防止寒冷地區機場水泥混凝土道面凍脹問題的施工措施

史保華 梅平 劉遠飛 楊新泉

摘要：為了保證寒冷地區機場水泥混凝土道面的施工質量，在對道面容易發生的凍脹、翻漿和凍融等破壞問題的原因進行系統分析，在此基礎上，不但從施工氣溫、保溫措施等基本要求方面提出了施工對策，而且從土方工程施工、混凝土道面工程施工等方面提出了具體措施，可為同類施工項目提供借鑒。

關鍵詞：寒冷地區；機場施工；水泥混凝土道面；凍脹

中圖分類號：U418.5文獻標志碼：B

0引言

中國的西北、西南、華北和東北等地由于冬季氣候寒冷，不同程度地存在著季節性冰凍問題，寒冷地區的面積占國土面積的一半左右。為了國民經濟發展和國防戰備建設的需要，在今后一段時期，國家將安排國債資金并多方籌資支持民航機場設施建設，重點為中西部支線機場和西部干線機場項目的建設，逐步形成中國的機場網，以增強航空運輸的通達能力，提高國防軍事實力。因此，在寒冷地區建設機場道面的任務繁重。由于水泥混凝土強度高，使用品質好，抗凍性強，所以，中國新建機場道面大多采用水泥混凝土鋪筑。

飛機的起飛、降落、滑行和維修等活動均需在道面進行，因此，機場建設的關鍵是保證道面工程的施工質量。通過對東北和西北多個機場水泥混凝土道面的調查發現，由于施工原因造成寒冷地區道面產生凍脹破壞的情況比較普遍，輕者跑道平整度惡化，影響飛機滑行安全，給機場使用帶來困難；重者跑道出現錯臺或突起，需要關閉機場，對跑道進行維修，造成巨大的經濟損失。故對寒冷地區機場水泥混凝土道面容易發生問題的原因進行研究，探討防止道面凍脹的施工措施，對保證道面的建設質量、延長機場使用壽命具有重要意義。

1水泥混凝土道面容易發生的問題

寒冷地區機場的水泥混凝土道面通常易發生凍、融問題，歸納起來產生的危害包括三個方面：一是冬季土基會產生冰凍現象，凍脹值過大或超過了允許值（限定值）時，道面的平整度惡化或出現錯臺；二是春季融凍時，土基承載力下降，在飛機荷載的作用下形成唧泥或翻漿；三是水泥混凝土道面板發生凍融破壞。

1.1凍脹問題

東北某機場地處寒冷地區，冬季氣溫在-30 ℃以下。在最冷的1月份，現場調查發現土基凍脹使水泥混凝土道面向上隆起，局部道面板隆起3 cm，個別部位隆起高度大于10 cm，平整度嚴重惡化，危及飛機超降安全，機場關閉。一般來說，機場道面是允許一定凍脹量的，但超過了某一限值，道面就容易產生凍脹破壞，進而嚴重影響飛機安全[1]。

土基不但承受著由面層傳下來的飛機荷載和上部結構（包括面層、基層和墊層）的全部自重外，還承受著自然因素的長期作用，尤其是水和冰凍的作用，在寒冷地區，如果處理不當，不但土基發生凍脹，而且會導致道面隆起損壞。引起凍脹的原因有兩個：一是由于水分凍結，體積將增加9%左右；另一個是由于土基中的弱結合水向凍結區移動，如有地下水不斷供給水源，而凍結的過程又很緩慢，則這一過程會持續一段時間，從而使凍脹發展得更加嚴重。

北方地區進入冬季，氣溫降到0 ℃以下時，土中自由水先在0 ℃區域凍結，形成小的冰晶，冰晶與固體土顆粒之間被結合水膜隔開[2]。隨著溫度的不斷降低，土顆粒的結合水開始凍結，不斷加入到冰晶體中，使冰晶逐漸增大，最終導致土基發生凍脹。引起土基凍脹最嚴重的土類是容易受到毛細水作用的細粉粒土，這類土對冰凍的敏感性強。通常小于002 mm的顆粒含量超過3%的所有無機土對冰凍特別敏感。這些土的孔隙尺寸小到足以產生潛在毛細水作用，而又大到足以使地下水能通達凍結區域。所以，進行土方工程施工時要嚴格控制002 mm的顆粒含量，增加土基壓實度，消除毛細水作用，才能防止土基凍脹問題。

1.2翻漿問題

春季來臨，北方地區氣溫會升高到0 ℃以上，由于機場道面的導熱性強和結構層的吸熱，道面下冰凍的土基開始融化，積聚在土基上層過多的水分不能及時排出，道基處于過濕狀態，會使土基失去承載力，在飛機荷載反復作用下，導致道面翻漿、冒泥（唧泥）或局部塌陷。

