机场水泥混凝土道面轮迹带连续破损区域快速维修技术开发及应用

高定藩

北京首都国际机场股份有限公司 北京 100621

近四十年来，我国的民用航空事业一直处于高速发展阶段，随着我国航空交通事业的飞速发展，机场使用过程中出现的病害问题逐渐突出，机场道面病害已经严重影响了飞机起飞与降落的舒适性及安全性，据统计，我国机场道面多用水泥混凝土道面，基本上占总量的90%以上[1]。由于机场水泥道面破坏类型多样且影响严重，所以机场道面的病害研究愈加引起研究人员的关注，同时道面的养护以及损坏后修补研究也越来越受到专业人士的关注。我国经过多年的研究与实践，水泥道面的修补技术逐渐趋于成熟，形成了较为完整的系统的施工作业技术。但是针对滑行道轮迹带连续破损区域的分析以及修补方法还没有成熟的研究，本文即针对该种情况进行分析。

1 背景介绍

部分机场的水泥混凝土道面因航班密度大、使用频率高和载荷重量大等原因，在设计年限内就出现破损的情况。特别是在跑道平滑、重要联络口等日常交通流量大区域,道面中线两侧4-8m范围因是飞机滑行的主轮迹带，见图1，极易出现角隅断裂、交叉裂缝及破碎板的问题。随着病害的增多和逐渐严重，会形成连续的较大面积破损区。破损道面如果不能得到及时处理，会直接影响航空器地面滑行的舒适性，产生的碎石可能影响航空器在机场道面的安全运行，不慎被吸入发动机甚至会造成航空器损坏的严重后果。对此，针对水泥混凝土道面最易出现的轮迹带连续破损区域，亟需研究系统性维修方案。

图1 轮迹带示意图

2 国内机场水泥混凝土道面维修方案优缺点分析

2.1 沥青盖被

机场旧水泥混凝土道面采用沥青混凝土进行盖被，是在原有道面上适当铣刨后加铺8-15cm热沥青混凝土，是解决跑道损坏问题的有效方法，这个方法在第二次世界大战时已开始得到使用[2]。此种方案的优点是施工时间短，能延长道面寿命约10-15年，之后再进行彻底换新；缺点是经济成本和综合成本均较高；同时，因为道面高程变化，滑行道中线灯、边灯及其电缆均需要更新，进一步抬高了施工成本[3]。

2.2 破损水泥混凝土道面板换新

破损水泥混凝土道面板换新，是将原有破损板块进清除，之后重新构筑新的水泥混凝土道面。一般机场水泥混凝土整板尺寸为5m×5m，厚度为40-45cm，为确保施工质量，即使边角断裂等轻微病害也需更换整板。该方案的优点是单价成本低，缺点是施工工序复杂，周期长，最少需要35天时间，在繁忙滑行道区域施工将对机场的正常运行带来的较大影响[3]。

2.3 破损病害定点修补

破损病害定点修补，是对病害区域进行局部部分厚度修补，需沿病害周边进行切割，破除病害区域的道面，之后使用沥青混凝土、早强型水凝混凝土或有机聚合物等材料进行填补[4]。该方案的优点是施工面积小，总体成本低，缺点是飞机轮胎碾压、昼夜热胀冷缩、道面缝隙渗水或原道面深层破损等原因会导致补块与原道面之间互相受力挤压，最终导致补块耐用性不足,无法达到涉及寿命。

2.4 其它修补方式

除去以上三种修补方式，国内目前还在使用整板更换[5]、道面脱空注浆[6]、薄层修补[4]等方式对水凝混土道面进行修补，但以上方式因成本高、处理不全面、耐久性不高及技术不成熟等原因，在此暂不考虑。

3 技术介绍

3.1 水泥混凝土道面板局部半厚度铣刨换填热沥青混凝土复合道面

此工艺被形象的描述为“白夹黑”，适用场景为滑行道直线段，轮迹带内有连续线性损伤带形成，日常主要承接飞机轮胎的挤压力，很少承接剪切力。经仪器检测，水泥混凝土道面板主要存在边角断裂及表层裂纹的情况。使用热沥青维修，相对水泥混凝土换新工艺来讲，一是开放运行时间短，在室外温度18-20℃条件下，每处维修区，自道面铣刨开始，至滑行道开放运行，可精准控制在16小时以内，相比35天来讲，极大缩短；二是施工面积和体积减少90%，虽然单价成本约为水泥混凝土的2.5倍，但总成本仍然节约75%；三是施工效果达到相同标准；四是不需要额外物料准备和专门的施工机构，从机场周边选取沥青料场即可。

该工艺主要明确以下工艺指标要点：

（1）原道面板铣刨深度17cm，兼顾道面板强度保持和热沥青混凝土施工

换填面整体采用2 c m A C-5 沥青砂+防反射格栅网+9cmAC-25+6cmSMA-13的道面结构，在原道面上进行17cm的深度铣刨摊铺，既可以保持足够的道面板强度，又可以保持热沥青混凝土施工的结构完整性。

