（道路与铁道工程专业论文）跑道道面加铺决策技术研究.pdf

摘要 摘要 近年来，我国民航事业正处于高速发展阶段。随着航空交通量和大型宽体 飞机比例的快速增长，我国一些早期修建的机场跑道，道面结构损坏严重，使 用性能急剧下降，迫切需要进行结构补强或功能恢复，以提高道面使用性能， 延长使用寿命。面对日益复杂的交通、气候、道面结构和运行条件，有必要总 结并形成一套评价与决策体系，以反映复杂条件下道面性能现状与发展规律， 指导加铺工程的顺利进行。 本文在总结道面使用性能评价指标体系与标准的基础上，形成了一套实用 性强的道面评价技术，通过对既有道面的结构性能、损坏状况、表面性能等实 施系统的检测与评价，能为跑道加铺工程提供决策依据和主要设计参数，并为 道面加铺方案提出相应的建议。基于我国机场道面加铺需求旺盛的现状，道面 评价技术在加铺工程中得到了广泛的应用，并通过工程实践验证了它的科学性 与可行性。 从结构性和功能性两个角度分析道面剩余寿命，作为确定跑道加铺时机的 主要依据。结构性剩余寿命主要采用我国道面厚度设计方法的逆过程进行分析； 功能性剩余寿命预估总结了现有的经验回归模型，并引入概率型预测方法。从 多个角度切入，可针对目前国内道面监测数据不足的情况下较为准确地预测道 面使用性能衰变规律，为加铺工程决策提供科学的依据。 通过实际工程经验的归纳与总结，形成了跑道加铺方案决策的流程，并提 出结构性补强与功能性加铺的判定标准。在既有跑道利用方案分类的基础上， 分析了既有道面病害对加铺层使用性能的影响机理，并进一步提出了相应的局 部修复措施。 这些方法与技术已经在实际工程中得到应用与验证，将为后续的类似工程 提供借鉴与指导。 关键词：机场跑道，加铺，决策，使用性能，评价，剩余寿命，旧道面利用 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s c h i n a sc i v i la v i a t i o ni n d u s t r yi si nas t a g eo fr a p i dd e v e l o p m e n t w i t ht h er a p i dg r o w t ho fa i rt r a f f i cv o l u m ea n dl a r g ew i d e - b o d ya i r c r a f tp r o p o r t i o n ， s o m ee a r l yb u i l ta i r p o r tr u n w a yp a v e m e n t sd a m a g e ds e r i o u s l y , w h i c hr e s u l t si nt h e d e c r e a s i n go fp a v e m e n t sp e r f o r m a n c e t h e r e i sa nu r g e n tn e e df o rs t r u c t u r a l r e i n f o r c e m e n to rf u n c t i o n a lr e c o v e r yt oi m p r o v ep a v e m e n tp e r f o r m a n c ea n d e x t e n d l i f c f a c e dw i t ht h ei n c r e a s i n g l yc o m p l e xt r a f f i c ，c l i m a t e ，p a v e m e n ts t r u c t u r e ，a n d o p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，i ti sn e c e s s a r yt os u mu pa n df o r m e das e to f e v a l u a t i o na n d d e c i s i o n - m a k i n gs y s t e mt or e f l e c tt h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c ea n di t sd e v e l o p m e n t u n d e rt h ec o m p l e x i t yc o n d i t i o n s s ot h eo v e r l a yp r o j e c tw o u l db e c a r r i e do u t s m o o t h l y i nt h i sp a p e rt h ei n d e xa n ds t a n d a r d so ft h ep a v e m e n te v a l