某国际机场道面雨后冒水问题原因分析及处理措施

马宗良

摘 要：某国际机场跑道沥青道面出现雨后冒水现象，国内外经验丰富的相关专家对现场进行了勘察，根据以往的经验，对机场道面雨后冒水情况做了详细的观察和数据理论分析。调查发现，项目所在地原地质情况较差，基本受力层材料由珊瑚砂颗粒组成，项目所在地地下水位高，而跑道设计横坡度偏小，造成道面宽排水不畅。因此，采用孔隙大的道面结构层SMA-13面層，雨水易渗入与地下水贯通，雨后地下水位拔高而造成冒水。经过现场观测和试验检测，最终得出结论，机场道面施工质量合格。

关键词：机场跑道;沥青道面;雨后冒水;施工质量

中图分类号：U44;TU7文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）02-0144-03

Abstract： After the rain water appeared on the asphalt pavement of an international airport runway， experienced experts at home and abroad conducted a survey on the site， based on past experience， detailed observations and theoretical analysis of data on the water flooding of the airport pavement after rain were made. The investigation found that the original geological conditions of the project site were poor， the material of the basic stress layer was composed of coral sand particles， the groundwater level of the project site was high， and the runway design had a relatively small slope， resulting in poor drainage of the wide pavement. Therefore， the pore surface structure layer SMA-13 was adopted， rainwater easily penetrated and penetrated the groundwater， and the groundwater level rose after the rain， causing water to leak. After on-site observation and testing， it was finally concluded that the quality of the airport pavement was qualified.

Keywords： airport runway;asphalt pavement;rain water;construction quality

沥青路面常见的病害有积水、渗水、裂缝等现象，但沥青路面出现冒水的现象在国内还未有先例。某海外国际机场的主跑道沥青面层施工完成后，雨后一段时间（天气放晴）出现冒水问题。为了弄清楚发生冒水现象的原因，该机场邀请国外有相关经验的专家对现场进行勘察，根据以往的经验[1-2]，对机场道面雨后冒水情况做了详细的观察和数据理论分析，最终得出结论，机场道面质量合格。

1 项目地质情况分析

从项目地质情况来看，该项目场地位于印度洋北马累岛环礁区，陆域面积狭窄，地势低平，水文地质条件总体属于印度洋海洋环境。砂岛地质条件覆盖层较薄，透水性好，储水条件极差。根据野外钻探成果的分析，该项目场地内16.0m深度范围内的地层为：表层为人工填土层，其下为珊瑚砂层，下伏为礁灰岩。珊瑚砂的主要成分为钙元素和氯化钠，同时含有大量的卤离子，其腐蚀性强，遇水后强度迅速减小，易碎，磨耗系数较低。珊瑚砂级配料为主要持力层，其呈现自然胶合的状态，透水性良好。

2 项目地质层状调查报告结果分析

2.1 珊瑚砂素填土①-1层

珊瑚砂素填土①-1层湿度饱和，一般为松散状，局部表层为中密密实，砂为钙质砂，以细砂为主，局部为中粗砂，含少量珊瑚枝丫及碎石，局部表层为厚度约20 cm的耕植土，夹少量黏性土。施工时将该部分挖除换填。

2.2 含珊瑚枝珊瑚砂素填土①-2层

含珊瑚枝珊瑚砂素填土①-2层湿度饱和，一般呈松散状，局部表层为中密-密实，砂为钙质砂，由中粗砂混珊瑚枝丫组成，以中粗砂为主，局部为角砾，局部夹薄层细砂，含一定量珊瑚枝丫及少量碎石，珊瑚枝丫含量为15%～40%，珊瑚枝丫直径约为1 cm，长度为4～10 cm，局部含少量建筑垃圾及生活垃圾。

2.3 含珊瑚碎石珊瑚砂素填土①-3层

含珊瑚碎石珊瑚砂素填土①-3层为灰白色，局部为灰色，湿度饱和，一般为松散状，局部表层为中密-密实，砂为钙质砂，由中粗砂混珊瑚碎石组成，以角砾为主，局部为碎石，局部夹薄层细砂，含一定量珊瑚角砾、珊瑚碎石及少量珊瑚枝丫，珊瑚角砾及碎石含量为15%～40%，一般粒径为3～6 cm，最大粒径达30 cm。