分析影響土基翻漿的因素，除了路面類型、飛機荷載和施工因素以外，主要包括土類、氣溫和水三個方面。一是粉性土因素，這種土中毛細水上升高，在負溫作用下水分聚流嚴重，而且土中的水分增多時強度降低幅度大而快，容易喪失穩定。二是氣溫因素，氣溫變化決定凍結深度和冬季每月負氣溫的總和即冷量，初冬時氣溫較高、在0 ℃～4 ℃停留時間較長或冷暖交替會都使大量水分聚流到土基上層，容易翻漿；而春天氣溫的特點和化凍速度對翻漿有較大影響，若氣溫急劇上升，凍土急速融化，則加重土基翻漿。三是水的因素，翻漿是水的狀態和位置在土基中轉移與變化的過程，因此，道面周圍地表積水和較高的地下水是形成翻漿的重要因素。

1.3凍融問題

在寒冷地區，水泥混凝土道面板孔隙中的水分結冰會使其變酥而逐漸破碎，即發生冰凍或凍融破壞，特別是在水系發達的地區。中國機場道面發生凍融破壞的例子很多，經驗教訓告訴我們，水泥混凝土必須具有較高的抗凍性，以保持其強度和外觀完整的能力。

分析水泥混凝土板受凍融作用而破壞的原因，主要是氣溫在0 ℃以下時，由于混凝土內部孔隙中的水結冰，其體積膨脹造成的靜水壓力和因冰水蒸汽壓的差別推動未凍水向結冰區的遷移造成了滲透壓力，當壓力所產生的內應力超過混凝土的抗拉強度，混凝土就會產生裂縫；長期反復的凍融使其裂縫不斷增長、擴大或加深，使混凝土強度降低，表面開始剝落，甚至使混凝土完全崩潰。因此，混凝土鋪筑施工時，增加密度和減少裂縫是防止道面凍融的關鍵。

2施工的基本要求

2.1氣溫要求

中國東北和西北大部分地區，從每年的九月份開始降溫，來年的三月初開始升溫，三月底溫度上升到0 ℃以上。而青藏高原、新疆、內蒙和東北的部分地區直到四月份才進入春季，有的地區春秋兩季不明顯，夏季也只有短短的3個月左右，而冬季時間漫長，短則5個月，長則7個多月。冬季氣溫低，不便于施工作業，若采取保溫措施，一是提高了工程造價，二是施工質量很難保證。endprint

由于寒冷地區能滿足施工氣溫要求的時間有限，所以，機場道面施工的基本要求是合理安排施工進度，把土方工程、道面基層和道面面層等結構層的施工安排在日最低氣溫大于5 ℃時進行，在有冰凍的地區，應在第一次冰次冰凍期（-3 ℃～5 ℃）到來之前半個月至一個月完成[3]。

2.2保溫要求

為了防止已完成的道面工程受凍，在冬季來臨之前，需要采取措施進行保溫。可在結構層表面用塑料薄膜加草席覆蓋，并在其上填50～100 cm的土進行保溫，穩定土層宜有半個月以上的溫暖氣候期養護。大面積土基填土、禁止低溫施工、在基層及混凝土面鋪筑施工過程中做好道槽排水等工作，都是保證施工質量的有效措施。

3土方工程施工對策

為了減少凍脹，提高土基的承載強度，要對土基進行充分壓實，這樣不但可以保證強度的穩定性，還可增強其水穩定性，有效延長道面的使用壽命，因此，對于一般情況下的土基壓實，可以選擇分層碾壓法，其處理效果可靠而經濟。

采用機械壓實時需要注意4個問題：一是嚴格控制含水量，用某種壓實機械碾壓土基填料時，如果其含水量較大或較小，都很難達到較高的壓實度，只有在最佳含水量下進行壓實，土的密實程度才能達到要求，這不僅可以減少壓實功率，而且壓實后土的滲水率最小，土基持久而穩定；二是合理選擇壓實機械，土基壓實通常可選光輪壓實機、羊腳壓實機、輪胎壓實機、振動壓實機、沖擊壓實機等多種類型，壓實作業項目不同，選用的壓實機種類和規格也不同，應根據土基和填料工程性質選型，對于砂土、粉土摻入粘土或其他改良材料進行壓實，宜選用壓實功率較大的靜壓式壓實機、振動壓實機和沖擊壓實機進行碾壓；三是控制填料的厚度和碾壓遍數，一般根據填料的土類和選擇的碾壓機械功率并通過試驗進行確定；四是保證壓實度符合要求，要根據填料的深度、土類及場道位置由試驗設計確定[4]。

