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机场道面结构设计选型分析

摘要:机场建设过程中,道面设计的质量好坏直接关系到飞行安全,目前从国际上看,沥青混凝土道面应用广泛,但我国水泥混凝土道面却占绝对主导地位。本文试从两种道面的技术和经济方面对比,解释为何当前我国新建机场道面绝大部分采用水泥混凝土道面。

关键词:机场;沥青混凝土;水泥混凝土;道面

1一般性能比较

两者的主要优缺点如下:(1)刚度、强度、整体性水泥混凝土具有较高的刚度,其弹性模量达30,000~40,000MPa,约为沥青混凝土弹性模量的10~30倍。道面水泥混凝土的抗弯拉强度达4.5~5.5MPa,也是沥青混凝土的数倍。因此,水泥混凝土道面具有较高的承载力和荷载扩散能力,整体性好,对基层和土基的强度要求较低,其结构层总厚度一般小于沥青混凝土道面(除冰冻地区外)。(2)稳定性、耐久性水泥混凝土的水稳定性、温度稳定性及抵抗荷载重复作用的耐疲劳特性明显高于沥青混凝土,而沥青混凝土由于会出现老化其强度不断降低。因此,水泥混凝土道面的使用寿命较长,一般可达20~30年,且对气候条件和水的侵害不太敏感,而沥青混凝土道面由于沥青在自然条件作用下易老化,道面使用寿命通常难以超过15年。FAA的资料也显示:飞行区功能分区(跑道、滑行道、机坪)的道面建成使用20年以后在SCI(道面结构状况指数)、PCI(道面表面状况指数)等反应道面结构性能的指标上,水泥混凝土道面明显优于沥青混凝土道面,具体详见图1、图2。这也印证了水泥混凝土道面相对沥青混凝土道面具有更好的稳定性与耐久性。(3)抗侵蚀能力水泥混凝土道面对航油的侵蚀不敏感,有较强的抗侵蚀能力,而沥青混凝土道面的抵抗航油侵蚀能力较差。这也是不管国内国外,新建和改建机坪道面一般采用水泥混凝土道面结构的原因。(4)养护及维修由于水泥混凝土道面强度高,稳定性及耐久性好,在正常情况下,水泥混凝土道面的养护工作量和养护费用比沥青混凝土道面小得多。但水泥混凝土道面一旦出现损坏,则比沥青混凝土道面难于修补,而且修补时可能会影响道面的正常使用。(5)接缝及平整度接缝是水泥混凝土道面的薄弱之处,如果设计、施工和养护不当,则道面易出现唧泥、错台及断板等病害。接缝的存在,难免引起飞机滑跑时跳动,影响飞机起降和行驶的平稳及旅客的舒适,尤其是在道面使用后期,由于接缝变形,平整度降低,情况更为严重。沥青混凝土道面无接缝,平整度较好,对飞机轮胎的磨损较少,旅客感觉更舒适。沥青混凝土道面的服务性能优于水泥混凝土道面。(6)对土基不均匀沉降的适应能力如土基发生不均匀沉降,道面的高程或坡度不满足规范要求,则水泥混凝土道面较难处理,而沥青混凝土道面可通过加盖适当厚度的沥青混凝土得到改善。因此,沥青混凝土道面对土基不均匀沉降的适应能力较强。(7)施工进度及开放运行水泥混凝土道面施工进度较慢,而且需要较长的养护期以获得足够的强度,其浇筑完工后需要很长时间才能开放运行。而沥青混凝土道面可实行大面积机械化摊铺作业,不需要养护期,完工后即可使用。(8)对超载的敏感性水泥混凝土道面属脆性材料,一旦使用荷载超出设计荷载较多,混凝土板便可能断裂破坏。因此,水泥混凝土道面对偶尔使用较大机型或使用机型发生变化的适应性较差。国际标准和建议措施《机场—附件十四》(第八版)规定:对沥青混凝土道面飞机等级序号ACN超过道面等级序号PCN不得大于10%,而对水泥混凝土道面的规定则不得大于5%。(9)对材料的要求根据机场道面用沥青技术要求,上面层沥青一般需要进口,为适应机场的使用荷载要求以及当地的气候条件,一般对面层所用沥青还需改性。而国内大量生产可用于水泥混凝土道面的硅酸盐水泥,并且价格较低。沥青混凝土道面对集料的要求也比水泥混凝土道面高。

2经济性比较

以4E跑道(起飞跑道,3800×45m)为例,对其分别采用水泥混凝土、沥青混凝土两种道面结构型式进行经济性比较。根据现有资料,经初步结构计算(详见道面厚度计算书),对于跑道端部采用水泥混凝土道面时,其结构层设计可为:44cm厚水泥混凝土板、两层20cm厚水泥碎石基层、一层20cm厚砂砾石垫层,其综合造价约566元/m2;采用沥青混凝土道面时,其结构层设计可为:5cm厚SMA-13(SBS改性沥青)上面层、7cm厚AC-20(SBS改性沥青加抗车辙剂)中面层、7cm厚AC-20(沥青不改性)下面层、10cm厚ATB-25(沥青不改性)、防裂土工布、1~2cm厚AC-5找平层、40cm厚水泥碎石基层、30cm厚碎石垫层,其综合造价约709元/m2。由此可见,水泥混凝土道面初期建设费用较低。下表说明,采用沥青混凝土道面的初期建设费用以及全生命周期费用均较高,采用水泥混凝土道面更为经济。

3结论

通过上述水泥混凝土与沥青混凝土两种道面结构的技术和经济比较可以得出:因为设计人员认为飞机的荷载比较大,单轴对路面的压力过大,沥青路面由于模量远比水泥路面小,大家认为在如此大的应力下,沥青路面的整体性、稳定性及耐久性不如水泥道面,而且水泥混凝土道面在造价上也比沥青混凝土道面低。

参考文献

[1]苏新.《民用机场沥青道面设计规范》(MH/T5010—2017),中国民航出版社.

[2]白旭耀,郝培文.《民用机场沥青道面施工技术规范》(MH/T5011—2019),中国民航出版社.

[3]姜昌山.《民用机场水泥混凝土道面设计规范》(MH/T5004—2010),中国民航出版社.

作者:陈述志 单位:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

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