u a t i o nw a sc o n c l u d e d ， a n dad r a c t i c a lp a v e m e n te v a l u a t i o nt e c h n o l o g yw a sf o r m e d b a s e do nas e r i e so f t e s t i n g 锄de v a l u a t i o n so nt h ep a v e m e n ts t r u c t u r ep e r f o r m a n c e ，d i s t r e s sc o n d i t i o n a n ds u r f a c ep r o p e r t i e s ，t h eb a s i sf o rd e c i s i o nm a k i n ga n d t h em a i nd e s i g np a r a m e t e r s f o rt h er u n w a yo v e r l a yw i l lb eg i v e n ，a n ds o m er e c o m m e n d a t i o n s w i l lb ep u tf o r w a r d f o ri t so v e r l a ye n g i n e e r i n g a n di t ss c i e n t i f i c i t ya n df e a s i b i l i t yh a db e e np r o v e db y e n g i n e e r i n gp r a c t i c e s i k m a i n i n gl i f ei st h eb a s i st od e t e r m i n et h er e c o n s t r u c t i o nt i m eo ft h er u n w a y p a v e m e n t ，w h i c hc a l lb ea n a l y z e df r o ms t r u c t u r a ls i d ea n df u n c t i o n a ls i d e s t r u c t u r a l r e m a i n i n gl i f ea n a l y s i si sb a s e do nt h ei n v e r s i n gp r o c e d u r eo fs p e c i f i c a t i o n s f o r p a v e m e n td e s i 昏1f o rc i v i lt r a n s p o r ta i r p o r t so fc h i n a f u n c t i o n a lr e m a i n i n gl i f e e s t i m a t eu s e de x p e r i e n c e r e g r e s s i o nm o d e la n dm a r k o vm o d e l f r o m d i f f e r e n ta n g l e s ， d e c a yo fp a v e m e n tp e r f o r m a n c e c a nb ep r e d i c t e dm o r ea c c u r a t e l y u n d e rt h e c i r c u m s t a n c e sw h e nl a c ko fm o n i t o r i n gd a t a ，w h i c hw o u l dp r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o r d e c i s i o n - m a k i n go fr u n w a yo v e r l a y r u n w a yo v e r l a yd e c i s i o n - m a k i n gp r o c e s s e si sf o r m e dt h r o u g ht h es u m m i n g 。