2.4 珊瑚细砂②-1层

珊瑚细砂②-1层为灰白色，局部为浅黄色，湿度饱和，一般为松散状，砂为钙质砂，砂质较纯，以细砂为主，局部为中粗砂，含少许珊瑚枝丫及碎石。

2.5 珊瑚中砂②-2层

珊瑚中砂②-2层为灰白色，局部为浅黄色，湿度饱和，一般为松散状-稍密，砂为钙质砂，砂质较纯，以中砂为主，局部为砾砂，含少许珊瑚枝丫及碎石。

2.6 珊瑚砾砂②-3层

珊瑚砾砂②-3层为灰白色，局部为浅黄色，湿度饱和，一般为稍密-中密，砂为钙质，砂质较纯，以砾砂为主，局部为角砾，含一定量珊瑚枝丫及碎石，碎石含量约为10%，粒径为10～15 cm。

2.7 含珊瑚碎石珊瑚粗砂③层

含珊瑚碎石珊瑚粗砂③层为灰白色混灰黄色，湿度饱和，一般为松散状，局部稍密-中密，由中粗砂混珊瑚碎石块组成，珊瑚碎石含量為30%～45%，块径为2～8 cm。

2.8 礁灰岩④层

礁灰岩④层为灰白色，局部浅黄色，骨架由0.5～1.0 cm（较多）和2～4 cm（少量）珊瑚砾石组成，间夹贝壳屑及不规则放射状方解石结晶珊瑚灰岩;颗粒间空隙发育，多晶状方解石胶结，属弱胶结;岩芯多呈柱状，部分呈半圆、圆柱状，节长为10～20 cm，部分呈碎块状，块径为1～5 cm;岩芯表面粗糙，似蜂窝状，岩质轻，锤击强度较高，岩芯存在密度差异。

3 项目场地内水文情况

3.1 地表水调查情况

项目海域洋流总体特征受控于南印度洋洋流，机场岛区域洋流具有半日潮往复流特征，潮差较小，平均潮差约为0.98 m;附近浅层海水流速慢，为1～2 m/s。海浪较高的月份一般发生在6月、7月和8月，波浪向为S向，其主要波方向为180°。10—12月，波浪周期变短，波浪向为S和W向。据估算，在机场岛外侧深海区域，波高最大约为3 m。项目场地位于机场岛的东侧及西侧，勘察期间（6—7月）正值西南风季节，西侧受机场岛掩护，东侧位于潟湖区，总体风浪较小，西侧海域风浪为0.5～1.0 m，潟湖相对平静。受印度洋整体潮波传播方向控制，涨潮方向为由西向东，落潮方向为由东向西，潮流受环礁地形的影响，不同位置流速存在一定差别。涨落潮流速较大时刻位于低潮位、高潮位之后2h附近，从表层至底层，流速呈现渐小的趋势，表底层流流向相差不大，水流呈现比较明显的往复流形态。

3.2 地下水调查情况

钻探深度（16.0 m）范围内观测到一层地下水，具体水位观测情况如表1所示。地下水类型为潜水，与海水处于连通状态，以大气降水、地下径流及潮汐为主要补给方式，地下径流为主要排泄方式。

以上水位为勘察期间钻孔内观测到的地下水位情况，地下水位会随潮位涨落而发生变化，单日变幅为0.4～1.0 m。据现场实测珊瑚砂地层毛细水上升高度及以往工程数据，拟建场地内毛细水上升高度不小于30cm。项目地下水位观测情况如表1所示。

4 道面雨后冒水原因分析及处理措施

4.1 道面雨后冒水原因分析

从设计道面的结构尺寸和路拱横坡来看，道面采用了较粗较耐磨的SMA13的面层和两层底层（AC20、AC25），其特点就是孔隙率较大，易渗水，并能给冒水提供很好的路径。SMA路面在高温下主要依靠粗集料嵌挤达到稳定效果，但反复碾压造成过压会磨掉石料棱角，破坏集料嵌挤作用，从而容易发生结构层的变化，也容易使本来的孔隙率发生变化，形成毛细水上冒的路径。路拱横坡按照规范规定要求，少雨地区为1.5%，多雨地区为2.5%。但项目所在地雨季雨量较大，路面一侧汇水面积较大，采用底限1.5%显然有些保守，造成部分雨水因为排水不及时或排水不畅而汇集，从而渗入路基。由于地下水位高，雨水无法及时排除，和地下水形成贯通，降水过后，受温度变化影响，雨水沿着各结构层冒出路面，形成冒水现象。

