高寒地区机场道面的病害及防治研究

路嘉琦

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

高寒地区的气候有其独特性，例如昼夜温差大、冬季寒冷等，正是因为高寒地区气候的特殊性，所以该地区的机场道面易在冬季受降雨降雪及温度正负交替变化等因素影响而发生冻融，随着冻融的循环积累，机场道面会逐渐出现裂缝，在严重的情况下还会发生起皮剥落，脱离的碎屑会形成跑道FOD，进而严重影响飞机起飞及降落的安全性[1]。因此，为了积累高寒区机场道面病害防治经验，该文结合实例针对机场道面损坏类型、原因及防治措施进行详细论述及总结，以供参考。

1 项目概况

某机场建于1979年，共有3座航站楼，其中T1航站楼面积约为7.6万m2，T2航站楼面积15.5万m2，临时国际航站楼2.3万m2；民航站坪设机位82个，其中E类机位6个；跑道为水泥混凝土结构，长3200 m、宽45 m；可满足年旅客吞吐量1800万人次、货邮吞吐量17.5万吨、飞机起降14.1万架次的使用需求。该机场地处高寒地区，气候呈冬季漫长且寒冷、夏季短暂且凉爽的特点，年评价降水量约595.6 mm，且降雨时间主要集中在每年的6～9月。

该机场是1座国际机场，日常航班运输量大，任务重，经长期使用，受气候、天气以及温度等因素的影响，该机场跑道道面出现不同程度、不同形式的损坏，例如板块破裂、板块边角碎裂、表面起皮以及脱离等，这样不仅影响了机场道面的美观度及平整度，而且也给飞机的起飞及降落带来一些安全隐患，因此，须及时将损坏的道面修复。

2 机场道面的病害类型及原因

为了确认该机场道面的实际病害类型及损坏程度，派遣专业的检测队伍到现场进行实地勘测。根据勘测结果数据显示，该机场道面病害类型主要可分为裂缝类病害、变形类病害以及表面损坏类病害3类，都是比较常见、典型的病害，具体损坏情况如下所述。

2.1 裂缝类病害

该机场道面的裂缝类损坏主要表现为裂缝将整块的道面板裂分成多块（图1），裂缝深度1 cm～5 cm，导致道路整体抗压能力降低。根据现场裂缝情况分析其成因：1）随着飞机技术不断进步，为满足运载需要，飞机的体积及质量也逐渐增大，这就导致起轮载质量逐渐超出了道面的承载力及抗压能力，进而出现裂缝。2）由于机场基础设施投入使用年限比较长，随着机场客运量的逐渐增加，地基的支撑能力减弱，慢慢出现裂缝。3）由于长期的自然因素（例如恶劣天气、冻融等）影响而导致裂缝类损坏。

图1 道面裂缝损坏现场图

2.2 变形类病害

该机场的道面的变形类损坏主要变形为整个道面板块从某一方向发生了整体性的偏移（例如隆起、错台以及凹陷），而道面板块仍然处于完整状态，并没有出现损坏。因为这种变形类病害会给飞机起飞及降落带来很大的安全隐患，也会使飞机产生颠簸感而影响乘客乘坐的舒适性，所以也必须进行修复[2]。导致变形类病害发生的主要原因有以下4点：1）因地基长期使用中出现下沉而使机场道面个别区域发生整板下沉凹陷，这便会严重影响整个道面的平整度。2）因跑道底部连接缝间的填缝料过期失效或丢失而使相邻两块道面板之间在水平方向上失去传送荷载能力，进而造成道面连接缝位置出现高度差，形成错台。3）因接缝见的镶嵌料丢失或过期失效造成道面的底板位置出现脱空，形成潮泥类变形。4）因该机场地处高寒区，夏季、冬季的昼夜温差较大，而水泥混凝土机场跑道的比热容比较小，在热胀冷缩的作用下跑道出现隆起变形。道面变形如图2所示。

