李 正

(重慶江北國際機場擴建指揮部，重慶 401120)

0 引 言

國內(nèi)民航運輸機場跑道多為水泥混凝土剛性道面，在受到飛機荷載作用和外界環(huán)境影響下，會出現(xiàn)掉邊掉角、縱橫裂縫、斷板、錯臺、沉陷、爆坑等病害。嚴重的結(jié)構(gòu)病害會降低道面承載能力，影響正常使用。國內(nèi)中小型機場以單跑道運行模式為主，大型機場為多跑道運行，但起降繁忙。若出現(xiàn)嚴重結(jié)構(gòu)病害，均不具備條件長時間關(guān)閉跑道進行維修。利用每天航班結(jié)束后短暫幾個小時或者臨時調(diào)整跑道運行模式騰挪出幾個小時進行不停航施工，對出現(xiàn)嚴重結(jié)構(gòu)性病害的道面板塊進行整板更換快速修復(fù)，保障跑道和機場正常運行，是行之有效的措施。本文以重慶江北國際機場第二跑道整板更換快速修復(fù)施工為例，開展研究。

1 工程概況

重慶江北國際機場擁有3條跑道，飛行區(qū)等級為4F級，2019年旅客吞吐量達到4 479萬人次。隨著吞吐量快速增長，飛機荷載加重及使用頻次增加，第二跑道中段出現(xiàn)斷板(一條貫穿裂縫)和碎板(兩條及以上裂縫并交叉)，影響到跑道的正常使用。

1.1 道面狀況檢測

為準確掌握第二跑道情況，進行現(xiàn)場調(diào)查和檢測。

1.1.1 道面狀況調(diào)查

第二跑道長度為3 600 m，寬度為45 m，發(fā)現(xiàn)距南端900～1 800 m區(qū)段存在道面損壞跡象。跑道結(jié)構(gòu)損壞狀況指數(shù)SCI均值為84。[1]該區(qū)域有5個單元SCI值低于70，6個單元PCI值低于70，共發(fā)現(xiàn)15塊斷板、5塊碎板。

1.1.2 結(jié)構(gòu)性檢測

使用彎沉儀檢測道面結(jié)構(gòu)承載能力。測試結(jié)果顯示，距南端 1 500 m 處彎沉儀落錘時該區(qū)域道面板整體出現(xiàn)下沉，道面沖擊勁度模量ISM值最低，承載能力明顯降低。[1]以距跑道南端1 500 m 處為中心，1 000～1 900 m 區(qū)段道面ISM值成“V”字形分布。道面部分測點傳荷系數(shù)小于32%，脫空系數(shù)大于3，顯示喪失部分傳荷能力，存在脫空。

1.1.3 結(jié)構(gòu)層位測試

通過雷達探測對結(jié)構(gòu)性損壞區(qū)域道面結(jié)構(gòu)層進行分析。雷達圖像顯示距第二跑道南端600～1 800 m區(qū)段部分基層內(nèi)同相軸錯斷不連續(xù)；面層與基層存在間隙。3D雷達測試分析，第二跑道輕軌穿越區(qū)域(距南端1 300～1 700 m)局部面層與基層接觸面脫空且出現(xiàn)不均勻沉降，基層局部出現(xiàn)裂縫。

1.1.4 道面強度試驗

現(xiàn)場取8組跑道水泥混凝土芯進行劈裂試驗。結(jié)果顯示，芯樣抗彎拉強度均值為 6.16 MPa，在95%保證率下的代表值為5.50 MPa；彎拉彈性模量均值為4.02×104MPa，在95%保證率下的代表值為 3.75×104MPa。試驗顯示混凝土強度尚好。

