吳志心 茹小磊

(1.西部機(jī)場集團(tuán)有限公司機(jī)場建設(shè)指揮部，陜西 咸陽 712035； 2.長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西 西安 710064)

民用機(jī)場跑道道面檢測與評價(jià)體系研究

吳志心1茹小磊2

(1.西部機(jī)場集團(tuán)有限公司機(jī)場建設(shè)指揮部，陜西 咸陽 712035； 2.長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西 西安 710064)

根據(jù)機(jī)場跑道道面特性，選取相關(guān)評價(jià)指數(shù)及計(jì)算方法，制定了指數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢測方法，提出了適用于民用機(jī)場飛行區(qū)道面的綜合評價(jià)體系，以西安咸陽國際機(jī)場為例進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：該評價(jià)體系較全面覆蓋了道面使用的各類特性，能充分反映跑道道面的性能。

機(jī)場跑道，評價(jià)指數(shù)，檢測方法，評價(jià)體系

0 引言

近年來，隨著民用機(jī)場航空業(yè)務(wù)量的迅速發(fā)展，飛機(jī)起降架次的不斷增加，對跑道的使用頻率越來越高，造成跑道破損情況不斷加重，已嚴(yán)重威脅到飛行安全[1-4]。為了充分了解機(jī)場飛行區(qū)道面的表面狀況、承載能力等情況，保證飛機(jī)起降作業(yè)質(zhì)量，需要及時(shí)對機(jī)場飛行區(qū)道面進(jìn)行全面檢測，并對檢測效果做出評價(jià)，為后續(xù)的道面改建提供依據(jù)[5-7]。本文根據(jù)機(jī)場跑道面特性，選取相關(guān)評價(jià)指數(shù)及計(jì)算方法，制定指數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢測方法，提出適用于民用機(jī)場飛行區(qū)道面的綜合評價(jià)體系。

1 評價(jià)指數(shù)選取及計(jì)算方法

1.1 道面表面指數(shù)PCI

道面表面指數(shù)PCI指路面結(jié)構(gòu)保持完好的程度，是路面破損狀況物理性能最直接的表現(xiàn)和反映。

1.2 國際平整度指數(shù)IRI

國際平整度指數(shù)：檢測車輛以較高的速度行駛，在一定行駛距離內(nèi)車身懸掛系統(tǒng)的累計(jì)位移量與行駛距離之比，單位為m/km。

1.3 沖擊勁度模量ISM

沖擊勁度模量反映道面和基礎(chǔ)對飛機(jī)運(yùn)行的綜合支撐作用的指數(shù)，以落錘式彎沉儀加荷重量除以彎沉值得出。

1.4 傳荷能力及脫空情況

1)傳荷能力系數(shù)LTE5：是評價(jià)水泥混凝土道面板接縫傳荷能力的一種參數(shù)。按下式計(jì)算：

LTE5=Dunload/Dload

(1)

其中，LTE5為傳荷能力系數(shù)，%；Dunload為未受荷板距離接縫15 cm位置處傳感器的實(shí)測彎沉,μm；Dload為受荷板距離接縫15 cm位置處傳感器的實(shí)測彎沉,μm。

2)約束系數(shù)b：指負(fù)載盤周圍板對負(fù)載盤下板塊的約束作用。按下式計(jì)算：

b=0.5+0.5×LTE5

(2)

其中，b為約束系數(shù)；LTE5為傳荷能力系數(shù)。

3)原始脫空系數(shù)t：反映水泥混凝土道面板底與基礎(chǔ)間脫空情況的一種參數(shù)。按下式計(jì)算：

t=D02/D01

(3)

其中，t為原始脫空系數(shù)；D02為板邊測點(diǎn)的承載板中心彎沉；D01為板中測點(diǎn)的承載板中心彎沉。

4)脫空系數(shù)T：評價(jià)板邊、板中彎沉的變化以及接縫傳荷能力，是判別板底是否脫空的有效參數(shù)?？砂聪率接?jì)算：

T=b×t

(4)