（2）基层道面处理方法

因换填面处于原道面轮迹带，此处补丁及道面病害密集，在进行道面铣刨的同时，需对底层进行精细化清理，将原有病害的松动碎石、补块的底部及因铣刨造成的渣土清理干净。

（3）新老道面隔离层和防反射处理

轮迹带换填还面临着一个严重的问题，在于如何处理底部水泥混凝土板块接缝反射造成的沥青表面裂纹，在进行实验后，最终得出2cmAC-5沥青砂+防反射格栅网的防反射层，该种道面结构可有效预防道面反射裂纹。

（4）热沥青摊铺工艺控制

为确保换填区域的使用寿命，需对作业现场进行分区，制作详细检查单，对施工中的每一步进行严格把控。其中摊铺温℃需确保AC-5不小于130℃、AC-20不小于145℃、SMA-13不小于160℃。碾压次数需保证4-6遍。

（5）新老道面交界区防渗水处理

沥青道面与水泥混凝土道面交接处存在缝隙，雨水易从缝隙处流入基层，产生病害，影响道面使用，因此需使用沥青密封胶进行溜缝处理。北京夏冬温差大，夏季道面可达到近60℃，冬季道面可达-15℃，因此特别选定具有CMA认证的自流平硅酮道路密封胶作为溜缝材料。

3.2 水泥混凝土道面局部制板

此工艺被形象的描述为“大换小”。在滑行道转弯区的轮迹带上，属于航空器排队等待与转弯区域，道面受力环境复杂，水泥道面板的破损体现在四个角均有损伤，中间完好，呈现“棋盘与棋子”状，此类破损的位置往往处于多条滑行道的交汇区，对控制施工时间的要求更高；同时，受滑行道等待的影响，飞机尾流对道面的“加热”效果更加凸显，如果使用沥青混凝土维修，夏季高温天气时极易产生轮辙。在不仅要考虑轮迹带与道面板块交界重合带来的问题，还需要考虑复杂的受力环境与严重的结构性病害，总体原则应采取水泥混凝土维修。最终，设计出原有道面板四边切角+四角重构道面板方式，在轮迹带构筑新的水泥混凝土板块，不仅修复了结构性病害，还规避了轮迹带与道面板块交界重合的问题。在维修工作中，如果机场对开放时间要求高，可以使用新型道面快速修补料，保证10小时左右开放；如果具有足够的养护时间，可以使用传统的水泥混凝土施工。

该工艺主要明确以下工艺指标要点：

（1）在轮迹带构筑新的水泥混凝土板块需对原有道面进行切割破除，若切割深度不足，则在破除轮迹带板块时极易对周边板块造成损坏，因此在进行道面切割时需选取深度为25cm的大功率马路切割机。

（2）重构传力系统及结构补强

原有道面荷载区域为板缝交界处，板块受力不均匀，受力易产生板缝破损、角隅断裂等病害，而采用原有道面板四边切角+四角重构道面板的方式可有效规避此种情况，见图2。此外，还采用钢筋网植筋的方式，对板块进行二次补强。

图2 板块受力示意图

（3）“修复王”新型材料选用

该区域位于滑行道转弯区域，道面受力情况复杂，修补时需采用早强型材料，市面上的早强型材料普遍存在成型过快不易制板或耐久性差的缺点。在通过比对后最终选取“修复王”新型材料，该种材料适合用于整板浇筑且耐久性强，可满足施工要求。

4 技术实践成果

某机场跑道平行滑行道恰好提供了研究和实验的场地。该滑行道2004年建成投用，在2008年-2019年以来，是首都机场最繁忙的滑行道，并且是重要航班保障的专用滑行道，到2020年已超过16年，E类以上航空器的轮迹刚好位处于滑行道道面板块与板块之间的交界处，长时间的承载导致该部位最先出现病害，经过小规模处理后，很快又破损，亟需研究系统性维修方案。

4.1 水泥混凝土道面板局部半厚度铣刨换填热沥青混凝土复合道面技术实践

该处道面正常的修补模式为轮迹区水泥混凝土道面整体破除更换或道面沥青盖被。该项目共计修补3500m2，项目费用总计较水泥混凝土道面整体破除更换需及道面沥青盖节约90%。在运行压力方面，该区域的施工总耗时为168小时，且可分时段施工，而水泥混凝土道面整体破除需约60天，道面沥青盖需18天，且均无法分时段施工。

4.2 水泥混凝土道面局部制板技术实践

该处道面正常的修补模式为水泥混凝土道面整体破除更换。在原维修模式下，新修道面1年内就有可能出现角隅破损和边缝破碎。由于受力模式的改变，新模式可永久避免出现角隅破损和边缝破碎，板块使用寿命由8年增至20年。该项目共修补500m2道面，项目费用与水泥混凝土道面整体破除更换基本持平。在运行压力方面，该区域的施工总耗时为144小时，而水泥混凝土道面整体破除更换需约40天。

4.3 后期跟踪验证

2021年，委托道面检测公司对维修后区域进行道面检测，由图3和表1可以看出，滑行道维修区域道面表面状况较好，PCI均值为87，综合评价为“优”。截止至2023年年底，该项目维修后道面已使用三年，两种模式下的道面不论是平整度还是完整度均保持在良好的水平下，道面水平已显著提升。

表1 滑行道南段道面PCI值表

5 结语

本文针对水泥混凝土道面最易出现的轮迹带连续破损区域，研发了两种种局部快速维修方案，弥补了以往维修方案的缺陷，节约了经济成本和时间成本，这也是“复合道面”在国内机场的首次大规模实践应用。