机场跑道道面结构性能评价及基础注浆处治效果分析

张 涛

太原国际机场有限责任公司 山西 太原 030051

近年来，我国航空运输业蓬勃发展，跑道作为航空运输不可或缺的一部分，其道面结构性能对飞机运行安全至关重要。因此，需定期对跑道道面结构性能进行检测，及时发现问题并处治[1]。本文针对华北地区某机场，采用HWD与探地雷达开展跑道道面结构性能评价，基于评价结果发现跑道部分区域道面结构性能不足，提出采用基础注浆的处治方法来提升道面结构性能，并对注浆效果进行分析；对保障飞机运行安全、延长跑道使用寿命具有重要意义。

1 跑道道面结构性能评价

1.1 基于HWD的道面结构性能评价

重锤式弯沉仪（HWD）是国际上民用机场、公路、市政道路等工程领域应用最为广泛的无损检测设备，HWD通过落锤对跑道施加的冲击荷载能够较好模拟飞机对跑道的冲击过程。通过分布于距HWD荷载中心不同距离的传感器记录跑道在冲击荷载作用下的弯沉响应，来评价跑道道面及基础的强度。另外，还可采用HWD对跑道道面结构整体性进行评价，如：通过测试水泥道面板板边中点和板中受荷时的弯沉值，可明确水泥道面板底是否存在脱空；同时，可基于水泥道面板接缝处受荷与未受荷板的弯沉值评价水泥道面板接缝传荷能力。

1.1.1 道面结构状况

采用HWD对跑道中心线西侧第一幅道面板（W1测线）和东侧第二幅道面板（E2测线）进行弯沉测试，并计算道面板接缝传荷系数（LTE）与脱空系数。LTE、脱空系数计算方法及道面板底脱空判定标准参照《民用机场道面评价管理技术规范》（MH/T 5024-2019）。

跑道两条测线的LTE及脱空系数纵向分布情况如图1与图2所示。通过对测试结果分析可以发现，W1测线上23%的测点存在明显脱空，主要出现在0-140m、800-1400m和2000-3000m区段（此处及下文所述区段均是指距跑道13端距离）；同时，可以发现在明显脱空区段道面板接缝传荷能力也出现明显下降；特别是800-1400m区段道面结构性能下降较其他区域更为明显。另外，E2测线上仅有6%的测点存在明显脱空，且出现道面板接缝传荷能力下降区域的范围较小，E2测线道面结构整体性较好。

图1 跑道W1测线传荷及脱空系数分布图

图2 跑道E2测线传荷及脱空系数分布图

1.1.2 道面承载能力

冲击劲度模量（ISM）是反映道面及其基础对飞机运行的综合支撑作用指标，它是通过HWD施荷重量除以受荷处弯沉值得出；ISM值越大，表明该区域道面和基础的综合支撑作用越强；反之，则表明道面和基础的综合支撑作用越弱[2]。

本文对跑道0-140m、800-1400m和2000-3000m三个存在明显脱空区段以及跑道全长范围两次检测（2016年与2019年）的ISM均值进行对比分析，统计结果如表1所示。

由表1可知，除0-140m区段两次检测的ISM均值基本一致外，其他区段ISM均值均有不同程度下降；而且800-1400m区段ISM均值下降比例高于其他区段，表明该区段道面承载能力衰减速度高于其他区段，进一步验证了上文得到“该区段道面结构性能下降较其他区域更为明显”的结论。同时，通过对比各区段ISM均值与跑道全长ISM均值的下降比例，可以得到，W1测线800-1400m区段、2000-3000m区段、E2测线800-1400m区段道面承载能力的衰减速度高于跑道整体，故这些区段较跑道整体而言更易发生病害，应及时采取处治措施。

表1 跑道不同区段ISM均值统计表（单位：kN/mm）

2 跑道基础注浆区域确定

通过HWD和探地雷达对跑道道面结构性能测试及综合分析[3]，结果表明：距跑道0-140m、800-1400m和2000-3000m区段内道面板底普遍存在明显脱空；并且与2016年相比，除0-140m区段道面承载能力基本保持不变外，其余各区段道面承载能力均表现出不同程度的下降。因此，本次选择对跑道0-140m、800-1400m和2000-3000m区段的中心线两侧各两幅道面板进行基础注浆处治，以改善道面结构状况、提高道面承载能力。