一般T<1.5為不脫空；1.53為板脫空較嚴(yán)重。

1.5 ACN-PCN法通報(bào)道面強(qiáng)度

ACN-PCN法是指飛機(jī)等級序號(hào)—道面等級序號(hào)法。ACN表示飛機(jī)在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)地基強(qiáng)度的道面上的相對影響序號(hào)。PCN表示運(yùn)行次數(shù)不受限制的道面承載強(qiáng)度的序號(hào)。當(dāng)飛機(jī)的ACN不大于道面的PCN時(shí)，表明這種飛機(jī)可在該道面上不受限制地運(yùn)行。通過道面鉆件劈裂抗拉試驗(yàn)計(jì)算混凝土抗折強(qiáng)度和抗彎彈性模量,結(jié)合FWD測試反算基層頂面反應(yīng)模量K來計(jì)算PCN。

1.6 道面結(jié)構(gòu)剩余壽命

道面結(jié)構(gòu)剩余壽命是一個(gè)結(jié)構(gòu)性評價(jià)指數(shù)，指道面“耗盡”其疲勞壽命的時(shí)間，以“年”來表示。一般以土基的綜合反應(yīng)模量K、各層基礎(chǔ)厚度和彈性模量、水泥混凝土抗折強(qiáng)度和抗彎拉模量、機(jī)場現(xiàn)有機(jī)型組合和飛行架次以及未來增長趨勢等參數(shù)來計(jì)算。

2 評價(jià)指數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測

針對選取的評價(jià)指數(shù)，結(jié)合規(guī)范要求，制訂了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測方法及步驟：

1)搜集整理機(jī)場飛行區(qū)建設(shè)、維護(hù)的資料。

2)采用目視調(diào)查的方法對道面表面的破損情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，以計(jì)算道面表面狀況指數(shù)PCI(Pavement Condition Index)。

3)采用平整度儀對道面平整度進(jìn)行測定，計(jì)算國際平整度指數(shù)IRI。

4)采用落錘式彎沉儀無損檢測的方式測定道面彎沉響應(yīng)以評價(jià)道面的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

5)采用探地雷達(dá)對道面結(jié)構(gòu)層狀況進(jìn)行檢測及評價(jià)。

6)采用鉆芯取樣和試件劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法，計(jì)算水泥混凝土的抗折強(qiáng)度和回彈模量，驗(yàn)證水泥混凝土板的厚度，并觀察道面板下基層的狀況。

3 道面綜合評價(jià)體系構(gòu)建及應(yīng)用

3.1 道面綜合評價(jià)體系構(gòu)建

機(jī)場道面綜合評價(jià)體系如圖1所示。

3.2 機(jī)場概況

西安咸陽國際機(jī)場位于西安市西北、咸陽市東北方向，占地564 hm2，基準(zhǔn)高程為480 m，飛行區(qū)指標(biāo)為4E。機(jī)場候機(jī)樓面積逾10萬m2，跑道長度為3 000 m，可滿足客機(jī)747-400以下、貨機(jī)A124以下機(jī)型起降。至2015年4月1日，西安咸陽機(jī)場已安全運(yùn)營23年。同時(shí)隨著西安咸陽機(jī)場航空業(yè)務(wù)量的迅速發(fā)展，飛機(jī)起降架次的不斷增加，飛行區(qū)道面已出現(xiàn)了一定程度的損壞。

3.3 機(jī)場道面檢測與評價(jià)結(jié)果

1)目視調(diào)查結(jié)果表明：跑道和平滑道面整體狀況良好，沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞。以跑道為例,樣本單元自跑道西端起每50 m選取一個(gè)，并沿跑道中心線南北兩側(cè)交替式選取。每個(gè)樣本單元共抽取20塊道面板作為PCI調(diào)查的基本數(shù)據(jù)，綜合評定結(jié)果85