1.2 原因分析

道面斷板和碎板分布在跑道中線兩側(cè)第一、第二幅板塊位置。對第二跑道建設(shè)前水文地質(zhì)資料追溯調(diào)查，發(fā)現(xiàn)距南端900～2 500 m 段原地形、地貌主要為水庫和池塘。距南端1 400～1 800 m段原地貌完全為水庫覆蓋區(qū)，原地基土基極不均勻，地基處理主要是采用塊碎石換填和強夯壓實。距南端1 500 m處附近有地鐵10號線下穿，地鐵修建易對地基穩(wěn)定性造成擾動。上述因素可能導(dǎo)致地基不均勻變形沉降，不均勻沉降進一步引起道面脫空。同時該區(qū)域為跑道接地帶，頻繁承受飛機著陸時對道面的沖擊荷載作用，而道面板脫空導(dǎo)致板底支撐不足，最終導(dǎo)致道面板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損壞。[2]

1.3 主要面臨的問題

(1)不能長時間關(guān)閉跑道組織施工。重慶機場第一、第二跑道為一組近距離跑道，位于東、西兩個航站區(qū)之間，分別用于起飛和降落。每天航班超過900架次，若長時間關(guān)閉跑道進行施工，將嚴重影響機場運行。

(2)地基不均勻變形沉降，引起道面脫空，進一步加快道面結(jié)構(gòu)損壞。

(3)出現(xiàn)斷板和碎板的道面板塊，不能滿足飛機安全運行要求，急需進行處理。

2 處理破損道面板塊思路

利用每天航班結(jié)束后到次日機場開放前幾個小時或者臨時調(diào)整跑道運行模式騰挪出幾個小時進行不停航施工，對出現(xiàn)嚴重結(jié)構(gòu)性病害的道面板塊進行整板更換快速修復(fù)，是比較合適的選擇。[3]針對存在地基的不均勻沉降、基層與面層之間脫空，采用注漿方式進行填充和加固。道面面板破損或者強度不夠，進行整體拆除，選取合適的材料進行現(xiàn)澆快硬性混凝土換板?？刂圃? h之內(nèi)完成壞板拆除、新板澆筑及養(yǎng)護、實現(xiàn)適航開放。

3 注漿施工

為解決道面板底脫空，用注漿法對壞板和相鄰板塊的基礎(chǔ)加固處理。注漿填充道面與基層間脫空空隙，使道面板底支撐條件及道面結(jié)構(gòu)受力條件得到改善。注漿可填充基礎(chǔ)內(nèi)部空隙，增加密實度，提高土基頂部土體的強度和模量，封閉地下水向道面結(jié)構(gòu)層滲透的通道，使結(jié)構(gòu)層的強度得到有效保護。[4]

3.1 注漿技術(shù)參數(shù)

(1)依據(jù)漿液有效擴散半徑和混凝土道面板塊形狀和尺寸布置注漿孔。漿液有效擴散半徑一般為 1.5 m。為使道面板受力均勻，保證處理效果，注漿孔布置如圖1所示。第二跑道區(qū)域道面結(jié)構(gòu)層為40 cm水泥混凝土、36 cm水泥穩(wěn)定碎石基層。注漿鉆孔穿透基層深入土基中 10 cm，鉆孔深度為86 cm。剖面示意圖如圖2所示。為提高充填飽和度，注漿按照先外圍后內(nèi)部、跳孔間隔方式進行。

圖1 注漿孔布置圖(單位：m)

圖2 注漿剖面示意圖(單位：m)

(2)現(xiàn)場試驗確定漿液配比、漿液初凝時間、漿液擴散半徑、單孔注漿量、注漿壓力、注漿流量等技術(shù)參數(shù)。漿液選用水泥漿，配比為水∶水泥∶外摻劑=0.6∶1∶0.02，水泥為標號42.5 普通硅酸鹽水泥，外摻劑型號為 SY2，作用是減水和快凝。漿液初凝時間為2～2.5 h，7 d結(jié)石抗壓強度不小于8 MPa。道面鉆孔選用φ60 mm鉆頭，鉆至設(shè)計深度后吹孔，時間不少于10 s，吹孔完成后注漿。注漿完成后，用 C40 細石混凝土進行封孔，防止?jié){液外溢。