3 跑道基础注浆效果分析

跑道基础注浆工程于2020年完成，采用HWD对跑道基础注浆区域内135块道面板的结构性能进行弯沉测试，通过注浆前后道面结构状况和承载能力的对比，分析基础注浆对跑道道面结构性能的提升效果[4]。

3.1 道面承载能力提升效果

通过对弯沉测试数据整理分析，得到跑道注浆区域内中心线西侧第一幅道面板（W1测线）与东侧第二幅道面板（E2测线）的ISM值纵向分布情况及其与2019年该区域道面ISM值（注浆前）的对比情况，结果如图3所示。计算跑道注浆区域内两条弯沉测线不同区段注浆前后的ISM均值，结果如表2所示。

图3 跑道注浆区域ISM值分布图

表2 跑道各注浆区段ISM均值统计表（单位：kN/mm）

上述分析、统计结果表明，个别测点注浆后的ISM值小于注浆前，其原因可能是弯沉测试时注浆的基础强度尚未稳定，或是测试过程中测点定位、仪器设备等误差造成。但整体而言，跑道基础注浆区域的道面承载能力相比于2019年有一定程度提升，其中，跑道中心线西侧第一幅道面板（W1测线）ISM均值整体提升6.3%；中心线东侧第二幅道面板（E2测线）ISM均值整体提升2.5%。另外，跑道800-1400m区段（脱空严重区段）内注浆对道面承载能力提升效果最为明显，其中W1测线该区段的ISM均值提升率高达13.9%。

综上所述，基础注浆可显著提升跑道道面的承载能力，特别是对脱空严重区段的提升效果最为明显。

3.2 道面结构状况改善效果

3.2.1 道面板底脱空状况分析

根据弯沉测试结果计算道面板脱空系数，并对跑道各注浆区段注浆前后的脱空道面板块数量进行统计[5]，结果如表3所示。

表3 跑道各注浆区段注浆前后脱空道面板块数量统计表

由表3统计结果发现，跑道W1测线检测范围内脱空道面板数由注浆前的39下降至注浆后的2，脱空率由43.8%下降至2.2%，下降幅度高达41.6%；跑道E2测线检测范围内脱空道面板数由注浆前的4下降至注浆后的0，脱空率由8.7%下降至0，由于E2测线本身脱空不及W1测线严重，所以脱空率比例下降幅度仅为8.7%。基于上述分析结果可以得到，基础注浆可有效改善跑道道面板底脱空状况。

3.2.2 道面板接缝传荷能力分析

根据弯沉测试结果计算并统计跑道各注浆区段注浆前后的LTE，统计结果如表4所示。可以发现，注浆后各区段的LTE均有不同程度提高，这表明基础注浆可以提升道面板接缝传荷能力，而且对注浆前LTE较小的区段提升效果最明显，但对注浆前LTE较大的区段提升效果一般；当LTE小于0.6时，基础注浆对LTE提升比例最高可达22.8%；当LTE大于0.8时，基础注浆对LTE提升比例最大为6.0%，最小仅为1.2%。

表4 跑道各注浆区段注浆前后LTE统计表

4 结语

本文基于HWD和探地雷达对机场跑道道面结构性能进行评价，依据评价结果确定了跑道需进行基础注浆处治的区域，通过对比注浆区域注浆前后的结构性能，得到如下结论：

（1）基础注浆可显著提升跑道道面的承载能力，跑道注浆区域内中心线西侧第一幅道面板ISM均值整体提升6.3%；中心线东侧第二幅道面板ISM均值整体提升2.5%；另外，在脱空严重区段内注浆对道面承载能力提升效果最为明显，ISM均值提升率最高可达13.9%。

（2）基础注浆可有效改善跑道道面板底脱空状况，注浆后跑道中心线西侧第一幅道面板底脱空率下降幅度高达41.6%，跑道中心线东侧第二幅道面板底脱空率下降幅度为8.7%。

（3）基础注浆可提升道面板接缝传荷能力，且对注浆前LTE较小的区段提升效果最明显，但对注浆前LTE较大的区段提升效果一般；当LTE小于0.6时，基础注浆对LTE提升比例最高可达22.8%；当LTE大于0.8时，基础注浆对LTE提升比例最大为6.0%，最小仅为1.2%。