防止寒冷地区机场水泥混凝土道面冻胀问题的施工措施

史保华 梅平 刘远飞 杨新泉

摘要：为了保证寒冷地区机场水泥混凝土道面的施工质量，在对道面容易发生的冻胀、翻浆和冻融等破坏问题的原因进行系统分析，在此基础上，不但从施工气温、保温措施等基本要求方面提出了施工对策，而且从土方工程施工、混凝土道面工程施工等方面提出了具体措施，可为同类施工项目提供借鉴。

关键词：寒冷地区；机场施工；水泥混凝土道面；冻胀

中图分类号：U418.5文献标志码：B

0引言

中国的西北、西南、华北和东北等地由于冬季气候寒冷，不同程度地存在着季节性冰冻问题，寒冷地区的面积占国土面积的一半左右。为了国民经济发展和国防战备建设的需要，在今后一段时期，国家将安排国债资金并多方筹资支持民航机场设施建设，重点为中西部支线机场和西部干线机场项目的建设，逐步形成中国的机场网，以增强航空运输的通达能力，提高国防军事实力。因此，在寒冷地区建设机场道面的任务繁重。由于水泥混凝土强度高，使用品质好，抗冻性强，所以，中国新建机场道面大多采用水泥混凝土铺筑。

飞机的起飞、降落、滑行和维修等活动均需在道面进行，因此，机场建设的关键是保证道面工程的施工质量。通过对东北和西北多个机场水泥混凝土道面的调查发现，由于施工原因造成寒冷地区道面产生冻胀破坏的情况比较普遍，轻者跑道平整度恶化，影响飞机滑行安全，给机场使用带来困难；重者跑道出现错台或突起，需要关闭机场，对跑道进行维修，造成巨大的经济损失。故对寒冷地区机场水泥混凝土道面容易发生问题的原因进行研究，探讨防止道面冻胀的施工措施，对保证道面的建设质量、延长机场使用寿命具有重要意义。

1水泥混凝土道面容易发生的问题

寒冷地区机场的水泥混凝土道面通常易发生冻、融问题，归纳起来产生的危害包括三个方面：一是冬季土基会产生冰冻现象，冻胀值过大或超过了允许值（限定值）时，道面的平整度恶化或出现错台；二是春季融冻时，土基承载力下降，在飞机荷载的作用下形成唧泥或翻浆；三是水泥混凝土道面板发生冻融破坏。

1.1冻胀问题

东北某机场地处寒冷地区，冬季气温在-30 ℃以下。在最冷的1月份，现场调查发现土基冻胀使水泥混凝土道面向上隆起，局部道面板隆起3 cm，个别部位隆起高度大于10 cm，平整度严重恶化，危及飞机超降安全，机场关闭。一般来说，机场道面是允许一定冻胀量的，但超过了某一限值，道面就容易产生冻胀破坏，进而严重影响飞机安全[1]。

土基不但承受着由面层传下来的飞机荷载和上部结构（包括面层、基层和垫层）的全部自重外，还承受着自然因素的长期作用，尤其是水和冰冻的作用，在寒冷地区，如果处理不当，不但土基发生冻胀，而且会导致道面隆起损坏。引起冻胀的原因有两个：一是由于水分冻结，体积将增加9%左右；另一个是由于土基中的弱结合水向冻结区移动，如有地下水不断供给水源，而冻结的过程又很缓慢，则这一过程会持续一段时间，从而使冻胀发展得更加严重。

北方地区进入冬季，气温降到0 ℃以下时，土中自由水先在0 ℃区域冻结，形成小的冰晶，冰晶与固体土颗粒之间被结合水膜隔开[2]。随着温度的不断降低，土颗粒的结合水开始冻结，不断加入到冰晶体中，使冰晶逐渐增大，最终导致土基发生冻胀。引起土基冻胀最严重的土类是容易受到毛细水作用的细粉粒土，这类土对冰冻的敏感性强。通常小于002 mm的颗粒含量超过3%的所有无机土对冰冻特别敏感。这些土的孔隙尺寸小到足以产生潜在毛细水作用，而又大到足以使地下水能通达冻结区域。所以，进行土方工程施工时要严格控制002 mm的颗粒含量，增加土基压实度，消除毛细水作用，才能防止土基冻胀问题。

