孫 中 軍

(中國人民解放軍93055部隊(duì)，遼寧 沈陽 110021)

0 引言

機(jī)場道面積雪會威脅飛機(jī)飛行安全，影響道面使用壽命，是機(jī)場常見運(yùn)行災(zāi)害之一。傳統(tǒng)機(jī)場道面融雪化冰方法主要包括人工、機(jī)械、化學(xué)等方式，如人工掃雪、撒氯鹽融雪劑、航空發(fā)動機(jī)高溫吹融，但這些方法或效率低、或危害道面、或成本巨大，都存在一定問題[1-3]。利用能源轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)道面的自發(fā)熱融雪技術(shù)是當(dāng)前解決機(jī)場道面積雪的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。北京新機(jī)場結(jié)合民航科技創(chuàng)新引導(dǎo)資金重大專項(xiàng)《自融雪加熱道面建造工藝與配套裝置關(guān)鍵技術(shù)研究》，首次在國內(nèi)新機(jī)場道面進(jìn)行大面積施工試驗(yàn)，對自融雪混凝土道面施工技術(shù)進(jìn)行了深入研究，為后續(xù)機(jī)場道面自融雪技術(shù)推廣應(yīng)用提供有力支撐。

1 工程概況

1.1 基本情況

北京新機(jī)場位于永定河北岸，北京市大興區(qū)榆垡鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)和河北廊坊市廣陽區(qū)之間。本試驗(yàn)段位于貨運(yùn)停機(jī)坪，道面結(jié)構(gòu)自上而下依次為42 cm混凝土面層，40 cm水泥穩(wěn)定層，30 cm山皮石墊層。試驗(yàn)段施工時(shí)間為2017年11月10日～2017年12月31日，白天0 ℃～7 ℃，夜間大部分時(shí)間都處在0 ℃以下。期間共完成熱導(dǎo)管區(qū)域混凝土澆筑3 660 m2，非熱導(dǎo)管區(qū)域混凝土澆筑942.5 m2，澆筑混凝土總面積4 602.5 m2，澆筑混凝土總量1 933.05 m3，首次將導(dǎo)熱管鉆孔、安裝、灌漿、混凝土澆筑等施工工序全面結(jié)合。

1.2 原材料

混凝土原材料主要包括水泥、粗集料、細(xì)集料、水、添加劑。1)水泥：北京金隅水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。2)粗集料：4.75 mm～19 mm，19 mm～31.5 mm兩級配碎石。壓碎指標(biāo)、針片狀含量、含泥量、堿活性均滿足施工規(guī)范要求。3)細(xì)集料：水洗兩遍的潔凈河砂，細(xì)度模數(shù)3.0，為Ⅱ區(qū)中粗砂。4)水：飲用水：pH值7.7。5)外加劑：奈系混凝土引氣減水劑。

1.3 混凝土配合比

設(shè)計(jì)要求道面混凝土28 d齡期抗折強(qiáng)度為5.0 MPa，強(qiáng)度等級不低于C30的抗壓強(qiáng)度要求，滿足凍融循環(huán)250次要求。按設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)試驗(yàn)得到混凝土設(shè)計(jì)配合比：水泥330 kg，細(xì)集料611 kg，粗集料1 425 kg，水132 kg，外加劑6.6 kg，水灰比為0.40，砂率為0.30。實(shí)測混凝土試件容重2 485 kg/m3，7 d抗折強(qiáng)度5.4 MPa、抗壓強(qiáng)度33.6 MPa；28 d抗折強(qiáng)度6.4 MPa、抗壓強(qiáng)度43.2 MPa。

