瀝青道面在我國民用機場應用的研究

羅俊

引言

據統計，截止2017年，我國現有的229個民用機場中有超過九成的機場跑道道面類型為水泥混凝土道面。國際民航組織統計的1038條跑道中，有650機場跑道道面類型為瀝青混凝土道面。根據歐洲瀝青路面協會統計，歐美地區362個機場中，瀝青混凝土跑道占比為62.4%[1]。

瀝青混凝土道面具有表面平整、行駛舒適、抗滑及減震等使用功能；另一方面，瀝青混凝土道面具有施工速度快，維修方便等優點，在國際上被很多大型機場采用。我國新建的民用機場中大部分道面結構類型為水泥混凝土道面，早期修建的機場道面開始呈現出結構性或功能性損壞，瀝青面層加鋪為解決此問題的有效方案。

1 瀝青道面在我國的應用現狀

我國現有民用機場道面類型主要以水泥混凝土道面為主，瀝青混凝土道面所占比例比較小。我國新建民用機場中，采用瀝青混凝土道面的機場有西寧曹家堡機場、甘肅敦煌機場、新疆且末機場、昆明長水機場等少數機場。曹家堡機場道面面層采用4cm中粒式瀝青混凝土+6cm粗粒式瀝青混凝土+8cm瀝青碎石的三層瀝青混凝土結構，其基層厚度為74cm。敦煌機場采用厚10cm瀝青混凝土面層，基層厚度80cm。昆明長水機場面層總厚度為18cm，面層結構從上到下依次為為5cm厚SMA-13瀝青混凝土+6.5cm厚AC-13+6.5cm厚AC-13，基層50cm厚[2]。新疆且末機場跑道道面面層厚8cm，下設15cm厚水泥穩定砂礫土基層及70cm厚天然級配砂礫石基層[2]。如圖1～4所示。

圖1 曹家堡機場跑道道面結構

圖2 敦煌機場跑道道面結構

圖3 長水機場跑道道面結構

圖4 新疆且末機場跑道道面結構

近年來，我國民航業飛速發展，機場航班流量大幅提高，同時大型飛機占比也逐漸增大，國內早期修建的水泥混凝土道面出現結構性或功能性損壞，不能滿足民航發展的需求。瀝青道面加鋪由于其施工、養護時間短的優勢，成為解決此問題的有效方案。我國在瀝青道面加鋪方面也做了大量的工作，積累了許多經驗。

上海虹橋機場1963年建成，其跑道類型最初為水泥混凝土跑道。1991年對跑道加鋪了20cm厚瀝青混凝土，后又在1995年和2008年分別進行了瀝青混凝土蓋被。北京首都機場1958年投入使用，跑道道面類型為水泥混凝土道面；70年代中期，對跑道進行了水泥混凝土蓋被；1996年又對跑道進行瀝青混凝土蓋被，而后又經過數次修補[2]。

過去的十多年是我國民航機場建設高速發展的時期，根據水泥混凝土道面的設計使用年限預估，今后的十多年道面結構加鋪將迎來高峰，而瀝青道面加鋪由于其施工養護期短的優勢，將成為加鋪層結構的首選材料。

2 機場瀝青道面應用中遇到的問題

根據對上海虹橋機場瀝青道面的跟蹤調查顯示，虹橋機場瀝青道面損壞主要表現類型為裂縫和輪轍；根據對廈門高崎機場瀝青道面使用情況調查顯示，瀝青加鋪層主要損壞表現為裂縫和輪轍，道面推擠損壞比例也比較突出。根據對首都機場瀝青加鋪層的使用情況調查顯示，其主要病害類型為輪轍和裂縫[3]。

根據對華北某機場瀝青加鋪層試驗段平行滑行道水損害原因分析發現，飛機在重載、低速、長時間停滯的條件下易導致瀝青加鋪層出現永久性結構破壞；西北某機場端聯絡道處出現單側輪轍現象，分析原因發現，在重載、低速、內側扭力狀態下，易導致單側輪轍病害。西部某機場跑道端出現局部推移變形、坑槽等破壞，究其原因，瀝青混凝土道面在低速、扭剪作用下易產生推移及層間剪切彎拉破壞；在飛機荷載及外界自然條件的作用下，會導致病害擴展并引起坑槽、松散等其他病害[4]。

3 機場瀝青混凝土道面應用的要點分析

目前，常用的道面設計方法主要有經驗法和力學-經驗法兩類。經驗法以CBR法使用最廣，該法以土基的抗剪強度作為設計指標，通過控制土基的抗剪強度控制土基變形及輪轍；根據足尺試驗結果及對現有道面使用情況的調查，建立起“CBR值-飛機輪載作用次數-道面結構層厚度”三者的關系。通過不同機型起落架構型關系曲線，按當量飛機軸載作用次數和土基CBR值確定道面總厚度及結構層厚度。目前我國實行的機場瀝青道面設計規范中以CBR值作為設計指標[3]，該指標僅能表征土基的抗剪強度，并不能反應瀝青混凝土道面結構的其他開裂損壞以及道面各層發生的永久變形，也不能較好的表征土基的永久變形。

新型飛機起飛重量越來越大，機輪越來越多，起落架構型越來越復雜，在復雜起落架構型的多輪荷載長期作用下，我國目前采用的經驗法已無法適應重載飛機作用下的瀝青混凝土道面結構設計。筆者從當前我國機場瀝青道面設計角度，對我國機場瀝青道面設計提出幾點建議：

（1）我國機場瀝青道面設計規范采用CBR法，該法以CBR值作為設計指標，該指標不能表征道面結構的的各種損壞，對控制輪轍方面也存在較多問題。應構建更完善的瀝青混凝土道面設計理論。

（2）不同型號、不同起落架構型的飛機對道面的受力影響也不盡相同，設計中應分別考慮不同飛機對道面的影響，主要考慮不同機型對道面的破壞及“Miner”法則下的疲勞損壞。

（3）目前規范中考慮單輪荷載對道面的影響，而大多數飛機的主起落架是由多輪組成，與單輪對道面的影響有一定差別，應考慮多輪荷載對道面結構設計的影響。

（4）應該根本不同區域道面可能產生的病害，選擇合適的道面鋪裝結構，進行不同區域道面的差異化鋪裝。

4 結語

我國現行的瀝青道面設計規范已不能滿足新型大型飛機的需求，瀝青道面設計理論亟待完善。筆者建議可從以下幾個方面對我國瀝青道面設計方法進行改進：①構建基于力學-經驗法的瀝青混凝土道面設計方法。②完善設計指標及相關設計參數。③借鑒我國在公路瀝青路面應用中取得的成功經驗，根據機場瀝青道面的情況進行改進。