4.2 道面雨后冒水处理措施

项目组和业主聘请中国和美国机场方面有经验的专家进行现场调查分析，并对斯里兰卡科伦坡的班达拉奈克国际机场的相同情况进行了调研。同时，对冒水区域冒水情况进行长期观察和试验检测。通过近半年时间反复观察，该道面冒水区域绝大部分分布于跑道两侧距离道肩0～15 m的区域。最初，雨后晴天85%以上冒水区域不再冒水，随着时间的推移，余下不足20%的冒水区域中80%以上的冒水点雨后晴天不再冒水。现场渗水试验结果表明，随着施工完成时间的延长，渗水系数检测结果逐月减小，由当初的部分接近不合格到后来部分基本不渗水。压实度检测结果呈现略微减小的趋势，但所有结果全部合格。

中美专家对斯里兰卡科伦坡的班达拉奈克国际机场道面进行实地考察，该机场跑道已运行2年，也存在道面冒水问题，冒水区域比该项目更广，冒水点更多。虽然机场公司进行沥青涂刷，但是现在仍然雨后晴天冒水。该机场跑道运行正常，没有出现因冒水造成跑道损坏，更没有出现因冒水返修的现象。经了解，该机场跑道验收时压实度和渗水系数检测结果合格，其他检测结果也全部合格。最终，中美专家经分析交流后一致认为，跑道沥青道面冒水区域和冒水点随时间减少，是由于沥青属于胶体材料，高温时显示液体特征，低温时显示固体特征。晴天中午，沥青道面的温度高达70℃左右。水的比热值很大，当水从开口孔隙里彻底排除后，沥青道面温度迅速升高，沥青由固态向胶体状态转化，在重力作用下，时间久了，它把部分开口孔隙封堵为闭口孔隙，从而实现不再冒水。

现在距离新跑道启用还有半年多的时间，随着时间的推移，将有更多的冒水点因开口孔隙变为闭口孔隙而停止冒水。冒水点呈白色或黄白色，冒水点白色水晕是由于细微珊瑚砂沉入沥青面上，黄白色水晕是由于压路机上的铁锈水流入空隙中，铁锈沉积在空隙中，雨后随雨水冒出，钻芯结果未发现有其他异常。

专家处理意见为：利用重载运输车，对当前仍然冒水区域进行低速反复碾压。一是雨后晴天统计冒水区域并标记出位置;二是连续晴天道面冒水区域不再冒水后，利用晴天午间11：00—15：00，用多台重载运输车持续多日对冒水区域进行低速反复碾压;三是试验和测量给予配合，每天进行沉降观测和渗水检测，当天碾压完成，沉降量多数大于1㎜或者渗水系数多点检测结果小于30mL/mim时停止碾压;四是碾压由施工专人负责，确保冒水区域碾压全覆盖、不遗漏。

5 结论

SMA-13设计孔隙率为3%～5%，这些孔隙包括部分开口孔隙和闭口孔隙。质量验收标准要求孔隙率不大于7%，也就是说，道面实际有较多的开口孔隙和闭口孔隙，造成部分开口孔隙比体积增加和深入内部，降雨时收集部分雨水，天气晴好后，由于气温升高，混合料内的水和空气受热膨胀，水和空气挤压出孔隙形成冒水冒气泡现象。依据施工技术规范相邻机场相似情况和经验，只要压实度和渗水系数检测结果满足规范要求，同时雨后晴天冒水点不连成片，就不影响道面使用，不会造成水损害和道面破损。道面孔隙率不易过小，道面孔隙率过小易导致车辙，甚至会造成道面大面积损坏和返修。美国战略公路研究计划（SHRP）指出，4%是公路沥青路面通车两年后的孔隙率，而非施工验收标准。道面两侧零星冒水点可以认为是不影响跑道质量和跑道正常运营的，施工质量满足技术要求。

参考文献：

[1]李柱峰，黄志勇，陈搏.基于无损检测技术的机场道面承载能力评价应用[J].科技和产业，2019（10）：158-162.

[2]曹承，任楠.机场道面板底脱空注浆工艺及效果评价[J].工程建设与设计，2019（23）：232-234.