4混凝土道面施工對策

4.1配合比設計

為了減少水泥混凝土表面可能產生的細微干縮裂紋、龜裂等問題，防止冬季雪水、除冰液下滲對混凝土產生凍脹和侵蝕，應最大限度地提高混凝土的密度。配合比要按照低水泥用量、低水灰比、低砂率、小石用量少等要求進行設計。選擇高效引氣減水劑可以減小混凝土的水灰比和水泥用量，改善混凝土拌和料的和易性，提高混凝土的密實度，增強混凝土的抗凍、抗滲性能。配合比設計中還需要考慮混凝土拌和物的和易性，必須適于施工操作和易于整修做面。

4.2拌和與運輸

水泥混凝土的拌和質量取決于拌和機械，為了確保混凝土拌和物均勻一致，沒有生料、干料、離析或高效引氣減水劑等外加劑產生成團等現象，要選擇計量準確的強制式拌和機械，拌和時間應以使混合料拌和均勻、含氣量達到最高值為準。在低溫季節施工時，不但要測定原材料與拌和物的溫度，把出料溫度控制在10 ℃以上，而且對坍落度損失率和凝結時間要進行測定和控制。拌和物要充分考慮施工氣溫下運輸坍落度的損失。

為了避免混凝土在運輸中離析而造成含氣量損失，運輸應一次到位，運輸時間以不進過10 min為宜，泌水率要控制在1%以內。可根據混凝土拌和機械的生產量、運距、路況和施工進度等因素選配運料車的車型和數量，車輛總運輸量要比拌和機械的產量稍有富余，以確保在規定的時間內把拌好的混凝土運到鋪筑現場。

4.3混凝土鋪筑

混凝土鋪筑是機場水泥道面施工的關鍵工序，道面鋪筑的施工質量決定了防滲與抗凍的狀況，因此，在混凝土鋪筑施工中需要采取措施嚴把質量關。滑模攤鋪機通常自帶振搗倉、拉桿插入機、重型整平梁、超級抹平器等配套設備，在混凝土面層施工中能滿足靈活性的要求，并可毫不費力地轉移機器。由于該機器既具有很高的自動化程度，又可很好地控制混凝土施工質量，生產率也很高，所以，滑模攤鋪機是寒冷地區混凝土鋪筑的首選機械。

混凝土面層施工是鋪筑施工的最后一道工序，需要在防風防曬棚下進行作業，以防止烈日爆曬或干旱、風吹而導致混凝土表面龜裂和干縮裂紋。

4.4施工溫度與養護

在晝夜平均氣溫低于5 ℃（夜間最低氣溫-3 ℃～5 ℃）時，為了保證工程質量，最有效的措施是停止混凝土鋪筑。在溫度較低（0 ℃～5 ℃）的情況下需要施工時，首先要選擇水化總熱量大的R型水泥，增加混合料的攪拌時間（較常規施工增加50%），然后隨時檢查水和砂石料投入攪拌機前與混合料出料時的溫度，把拌和物溫度嚴格控制在10 ℃以上，混凝土鋪筑溫度控制在5 ℃以上，完成做面工序時的混凝土溫度不得低于5 ℃[5]。

加強養生對防止混凝土裂縫非常有效。養生必須及時到位，方法是用手指輕按無明顯印痕后即時進行養生。切縫前對混凝土采用塑料薄膜加濕麻袋或養生布養生，切縫后采用覆蓋麻袋（養生布）并灑水養生，養生期間始終保持混凝土表面濕潤。為了保證混凝土板不受凍，要在養生期間保持混凝土板的溫度大于5 ℃，覆蓋保濕保溫養護時間大于28 d[5]。

5結語

隨著中國國民經濟和民用航空事業的迅猛發展，國防戰備實力也需要不斷提高，中國機場建設跨入一個前所未有的新的歷史階段，正處于布局優化調整、快速建設發展時期。東北地區以及西南和西北這些經濟欠發達的區域是機場建設的重點；因此，防止寒冷地區機場水泥混凝土道面凍脹是必須面對的問題，而分析道面發生冰凍破壞的原因，研究探討各種防凍脹的施工措施是保證道面建設質量的一個有效途徑。

參考文獻：

[1]邢耀忠，郝友詩.機場剛性道面結構防凍厚度設計探討[J]，華東公路，2010（4）：5253.

[2]許永明.公路養護與管理[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]MH 5014—2002，民用機場飛行區土（石）方與道面基礎施工技術規范[S].

[4]史保華，許巍，王文杰，等.機場土基工程典型問題與處理對策[J].筑路機械與施工機械化，2010，27（2）：2025.

[5]MH 5006—2002，民用機場飛行區水泥混凝土道面面層施工技術規范[S].

[責任編輯：杜衛華]endprint