图2 道面变形现场图

2.3 表面损坏类病害

表面损坏类病害主要表现为跑道表层或道面板块上层出现一些损坏，但是这些损坏并不影响跑道的承载效果，而是影响跑道的外观美观度及平整度。该病害产生的主要原因有以下3点：1）水泥混凝土材料质量比较低劣，在长期使用及日照下，跑道表面出现许多裂纹；2）因施工建设期间，水泥混凝土配制比例不合理，使跑道使用期间逐渐出现许多细微的坑槽和坑洞；3）因跑道面层涂抹的材料耐磨性比较差或跑道使用时间过长而使跑道道面摩擦系数降低，形成磨光现象。

3 道面病害修复方案及试验比选

3.1 修复方案

因为该机场日常运输任务重，停运修复的成本太高。所以，此次道面修复需要综合考虑修复成本、道面损坏情况，在保证机场正常营运等因素的基础上选择合适的修复方案，及时有效修复好道面损坏部位，在保证道面修复质量的基础上，尽可能地减少占用交通要道和飞行区的时间，保证机场的飞机可以正常起飞、降落。基于此，最终确定采用快干早强混凝土修复的方案，具体施工流程如图3所示。

图3 道面修复施工流程图

3.2 试验比选

3.2.1 水泥材料比选

水泥混凝土因其具有强度高、承受荷载高以及耐久性好等优点，在机场道路建设及修补中应用广泛。但是普通的硅酸盐水泥强度增长比较慢，不适合机场的不停航施工要求。同时，经民航局批准要求施工时间为0时至早晨8时，连续20d完成所有修复工作。也要求修复后3h抗折强度>3.5MPa，3h抗压强度≥30 MPa。为能在8 h内顺利完成快速修复并保证获得良好的修复效果，快干水泥材料的选用是关键，因此选择市面上常用的几种快干水泥材料进行了性能对比（表1），经对比，最终确定选择第三种快干速凝水泥。

表1 快干水泥材料比选

3.2.2 配合比比选

快干水泥材料确定后，现场使用试验设备根据此次修复施工的特点，对快干早强混凝土的配合比进行了反复试验对比，最终确定以粒径4.75 mm～31.5 mm的碎石作为骨料，具体配合比见表2。

表2 快干早强混凝土配合比

4 快干早强混凝土修复施工要点

4.1 关闭交通

为了保证道面修复工作安全、顺利地进行，须在正式修复前，根据机场施工专用的关闭标志及临时围挡等将修复施工区域临时封闭隔离起来。

4.2 划线切割

根据道面修复方案中的要求，在道面拟修补区域划线，划线应划成规则的几何图形，禁止出现出现锐角，且修补区域的最小宽度应≥50 cm。

待划好几何图形后，使用混凝土切割锯顺着几何图形的线进行切割。根据现场道面损坏程度及民航技术文件MH5006-2002的要求，确定这次切割的深度为12cm。在切割过程中要保持顺直平整，不能出现毛刺或歪斜[3]。

4.3 破碎凿除

切割完水泥混凝土道面的同时，为了方便及时清理，使用风镐等设备对切割下来的跑道面板进行破碎处理，破碎深度为12cm。对比较大的跑道面板，应先用切割锯将其切割成小块的，再进行破碎。同时，使用铲车+人工方式将破碎凿除的水泥混凝土碎石清理掉，做到一边破碎一边装车，以防形成FOD影响飞机起飞及降落安全。另外，在破碎过程中，施工人员要注意避开灯具及管线等，并对四周道面进行必要保护。

