和國LUENA跑道擴建項目工程實踐，對設(shè)計、施工、養(yǎng)護過程中控制開裂的技術(shù)進行了研究，以期對同行有所參考。

一、機場道面裂縫形成機理

機場道面裂縫主要有表面裂縫、反射裂縫和永久裂縫等類型。從上而下形成表面裂縫，從下而上形成反射裂縫。LUENA跑道采用水泥穩(wěn)定土作為基層，水泥穩(wěn)定土是一種半剛性基層，由于強度較大容易形成放射裂縫，從而導(dǎo)致道面開裂。國外早在20世紀30年代就開始了對反射裂縫的研究，研究包括現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗和理論研究等方面，并且取得了一定的成果。直到20世紀70年代，在減少道面開裂方面的研究才有了較大進展。我國現(xiàn)行的機場瀝青道面設(shè)計規(guī)范采用經(jīng)驗設(shè)計方法，該方法以CBR值作為路基土和道面材料（主要是粒料）的參數(shù)性能指標，以土基的抗剪強度作為設(shè)計指標，以控制土基變形以及道面輪轍等損壞模式。

半剛性基層道面設(shè)計指標體系主要考慮控制開裂和永久變形兩種典型的損壞模式。針對開裂損壞，半剛性基層道面主要控制半剛性基層的疲勞開裂、面層的疲勞開裂和寒冷地區(qū)面層的低溫縮裂等損壞形式，輪轍損壞則主要控制瀝青層的永久變形。

造成道面開裂的原因很多，如溫度、荷載、氣候、環(huán)境以及后期養(yǎng)護等，其中溫度疲勞開裂在半剛性基層中的影響最大，有研究表明，溫度疲勞是引起路面溫度裂縫的主要原因。隨著傳統(tǒng)疲勞破壞理論的發(fā)展，人們逐漸認識到，道面的破壞在很大程度上是因為飛機荷載次數(shù)超過了道面本身的疲勞次數(shù)而引起的。

二、機場道面開裂的防治

1.設(shè)計中采取的預(yù)防控制措施。在機場道面設(shè)計中，要充分考慮半剛性基層反射裂縫的影響，要在基層上面鋪設(shè)防反射裂縫材料，也可以加強面層材料的抗裂性，如在面層和基層間加入土工材料、橡膠封層以及應(yīng)力吸收膜等。同時，通過材料的合理配置，調(diào)整結(jié)合料用量和配比，以盡可能減小收縮系數(shù)，提高材料強度，增強半剛性基層材料的抗裂性能。在LUENA跑道擴建設(shè)計中采用了玻纖土工格柵作為防反射裂縫材料，主跑道面層采用兩層瀝青混凝土（5 cm的中粒式瀝青混凝土+5 cm細粒式磨耗層），道肩采用5 cm瀝青混凝土,所有施工規(guī)范及標準均采用美國ASTM標準。玻纖土工格柵采用自粘的形式，即先在半剛性基層上撒鋪瀝青層，再鋪上玻纖土工格柵。

2.施工中采取的防治措施。

（1）加強基層強度，在施工過程中嚴格控制水泥穩(wěn)定土的壓實度。在LUENA跑道中，采用P.O 32.5R普通硅酸鹽水泥，水泥劑量為10%（外摻），采用廠拌方式拌制水泥穩(wěn)定土，土為黃色粉砂土，最大干密度為2.1 g/cm3，最佳含水量為7%。

（2）嚴格控制瀝青面層混凝土的配合比和集料級配，保證瀝青混合料的攤鋪溫度、壓實溫度，盡量不讓瀝青混合料產(chǎn)生離析現(xiàn)象，以保證面層的結(jié)構(gòu)強度。在施工過程中，記錄混合料在各個時段的溫度，杜絕低于規(guī)定溫度的混合料繼續(xù)使用。

（3）在基層和面層之間攤鋪玻纖土工格柵時，要求基層壓實平整、呈水平狀，清楚尖刺突起物。在安裝鋪設(shè)過程中，跑道中軸方向應(yīng)盡量張緊，無皺褶。LUENA跑道采用力學(xué)性能穩(wěn)定、受含水量影響較小的砂類土，填料的級配要合理控制，以保證壓實功。

3.后期養(yǎng)護中采取的防治措施。后期養(yǎng)護對于防止放射裂縫的產(chǎn)生具有重要作用。在道面沒有達到規(guī)定強度之前不準通行，如果是水泥混凝土面層的話，應(yīng)注意定期灑水。若機場道面產(chǎn)生一些小的裂縫，應(yīng)在小裂縫形成大裂縫之前進行修補。美國認為，最佳的裂縫填封時機應(yīng)該在裂縫張開量為最大裂縫一半時進行填封，因為在裂縫張開量最小時填封，填封材料總是處于受拉力狀態(tài)；而在裂縫張開量最大的時候填封，當裂縫受外力影響收縮時，填封材料受壓，有可能被擠出面層，造成道面不平整。根據(jù)我國經(jīng)驗來看，填封最好在張開約50%，氣溫在15~25℃時比較適宜。裂縫處理質(zhì)量的好壞，很大程度上取決于裂縫處理的方法和施工工藝。

4.LUENA跑道處理方法。為了預(yù)防反射裂縫的產(chǎn)生，LUENA跑道采用玻纖土工格柵作為防反射層，鋪設(shè)在水泥穩(wěn)定土半剛性基層上面。從現(xiàn)場鋪設(shè)后得出的玻纖土工格柵具體數(shù)據(jù)見表1。

表 1 玻纖土工格柵的斷裂強度和伸長率

由表1可知，玻纖土工格柵在經(jīng)向和緯向都有很高的斷裂強度，以及很少的斷裂伸長率，能夠有效阻止基層裂縫向面層延伸。由于玻纖土工格柵的模量達到67GPa，當它夾在基層和面層之間時，能夠釋放應(yīng)力，減少應(yīng)變，從而提高面層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力。

綜上，本文，筆者結(jié)合實際工程項目，根據(jù)國內(nèi)外機場設(shè)計現(xiàn)狀以及反射裂縫的形成方式和處治辦法，并綜合當?shù)貙嶋H情況，采用玻纖土工格柵作為防反射層，以防機場道面開裂。從現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)看，該方法用于半剛性基層和柔性面層（瀝青混凝土面層）的道面組合形式是非常有效的。