2)在70 km/h的勻速狀態(tài)下，利用平整度儀測定跑道中心線兩側(cè)第一或第二幅板的平整度，并換算成國際平整度指數(shù)，結(jié)果如圖2所示。跑道和平滑現(xiàn)有的平整度狀況一般，評定等級均為“中”。

3)跑道選取2條測線，分別沿道面中心線北側(cè)第一幅板(1點(diǎn)/20 m)和南側(cè)第二幅板(1點(diǎn)/40 m)進(jìn)行測試，測試方向由西向東進(jìn)行，結(jié)果如圖3所示。跑道ISM值兩端高，約為900 kN/mm，中間低，約為760 kN/mm。

4)采用落錘式彎沉儀對每一塊測板進(jìn)行脫空測試與分析，結(jié)果如圖4所示。跑道兩端附近存在輕度或中度脫空，傳荷能力相對較差，其余部分不存在脫空且傳荷能力良好。

5)跑道道面水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度代表值4.76 MPa，彎拉彈性模量代表值為3.4×104MPa。

6)跑道厚度檢測部分結(jié)果及數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D5，圖6所示。雷達(dá)檢測的結(jié)果與資料調(diào)查及彎沉測試結(jié)果分析基本一致。

7)以2013年為基準(zhǔn)年對西安咸陽機(jī)場跑道道面結(jié)構(gòu)剩余壽命進(jìn)行預(yù)估，由于跑道端為主要承載區(qū)，故僅對跑道端進(jìn)行剩余壽命預(yù)估，結(jié)果如表1所示。建議跑道通報(bào)PCN為PCN57/R/B/W/T(跑道端)；跑道結(jié)構(gòu)剩余壽命約為2年～3年，跑道道面已接近設(shè)計(jì)使用年限。

表1 跑道端剩余壽命預(yù)估

分段/m西—東0～50005號(hào)2700～280023號(hào)2800～300023號(hào)剩余壽命/年1．72．62．3

4 結(jié)語

本文構(gòu)建的機(jī)場跑道面綜合評價(jià)體系，較全面地覆蓋了道路利用的各類特征，并針對體系中的每項(xiàng)指數(shù)制定了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢測方法，使評價(jià)體系能有效應(yīng)用于實(shí)際，為機(jī)場工程建設(shè)人員充分了解機(jī)場跑道道面的性能以及必要的道路改建提供了可靠的參考依據(jù)。

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[2] 王顯祎，劉玉海，袁 捷.廈門高崎機(jī)場跑道道面損壞評價(jià)及其成因分析[J].中國民航學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，23(6)：48-52.

[3] 榮 坤.一種機(jī)場跑道安全信息采集與道面分析系統(tǒng)[D].大連：大連海事大學(xué)，2011：26-29.

[4] 霍志勤.基于歷史數(shù)據(jù)的中國民航跑道安全管理關(guān)鍵問題研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2012：20-26.

[5] 張耀華.機(jī)場水泥混凝土道面評價(jià)系統(tǒng)的研究[D].天津：天津大學(xué)，2007：20-32.

[6] 高國棟.機(jī)場道面評價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué)，2008：22-27.

Research on pavement detection and evaluation system of civil airport runway

Wu Zhixin1Ru Xiaolei2

(1.TheAirportConstructionHeadquarters,WesternAirportGroupLimitedCompany,Xianyang712035,China; 2.HighwayCollege,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)

According to the pavement characteristics of airport runway, this paper selected related evaluation index and calculation method, developed the detection method of index foundation data, proposed the comprehensive evaluation system suitable for civil airport flying area pavement, taking the Xi’an Xianyang International Airport as an example made validation, the results showed that: the evaluation system more comprehensive coverage of each characteristics of pavement use, could fully reflect the runway pavement performance.

airport runway, evaluation index, detection method, evaluation system

2015-04-30

吳志心(1978- )，男，碩士，工程師； 茹小磊(1989- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)16-0167-03

V351.11

A