u p o fp r a c t i c a le n g i n e e r i n ge x p e r i e n c e ，a n dt h ed e t e r m i n a t i o nc r i t e r i o no fo v e r l a yi s a b s t r a c t p r o p o s e dw h i c hd i v i d e ds t r u c t u r eo rf u n c t i o n a l i t ys e p a r a t e l y i nt h e f o u n d a t i o no ft h e c l a s s i f i c a t i o no fe x i s t i n gp a v e m e n tu s i n g ，t h ei n f l u e n c eo no v e r l a yw h i c hd i s t r e s so n e x i s t i n gp a v e m e n tb r o u g h tf r o mi sa n a l y z e d ，a n dt h e nt h ec o r r e s p o n d i n gp a r t i a lr e p a i r m e a s u r ei sp r o p o s e d t h ep r a c t i c a le n g i n e e r i n gh a sp r o v e dt h es c i e n t i f i c i t ya n df e a s i b i l i t yo ft h e s e m e t h o d sa n dt e c h n o l o g i e sa b o v e ，w h i c hw i l lp r o v i d eg u i d a n c ef o rt h es i m i l a rp r o j e c t s f o l l o w i n g - u p k e yw o r d s ：r u n w a y ，o v e r l a y ，d e c i s i o n m a k i n g ，p a v e m e n tp e r f o r m a n c e ， e v a l u a t i o n ，r e m a i n i n gl i f e ，e x i s t i n gp a v e m e n tu s i n g i n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 咯拟 g 年3 月3 o 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： f 锹哆 少客年3 月拗日 第l 章前言 1 1 研究背景 第1 章前言 近年来，随着我国经济的快速发展，民航事业也处于高速发展阶段。“十五” 期间，全国机场年起降架次和年旅客吞吐量分别增加了5 7 5 和9 1 2 。2 0 0 5 年，我国航空运输总周转量已居世界第二，我国已经成为民航大国。目前我国 已经建成近1 5 0 个民用机场，机场道面面积达到了5 0 0 0 多万m z ，这其中既有长 期使用的老机场，也有新建、改建不久的新机场。机场作为供飞机起飞、着陆、 停驻、维修、补给的场所，是航空运输体系重要的组成部分。而机场道面使用 性能的好坏更直接影响到飞机运行的安全性与舒适性，是衡量机场服务水平的 一个重要指标。随着航空交通量和大型宽体飞机比例的快速增长，一些早期修 建的机场跑道，道面结构损坏严重，使用性能急剧下降，迫切需要进行道面结 构补强或功能恢复，以提高道面使用性能，延长使用寿命。 沥青层加铺是改善跑道道面结构性能和功能性能的有效手段，国内外不少 机场已实施跑道道面加铺，积累了大量成功经验。与此同时，日益复杂的交通、 气候、结构和运行条件，使跑道加铺工程在决策、设计、施工和管理等方面面 临诸多理论、方法、工艺和管理技术等问题，从而制约了我国机场工程的发展。 在跑道加铺决策方面，面临着诸多复杂条件，主要体现在以下三个方面： 1 、航班密集，交通量大，把握加铺时机要求高 机场航班日益密集，航空交通量的不断增长，使跑道加铺工程的实施在时 间上受到极大限制。加铺决策需要根据跑道的道面性状和机场的运行条件，从 密集的航班计划中寻求加铺工程的最佳时机，不能让跑道使用性能恶化而影响 到机场正常运行。 2 、结构类型多样，参数确定困难 不同机场，跑道道面的地基条件、结构组合、材料组成各不相同。对于早 期修建的机场，跑道道面还可能被多次改造、扩建，少数机场还面临二次，甚 至三次加铺。在跑道加铺工程中，既有道面的性状评价和参数确定，既是工程 决策的依据，也是工程设计的条件，十分重要。然而，由于跑道既有道面在建 第l 章前言 造年代、结构类型等方面的多样性，以及道面评价、分析方法的不完善，使加 铺设计中既有道面参数的合理性取值变得愈加困难。 3 、机型发展快，道面使用性能要求高 大型宽体飞机起降架次的迅速增加，以及跑道运行安全要求的不断提高， 对道面加铺层的使用性能提出了更高的技术要求。如何进行加铺材料选型、如 何采取合理的工程措施使新旧道面形成统一的整体，共同发挥最大的功能效益， 使加铺方案的决策更加复杂。 对于上述工程问题，有必要在跑道道面评价与加铺决策方面进行系统化的 研究，以准确掌握道面的实际情况和发展趋势，选择合理的加铺时机和加铺方 案。 