4.4 基层处理

先初步清理干净坑槽中的剩余碎石块及杂物，再使用空压机输送高压风对基础进行进一步清理，保证坑槽中没有任何杂物及灰尘[4]。

4.5 刷水泥浆

使用空压机高压风对基层进行清理后，使用素水泥浆对坑槽底部和四个边都涂刷一遍，改善界面条件，以便优化后续快速修补效果。

4.6 快干早强混凝土浇筑

做完上述前期处理工作后，开始准备现场拌制快干早强混凝土，并进行浇筑：1）现场拌制。鉴于传统混凝土拌制方法具有耗时长、须长距离运输、易浪费材料、计量误差较大等缺点，不适合此次快速修补施工。因此采用2台生产能力12 m3的混凝土智能一体车在现场现用现拌、现拌现浇筑。同时，准备拌制的混凝土料时，须根据当天设计的需求量多备20%的料，以防因损耗等导致备料不足，进而影响施工进度。2）快干早强混凝土浇筑采取双层对称浇筑施工法进行现场浇筑施工，即将2台混凝土智能一体车开到现场进行对称布置施工，分层浇筑共分2层，第一层的浇筑厚度控制在15 cm，第二层浇筑厚度控制在25 cm。浇筑完第一层混凝土后，要及时布置钢筋网片进行补强，然后浇筑第二层混凝土，并且需要在第一层混凝土初凝前完成第二层混凝土浇筑，以防产生冷缝。同时，整个混凝土浇筑的顺序是自修复位置的一侧向另一侧依次进行浇筑。3）在快干早强混凝土浇筑过程中，使用2根高频插入式振捣棒跟随着出料口边浇筑边进行振捣。振捣棒插点要均匀，且每处须振捣20s～30s，以防漏振，直至混凝土不再出现下沉，气泡开始泛浆[5]。4）在浇筑快干早强混凝土到达设计高程，且使用高频振捣棒振捣结束后，使用双钢管振动梁对混凝土面做提浆找平处理。在找平过程中，对道面板边位置溢流出来的混凝土浆液须及时清理，对振动梁前面多余的混凝土料应使用铁锹及时铲去，以防余料积累影响振动梁正常前进。如果有部位缺料，则须及时补充混凝土料，并用振动梁进行振动找平。振动梁提浆找平须进行两遍，以保证找平质量。5）完成提浆找平后，使用铝合金刮杠对混凝土面做刮搓处理，且刮搓前须清理干净临板边上的水泥浆，缺料的位置须用混凝土骨料填补好后再刮搓，多料的位置使用铁锹及时铲去。做完刮搓后，再用塑料抹子及铁抹子各抹两遍进行收面。

4.7 拉毛

待对快干早强混凝土做完找平、抹光、收面后，且混凝土初凝后使用拉纹器对修补位置混凝土做拉毛处理，拉毛深度以1mm～2mm为宜。

4.8 养生

用手按压混凝土表面没有手印，且开始发热后，马上使用喷雾器进行洒水养护。养护初期应将喷雾器的喷头向上喷水，使水雾自然下落至混凝土表面，不能直接用喷头对准混凝土表面喷水。养护时间≥3h，养护期间须确保混凝土表面始终保持湿润[6]。

4.9 切缝灌缝

混凝土浇筑完成2 h～2.5 h后，施工人员即可对修补道面位置进行切缝刻槽，以防出现收缩裂缝。

切缝结束后，施工人员要使用自流平性能好、黏结度高、抗位移性能好的硅酮灌缝胶对混凝土面板之间的缝隙进行灌缝处理。首先将缝隙中杂物、石屑等清理干净，然后使用特制的保温型智能灌缝机将硅酮灌封胶灌到缝隙中，并根据缝隙的深度及宽度调节出胶量，确保硅酮灌封胶跟缝隙紧密粘合，防止渗水；并且灌封胶的表面要比道面低3mm～6mm，以保证嵌缝表面整洁、美观[7]。

4.1 0 标线恢复

完成道面灌缝后，根据民航机场标线规范采用助推式划线机喷涂+人工喷涂的方式对道面标线进行及时恢复。对道面编号、机型号码等标志需使用专业的标志模板进行喷涂恢复。如果划线过程中遇到道面潮湿的情况，须使用烘干机先将道烘干后，再画标线。另外，画的标线必须要线条流畅、线形规则、色泽及漆膜厚度要跟原标线保持一致，禁止出现皱纹、斑点、气泡、开裂、起皮及松脱等现象[8]。

5 结论

综上所述，快干早强混凝土养护4h后，经现场检测3h抗压强度达到35MPa，3h抗折强度达到3.6MPa，均满足修复后3h抗折强度>3.5MPa、3h抗压强度≥30MPa的要求，说明此次快速修补方案取得了良好的效果。同时，施工时间严格按照批准的施工时间（0时至早晨8时）执行，未影响航班正常运营，效益良好。

因为快干早强混凝土的终凝时间比较短，所以在应用快干早强混凝土时建议在夜晚进行施工，避开在白天温度高时进行施工，这样既有利于混凝土养护，也可预防混凝土表面出现龟裂。