3.2 單孔注漿量控制

(1)按預(yù)估量控制。道面板底和基層脫空按2 cm，基礎(chǔ)的孔隙率按 20%，土基土石混合體(按30 cm厚計)孔隙率按18%，脫空充填率按80%考慮。板塊尺寸為4.5 m×5 m，估算單孔注漿量為260 L。施工時，外圍注漿按2倍單孔注漿量控制，內(nèi)部單孔注漿量以道面抬升量為控制指標。

(2)注漿過程中主要控制注漿壓力、板面抬升量、注漿流量三個技術(shù)指標。注漿壓力為參考指標，一般取0.3～0.5 MPa，不超過1.0 MPa。道面抬升量為主要控制指標，采用電子水準儀監(jiān)測抬升量，控制在5 mm范圍內(nèi)。注漿流量取7～12 L/min，不大于15 L/min。道面板周邊出現(xiàn)大量溢漿則停止注漿，用注漿流量自動采集設(shè)備處理。

3.3 注漿效果檢驗

嚴格控制統(tǒng)計注漿量、鉆孔取芯、HWD彎沉測試三項指標。對注漿過程中流量和實際單孔注漿量進行統(tǒng)計分析，實際注漿量應(yīng)達到或接近平均注漿量。注漿完成1個月后對注漿加固的結(jié)構(gòu)層進行鉆孔取芯檢測，檢測漿液充填、密實及漿液凝結(jié)情況，直觀判斷注漿效果。要求芯樣基本完整，空隙充填率不低于 80%。HWD彎沉測試，每塊板檢測1組，每組測試荷載選擇在板邊中點、板塊中心及板角3個點，板邊、板角脫空情況的判定指標采用“板邊/板中”和“板角/板中”彎沉的比值，注漿區(qū)域總脫空低于15%視為合格。

4 整體換板施工情況

整板更換形式有現(xiàn)澆水泥混凝土道面板和預(yù)制裝配式混凝土道面板。預(yù)制裝配式混凝土板由后場提前預(yù)制，現(xiàn)場吊裝安裝，底面接觸面不能同基層進行完全接觸，在溫度變形和荷載作用下，板塊容易移動，同原有周邊道面板塊之間容易形成起拱、錯臺等病害?，F(xiàn)澆水泥混凝土道面板在澆筑過程中，混合料成流塑狀態(tài)，通過機械施工振搗，與基層充分接觸，后期荷載在面層和基層之間可均勻傳遞，有利于延長道面使用壽命。此次更換的道面板集中在飛機滑跑和接地的運行區(qū)域，持續(xù)受荷載作用，綜合考慮采用現(xiàn)澆水泥混凝土道面板。[5]

4.1 材料選型

為滿足江北機場運行要求，整板更換快速修復(fù)施工須在短時間內(nèi)完成破損道面板塊拆除、新板澆筑及養(yǎng)護并到達適航條件。選用快硬早強水泥混凝土在開放交通時(施工完成3 h以內(nèi))抗折強度不小于3.5 MPa，抗壓強度不小于30 MPa，材料耐久性好，干縮小，能有效防止干縮裂縫的產(chǎn)生。[6]經(jīng)市場調(diào)查，初步篩選出3種材料作為備選材料。試驗分析這3種材料的抗壓及抗折強度、初凝及終凝時間、施工性能等技術(shù)參數(shù)，性能對比見表1。