1.2翻浆问题

春季来临，北方地区气温会升高到0 ℃以上，由于机场道面的导热性强和结构层的吸热，道面下冰冻的土基开始融化，积聚在土基上层过多的水分不能及时排出，道基处于过湿状态，会使土基失去承载力，在飞机荷载反复作用下，导致道面翻浆、冒泥（唧泥）或局部塌陷。

分析影响土基翻浆的因素，除了路面类型、飞机荷载和施工因素以外，主要包括土类、气温和水三个方面。一是粉性土因素，这种土中毛细水上升高，在负温作用下水分聚流严重，而且土中的水分增多时强度降低幅度大而快，容易丧失稳定。二是气温因素，气温变化决定冻结深度和冬季每月负气温的总和即冷量，初冬时气温较高、在0 ℃～4 ℃停留时间较长或冷暖交替会都使大量水分聚流到土基上层，容易翻浆；而春天气温的特点和化冻速度对翻浆有较大影响，若气温急剧上升，冻土急速融化，则加重土基翻浆。三是水的因素，翻浆是水的状态和位置在土基中转移与变化的过程，因此，道面周围地表积水和较高的地下水是形成翻浆的重要因素。

1.3冻融问题

在寒冷地区，水泥混凝土道面板孔隙中的水分结冰会使其变酥而逐渐破碎，即发生冰冻或冻融破坏，特别是在水系发达的地区。中国机场道面发生冻融破坏的例子很多，经验教训告诉我们，水泥混凝土必须具有较高的抗冻性，以保持其强度和外观完整的能力。

分析水泥混凝土板受冻融作用而破坏的原因，主要是气温在0 ℃以下时，由于混凝土内部孔隙中的水结冰，其体积膨胀造成的静水压力和因冰水蒸汽压的差别推动未冻水向结冰区的迁移造成了渗透压力，当压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生裂缝；长期反复的冻融使其裂缝不断增长、扩大或加深，使混凝土强度降低，表面开始剥落，甚至使混凝土完全崩溃。因此，混凝土铺筑施工时，增加密度和减少裂缝是防止道面冻融的关键。

2施工的基本要求

2.1气温要求

中国东北和西北大部分地区，从每年的九月份开始降温，来年的三月初开始升温，三月底温度上升到0 ℃以上。而青藏高原、新疆、内蒙和东北的部分地区直到四月份才进入春季，有的地区春秋两季不明显，夏季也只有短短的3个月左右，而冬季时间漫长，短则5个月，长则7个多月。冬季气温低，不便于施工作业，若采取保温措施，一是提高了工程造价，二是施工质量很难保证。endprint

由于寒冷地区能满足施工气温要求的时间有限，所以，机场道面施工的基本要求是合理安排施工进度，把土方工程、道面基层和道面面层等结构层的施工安排在日最低气温大于5 ℃时进行，在有冰冻的地区，应在第一次冰次冰冻期（-3 ℃～5 ℃）到来之前半个月至一个月完成[3]。

2.2保温要求

为了防止已完成的道面工程受冻，在冬季来临之前，需要采取措施进行保温。可在结构层表面用塑料薄膜加草席覆盖，并在其上填50～100 cm的土进行保温，稳定土层宜有半个月以上的温暖气候期养护。大面积土基填土、禁止低温施工、在基层及混凝土面铺筑施工过程中做好道槽排水等工作，都是保证施工质量的有效措施。

3土方工程施工对策

为了减少冻胀，提高土基的承载强度，要对土基进行充分压实，这样不但可以保证强度的稳定性，还可增强其水稳定性，有效延长道面的使用寿命，因此，对于一般情况下的土基压实，可以选择分层碾压法，其处理效果可靠而经济。

采用机械压实时需要注意4个问题：一是严格控制含水量，用某种压实机械碾压土基填料时，如果其含水量较大或较小，都很难达到较高的压实度，只有在最佳含水量下进行压实，土的密实程度才能达到要求，这不仅可以减少压实功率，而且压实后土的渗水率最小，土基持久而稳定；二是合理选择压实机械，土基压实通常可选光轮压实机、羊脚压实机、轮胎压实机、振动压实机、冲击压实机等多种类型，压实作业项目不同，选用的压实机种类和规格也不同，应根据土基和填料工程性质选型，对于砂土、粉土掺入粘土或其他改良材料进行压实，宜选用压实功率较大的静压式压实机、振动压实机和冲击压实机进行碾压；三是控制填料的厚度和碾压遍数，一般根据填料的土类和选择的碾压机械功率并通过试验进行确定；四是保证压实度符合要求，要根据填料的深度、土类及场道位置由试验设计确定[4]。