1.4 自融雪技術(shù)原理

混凝土道面工程自融雪是在混凝土道面中埋設(shè)無機(jī)工質(zhì)傳熱導(dǎo)管，其工作機(jī)理是利用熱導(dǎo)管將地下土壤的熱量傳導(dǎo)給混凝土道面，在低溫時(shí)能保障混凝土道面的溫度高于0 ℃以上，遇有下雪天氣，可以使飄落在混凝土道面板上的雪融化，從而防止道面積雪結(jié)冰。11月13日正式展開施工進(jìn)行鉆孔、安裝熱導(dǎo)管，11月21日澆筑第一條混凝土，隨后進(jìn)入正常施工程序，于12月19日完成最后一條混凝土澆筑，施工歷時(shí)36 d，完成熱導(dǎo)管區(qū)域鉆孔4 729個(gè)，安裝熱導(dǎo)管4 729根。

1.5 施工重難點(diǎn)

1)鉆孔：采用軌道沖擊鉆機(jī)，如圖1所示。鉆機(jī)配備了直徑75 mm的鉆頭，鉆孔直徑達(dá)到80 mm，一次性成孔深度為11.5 m，另配備一臺基層破碎沖擊鉆機(jī)專用水泥碎石基層的沖擊破碎，先于鉆孔進(jìn)行鉆孔破碎基層，加快鉆孔的速度。

2)混凝土振搗：熱導(dǎo)管平面布設(shè)橫向間距30 cm，距面層頂面最小距離為6.4 cm，常規(guī)垂直排式振實(shí)機(jī)不能滿足混凝土振搗技術(shù)要求。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際操作驗(yàn)證，L型平行振實(shí)機(jī)和維特根P500攤鋪機(jī)能夠較好滿足混凝土布料設(shè)計(jì)要求。

2 施工工藝

2.1 導(dǎo)熱管鉆孔下管

導(dǎo)熱管鉆孔下管在山皮石墊層、水泥穩(wěn)定層施工完成后，混凝土面層施工前進(jìn)行。

1)在鉆孔前先定點(diǎn)放線，測量確定鉆孔位置。

2)鉆孔過程中，應(yīng)注意鉆孔深度控制在下管深度加0.5 m，以避免沉渣對下管影響。

3)鉆孔后及時(shí)清理孔內(nèi)殘?jiān)⑦M(jìn)行保護(hù)。

4)下管時(shí)應(yīng)保持管頭清潔，防止雜物堵塞。

5)為確保導(dǎo)熱管周圍有密實(shí)介質(zhì)將地層熱量傳遞給導(dǎo)熱管，注漿必須密實(shí)，確?？變?nèi)空氣全部排出孔外。

6)為保證導(dǎo)熱管系統(tǒng)安裝完成后的穩(wěn)定性，水泥穩(wěn)定層以上熱導(dǎo)管需要設(shè)置導(dǎo)熱管支架固定，如圖2所示。

2.2 支模

面層模板支立工作在鉆孔作業(yè)前進(jìn)行，一是可以確定直線位置，鉆孔機(jī)械行進(jìn)時(shí)可以用模板作為參照；二是可以為導(dǎo)熱管下管提供參照，保證熱管至混凝土面層的距離。模板應(yīng)架設(shè)牢固，高程誤差不超2 mm，模板與基礎(chǔ)表面之間空隙用同標(biāo)號砂漿填塞密實(shí)，混凝土澆筑前將模板內(nèi)雜物清除干凈，模板涂刷脫模劑。

2.3 攪拌

混凝土攪拌應(yīng)嚴(yán)格按照施工配合比及攪拌標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。1)水泥混凝土攪拌前，需測定砂石含水量，根據(jù)實(shí)際含水量調(diào)整施工配合比。2)攪拌時(shí)的投料順序?yàn)椋荷啊⑺?、碎石。進(jìn)料后，邊攪拌邊加水，同時(shí)加入外加劑，攪拌時(shí)間不小于90 s。3)施工開始及攪拌過程中按頻率檢驗(yàn)坍落度(維勃稠度)，混凝土拌和物均勻一致。4)混凝土采用15 t自卸車運(yùn)輸，運(yùn)輸前先用水濕潤車箱，停止后沖洗車廂，使混凝土運(yùn)輸能力與混凝土生產(chǎn)能力匹配。