表1 道面修補材料性能對比表

經(jīng)多方溝通協(xié)調(diào)，江北機場第二跑道每天可用于整板更換施工時間不超過7 h。道面板塊破拆清運需2 h，混合料拌和及澆筑需1 h，養(yǎng)護需3 h。設(shè)計要求機場開放交通時抗折強度不小于3.5 MPa，抗壓強度不小于30 MPa。故以3 h抗折強度不小于3.5 MPa，3 h抗壓強度不小于30 MPa，作為評價快干水泥材料是否滿足設(shè)計要求的判別標準。材料1的3 h抗折強度為3.3 MPa，不符合要求。材料2抗壓強度增長較快，材料3抗折強度增長較快。機場水泥混凝土剛性道面破壞主要是受彎拉應(yīng)力影響。彎拉強度即抗折強度是剛性道面設(shè)計的重要指標?？拐蹚姸仍鲩L較快的材料3的性能和快速修復(fù)效果優(yōu)于材料2。材料3凝結(jié)時間比材料2稍長，能夠給現(xiàn)場拌和及澆筑施工提供更多操作時間，更利于現(xiàn)場施工。[7，8]

綜合對比，最終選擇材料3作為第二跑道快速換板選用材料。所選快速修補材料主要成分以硫鋁酸鹽水泥為基礎(chǔ)結(jié)合劑，以高強度材料(石英砂)作為主骨料，輔以高分子膠粉、高效減水劑、早強劑、膨脹劑、防離析等物質(zhì)。[9，10]

4.2 施工控制

整板更換快速修復(fù)的道面板塊位于飛機起降運行直接荷載作用區(qū)域，施工質(zhì)量決定工程能否成功及使用壽命。整板更換快速修復(fù)施工同常規(guī)水泥混凝土跑道道面施工存在較大區(qū)別，對施工各環(huán)節(jié)均須嚴格管控。

4.2.1 施工工藝流程

整板更換快速修復(fù)技術(shù)的施工工藝流程為：切割擬維修板塊→混凝土破拆→基礎(chǔ)處理→放置鋼筋網(wǎng)片→混凝土攪拌、澆筑成型→收面拉毛→板塊接縫切割→道面刻槽→清縫、灌縫。

4.2.2 道面破拆

為避免影響周邊正常板塊，破拆前對破損板塊進行全深度切縫，切縫位置距離板邊不小于20 cm。對于斷裂縫較少的板塊，可在板中位置增加切縫。為提高破拆效率，優(yōu)先使用破碎錘對分割完成待更換的板塊進行全厚度破拆。破拆順序從中間向四周展開，板邊位置配合人工采用風(fēng)鎬進行鑿除。道面拆除時注意保留企口完整性，盡量保留已有拉桿及傳力桿，保證澆筑后結(jié)構(gòu)整體性。

4.2.3 基層處理

塊清除后及時對基層進行清掃。清理干凈后，對原有道面及基層用水充分濕潤，并均勻涂刷一層聚合物類界面劑?；鶎右暻闆r進行處理：

(1)基層完整，表面板結(jié)，無松散顆粒。不做處理，將基層表面清掃干凈后，鋪設(shè)隔離土工布澆筑道面混凝土。

(2)上基層松散，不板結(jié)，下基層完好。加深開挖深度5～8 cm，鋪設(shè)隔離土工布隔離或者將松散上基層全部挖除，換填水泥穩(wěn)定碎石。

(3)上基層松散，不板結(jié)，有唧泥，下基層松散并開裂。上下基層全部挖除，換填水泥穩(wěn)定碎石。

(4)上基層松散，不板結(jié)，有唧泥，下基層松散并開裂，土基濕軟，有地下水。上下基層全部挖除并超挖設(shè)置30 cm厚級配碎石濾水層，采用水泥穩(wěn)定碎石換填，同時在道面板中設(shè)置一層鋼筋網(wǎng)片和傳力桿假縫。

4.2.4 混合料拌和與澆筑

快干水泥凝結(jié)非?？?，須快速完成混合料拌和、澆筑、抹面、拉毛等全部工序。為提高各作業(yè)環(huán)節(jié)效率、節(jié)約時間，采用一體式混合料拌和車。一體式拌和車比分體式拌和機以及人工拌和的效率更高，時間更短，質(zhì)量更好，能有效減少原材料和混合料跑冒撒漏，有效控制跑道外來物(foreign object debris，F(xiàn)OD)?；旌狭现苯映隽现恋啦蹍^(qū)，澆筑溫度不低于10 ℃。用澆筑容器緩慢、勻速澆筑密實，及時振搗，避免空鼓現(xiàn)象。澆筑結(jié)束后，快速抹平道面并拉毛。