4混凝土道面施工对策

4.1配合比设计

为了减少水泥混凝土表面可能产生的细微干缩裂纹、龟裂等问题，防止冬季雪水、除冰液下渗对混凝土产生冻胀和侵蚀，应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、小石用量少等要求进行设计。选择高效引气减水剂可以减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，提高混凝土的密实度，增强混凝土的抗冻、抗渗性能。配合比设计中还需要考虑混凝土拌和物的和易性，必须适于施工操作和易于整修做面。

4.2拌和与运输

水泥混凝土的拌和质量取决于拌和机械，为了确保混凝土拌和物均匀一致，没有生料、干料、离析或高效引气减水剂等外加剂产生成团等现象，要选择计量准确的强制式拌和机械，拌和时间应以使混合料拌和均匀、含气量达到最高值为准。在低温季节施工时，不但要测定原材料与拌和物的温度，把出料温度控制在10 ℃以上，而且对坍落度损失率和凝结时间要进行测定和控制。拌和物要充分考虑施工气温下运输坍落度的损失。

为了避免混凝土在运输中离析而造成含气量损失，运输应一次到位，运输时间以不进过10 min为宜，泌水率要控制在1%以内。可根据混凝土拌和机械的生产量、运距、路况和施工进度等因素选配运料车的车型和数量，车辆总运输量要比拌和机械的产量稍有富余，以确保在规定的时间内把拌好的混凝土运到铺筑现场。

4.3混凝土铺筑

混凝土铺筑是机场水泥道面施工的关键工序，道面铺筑的施工质量决定了防渗与抗冻的状况，因此，在混凝土铺筑施工中需要采取措施严把质量关。滑模摊铺机通常自带振捣仓、拉杆插入机、重型整平梁、超级抹平器等配套设备，在混凝土面层施工中能满足灵活性的要求，并可毫不费力地转移机器。由于该机器既具有很高的自动化程度，又可很好地控制混凝土施工质量，生产率也很高，所以，滑模摊铺机是寒冷地区混凝土铺筑的首选机械。

混凝土面层施工是铺筑施工的最后一道工序，需要在防风防晒棚下进行作业，以防止烈日爆晒或干旱、风吹而导致混凝土表面龟裂和干缩裂纹。

4.4施工温度与养护

在昼夜平均气温低于5 ℃（夜间最低气温-3 ℃～5 ℃）时，为了保证工程质量，最有效的措施是停止混凝土铺筑。在温度较低（0 ℃～5 ℃）的情况下需要施工时，首先要选择水化总热量大的R型水泥，增加混合料的搅拌时间（较常规施工增加50%），然后随时检查水和砂石料投入搅拌机前与混合料出料时的温度，把拌和物温度严格控制在10 ℃以上，混凝土铺筑温度控制在5 ℃以上，完成做面工序时的混凝土温度不得低于5 ℃[5]。

加强养生对防止混凝土裂缝非常有效。养生必须及时到位，方法是用手指轻按无明显印痕后即时进行养生。切缝前对混凝土采用塑料薄膜加湿麻袋或养生布养生，切缝后采用覆盖麻袋（养生布）并洒水养生，养生期间始终保持混凝土表面湿润。为了保证混凝土板不受冻，要在养生期间保持混凝土板的温度大于5 ℃，覆盖保湿保温养护时间大于28 d[5]。

5结语

随着中国国民经济和民用航空事业的迅猛发展，国防战备实力也需要不断提高，中国机场建设跨入一个前所未有的新的历史阶段，正处于布局优化调整、快速建设发展时期。东北地区以及西南和西北这些经济欠发达的区域是机场建设的重点；因此，防止寒冷地区机场水泥混凝土道面冻胀是必须面对的问题，而分析道面发生冰冻破坏的原因，研究探讨各种防冻胀的施工措施是保证道面建设质量的一个有效途径。

参考文献：

[1]邢耀忠，郝友诗.机场刚性道面结构防冻厚度设计探讨[J]，华东公路，2010（4）：5253.

[2]许永明.公路养护与管理[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]MH 5014—2002，民用机场飞行区土（石）方与道面基础施工技术规范[S].

[4]史保华，许巍，王文杰，等.机场土基工程典型问题与处理对策[J].筑路机械与施工机械化，2010，27（2）：2025.

[5]MH 5006—2002，民用机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范[S].

[责任编辑：杜卫华]endprint