2.4 攤鋪

混凝土攤鋪前提前將倉格內(nèi)清掃干凈，檢查導(dǎo)熱管安裝是否滿足設(shè)計(jì)要求。本次試驗(yàn)段采用挖機(jī)和人工配合攤鋪混凝土的方法，圖3為攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。攤鋪混凝土?xí)r倉格內(nèi)已經(jīng)安裝熱導(dǎo)管，導(dǎo)致自卸車無法直接進(jìn)入倉格內(nèi)，故采用大型挖掘機(jī)在自卸車上直接挖裝混凝土攤鋪至倉格內(nèi)，模板及企口部位用鐵鍬反扣放一些細(xì)料，攤鋪中嚴(yán)禁拋擲耙子，防止混凝土離析。

2.5 振搗

本次試驗(yàn)段是采用我部自主研發(fā)的垂直排式振實(shí)機(jī)，如圖4所示。在混凝土攤鋪一段距離即進(jìn)行垂直式振搗，首先在兩熱導(dǎo)管之間30 cm處設(shè)定基準(zhǔn)線，振實(shí)機(jī)行進(jìn)到設(shè)定的基準(zhǔn)線時(shí)將振搗棒插入，振搗30 s時(shí)提起行進(jìn)30 cm到下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基線 繼續(xù)重復(fù)上一個(gè)循環(huán)振搗，依次反復(fù)。改進(jìn)型垂直排式振實(shí)機(jī)振搗時(shí)間以混凝土表面不再下沉，無氣泡冒出為準(zhǔn)，上下一次振搗時(shí)間約為30 s，行進(jìn)30 cm到下一個(gè)振搗點(diǎn)定位需要20 s左右，每30 cm循環(huán)一次需要50 s左右，行進(jìn)速度為每分鐘0.36 m，相對于正?；炷潦┕っ糠昼?.8 m降效2倍左右。

2.6 養(yǎng)護(hù)

混凝土面層整平、做面、拉毛切縫等施工工序與常規(guī)混凝土面層施工基本相同。由于試驗(yàn)段現(xiàn)場施工溫度較低，已經(jīng)進(jìn)入冬季施工狀態(tài)，為此采取了保溫養(yǎng)護(hù)措施。在道面切縫完成后，采取灑水覆蓋塑料薄膜、無紡布、電熱毯、一布一膜、棉氈養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間道面混凝土平均溫度在18 ℃～22 ℃之間，養(yǎng)護(hù)10 d后取出電熱毯繼續(xù)覆蓋養(yǎng)護(hù)4 d，達(dá)到14 d養(yǎng)護(hù)期，取消保溫覆蓋層。就此試驗(yàn)段來看，養(yǎng)護(hù)效果良好，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

本文以實(shí)際工程為依托，通過試驗(yàn)段施工探索了自融雪混凝土道面施工技術(shù)，與常規(guī)混凝土道面施工相比，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)熱管和混凝土振搗工藝，通過現(xiàn)場驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：

1)軌道水式鉆機(jī)移動不靈活，有少量泥漿污染、邊孔端部有5個(gè)孔需采取專門工藝完成，但定位準(zhǔn)確、不易縮孔，便于快速安裝熱導(dǎo)管，且施工進(jìn)度快。軌道式鉆機(jī)每條100延米按640個(gè)孔出渣5 m3，按跑道3 800 m×60 m計(jì)出渣總量2 280 m3。

2)垂直排式振實(shí)機(jī)滿足熱導(dǎo)管條件下的工藝流程，振搗效果由于增加振搗棒優(yōu)于常規(guī)的振搗，熱導(dǎo)管間距30 cm，振實(shí)機(jī)行進(jìn)間隔30 cm，一次垂直插入提起振搗不損壞熱導(dǎo)管，振搗間距符合要求振搗密實(shí)，表層混凝土漿符合施工設(shè)計(jì)要求。