4.2.5 養(yǎng)生和開放

混凝土澆筑完成后，大量水化熱會在短時間內(nèi)集中釋放。為避免新澆筑混凝土表面出現(xiàn)裂紋和起皮，用噴霧器持續(xù)灑水養(yǎng)生，直至強度達到開放條件為止。養(yǎng)生時間考慮為3 h左右。為確保新澆筑混凝土強度能夠承受飛機荷載，開航前使用混凝土強度回彈儀進行強度測試。根據(jù)結(jié)構(gòu)強度要求和預(yù)留試件強度試驗結(jié)果決定是否結(jié)束養(yǎng)生并開放跑道。

4.2.6 切縫、刻槽和灌縫

為縮短跑道占用時間，提前開放修復(fù)好的道面板塊，可在次日關(guān)閉時間段進行接縫切割，恢復(fù)板塊原有伸縮狀態(tài)。為提高道面抗滑能力，恢復(fù)摩擦系數(shù)，切縫后進行刻槽。用填縫料及時填充板縫，縫內(nèi)膠液填滿，略低于道面呈“U”形。

4.2.7 注意事項

(1)整板更換快速修復(fù)為民航機場不停航施工，安全要求高，須嚴格執(zhí)行民航局不停航施工相關(guān)要求。施工前開展危大工程安全論證，分析風(fēng)險，制定預(yù)案。施工過程中，做好隔離措施，避免危害航空器運行。

(2)大型機場安保措施嚴格，進出飛行區(qū)控制區(qū)的人員、機械、材料須經(jīng)過嚴格安全檢查。同機場運行保障人員共用安檢通道，耗時較長。為有效利用施工時間，所有施工人員、設(shè)備、材料須在施工區(qū)域關(guān)閉前完成安全檢查，在隔離區(qū)內(nèi)規(guī)定地方進行等候準備。建議有條件機場可設(shè)置施工專用通道。

(3)確保施工設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，每日開工前對設(shè)備進行運轉(zhuǎn)測試。對關(guān)鍵設(shè)備(一體式拌和車、運渣車輛)進行備份?？紤]設(shè)備一旦故障不能自行，現(xiàn)場配備1臺拖掛車做應(yīng)急處置用。

(4)細化施工各個環(huán)節(jié)時間。通過試驗段，掌握施工各環(huán)節(jié)所需時間。完成一塊整板破拆、現(xiàn)場清理、助航燈具線纜配管和基礎(chǔ)加固、拌和澆筑、抹面、養(yǎng)生全部流程，施工時間需要約300 h。提前制定時間計劃表，按照分鐘控制。施工過程中按照計劃時間進行現(xiàn)場管控，確保每一個施工環(huán)節(jié)時間可控，不影響跑道開放使用。

(5)雨季施工時，須做好氣象資料的收集與整理，做好預(yù)防工作。保證現(xiàn)場排水通暢，結(jié)合道面縱橫坡度，利用周邊排水設(shè)施，盡快排走，避免雨水沖刷新澆筑道面，造成質(zhì)量問題。

5 結(jié)束語

重慶江北國際機場第二跑道整板更換快速修復(fù)的道面板塊自2020年9月投用以來運行正常。整板更換快速修復(fù)有效解決了跑道道面板塊結(jié)構(gòu)性損壞，機場不能長時間關(guān)閉進行維修的問題。通過幾小時進行不停航施工，及時恢復(fù)機場跑道適航性能。結(jié)合機場運行情況，選擇合適材料和流暢的組織施工是整板更換快速修復(fù)得以成功完成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。整板更換為保障機場跑道適航運行而采取的應(yīng)急處置方式，所處理的道面板塊多處在薄弱區(qū)域，所換板塊在使用上的耐久性還需通過運行時間來驗證。