本文研究的目的是建立针对既有道而结构性能、功能性能和损坏状况等方 面的跑道道面评价体系，提出相应的评价指标、量化标准和剩余寿命预估方法， 以此形成方法可行、标准合理加铺的判定准则。通过历年有计划地进行道面性 能评价，科学地判断跑道性能所处的状态，选择在道面进入加速损坏阶段进行 跑道加铺，避免该阶段产生过多的维修量对跑道修复造成困难，节省过高的维 修养护费用。在性能评价的基础上采用科学的道面剩余寿命预估方法预判实施 跑道加铺工程的时机，为加铺工程从项目建议到完成设计等一系列工作预留充 裕的时间，避免在工程前期准备的必要周期内跑道服务水平过差甚至需要关闭 所造成的经济损失和严重社会影响。根据跑道使用性能现状与发展趋势，分析 造成道面使用性能衰退的客观原因，在实施加铺工程时采取有效的工程措施抑 制旧道面对加铺层性能的影响，提高加铺层的服务水平并延长使用寿命。 1 2 国内外研究现状 国外道而评价利用及决策方面的理论研究与实践起步较早。7 0 年代初期， 美国空军有大量的老道面接近使用期限，随着时间的推移，维修工作量不断增 加。为准确描述和确定机场道面的相对状况，评价各种维修措施的效果，同时 也为最有效地使用维修经费，美军建筑工程研究所( c e r l ) 于1 9 7 4 年开始机 场道面评价体系的研究，到19 8 1 年完成美国空军机场道面维护管理系统研究 报告。到8 0 年代末9 0 年代初，发达国家建立起较为完整的机场道面评价体系 框架。机场道面评价与利用技术伴随评价体系的完善共同发展，其过程可随之 2 第1 章前言 划分为三个阶段【l 】： ( 1 ) 七十年代初期，美国陆军建筑工程研究所受美国空军委托进行机场道 面状况评定、损坏鉴定和维修、管理等方面的研究，建立了机场道面评价体系【2 】， 其内容主要包括： 1 ) 道面损坏的明确定义、分类、具体量测方式； 2 ) 道面状况指数( p c i ) 计算方法； 3 ) 分析损坏成因机理，分别考虑了交通荷载因素和环境因素； 4 ) 针对各种损坏的维修对策。 对道面损坏状况的评价和分析是本阶段的重点，这种分析方法对后来的道 面评价体系的研究产生了重要的影响。 ( 2 ) 由美国陆军工程兵部队开发，为f a a 所认可的m i c r o p a v e r 的道 面评价体系，继承了第一阶段p c i 的概念及相关内容，并取得以下进展【3 7 】： 1 ) 提出道面族( p a v e m e n tf a m i l y ) 的概念，根据结构、功能、等级的不同， 将各道面区域划归为不同的族； 2 ) 根据历史数据，回归出每一族道面的使用性能( 通常采用p c i ) 衰变规 律，作为该族道面的寿命预测曲线； 3 ) 提出p c i 临界值的概念，并提出确定方法。 ( 3 ) 9 0 年代初开始应用于肯尼迪国际机场的i a p m s 属于网级管理系统， 其道面评价体系从以下几方面加以完善 8 1 0 】： 1 ) 道面结构承载力分析及结构剩余寿命预测； 2 ) 道面状况指数( p c i ) 分析及剩余寿命预测； 3 ) 不同道面区域修复优先级权数的确定； 4 ) 典型修复对策的选择条件。 至此，机场道面评价体系的框架已经大体确定。此后，随着评价理论的发 展和检测仪器的不断改进，国外学者在道面结构反演分析、平整度评价和剩余 寿命等方面对机场道面评价体系进行了完善。 国内对机场道面评价与利用的实践与研究起步较晚，目前正处于不断发展 与完善的阶段，已经积累了丰富的经验，并逐步形成了一套系统的机场道面评 价体系。同济大学自19 9 5 年起开始机场道面调查评价的研究工作，先后完成了 十多份国内机场的道面调查评价报告；并从1 9 9 8 年起系统开展了机场道面调查、 评价、预测和维护技术的研究，在道面评价管理理论与实践方面积累了丰富的 3 第1 章前言 经验和数据，为机场当局制定道面大中修方案提供了技术参考；尤其是在上海 虹桥机场与合肥骆岗机场的加铺工程中，系统、全面的机场道面评价为项目确 立和方案设计提供了科学的依据。2 0 0 0 年，民航总局机场司安全保障处颁布了 民用机场飞行区场地维护手册，根据国内机场现有的技术水平对机场道面的 调查、评价和维护方法作了一些总结，对于国内机场的维护工作有一定的指导 意义【1 】。通过上海市教育委员会曙光计划所资助的“机场道面评价体系”研究，我 国已经初步构建了民用机场道面的评价体系。随着以落锤式弯沉检测设备为代 表的一批先进的无损检测设备的逐步推广应用，机场道面评价利用方面的理论 研究与实践也将进一步的发展与完善。 随着机场跑道使用年限的增长，许多跑道都面临着加铺改造的问题，如何 把握加铺时机也成了难点之一，因此，在道面评价管理的发展过程中，道面剩 余寿命预估方法作为其中的关键技术之一，在国际上已经进行了大量的研究， 并取得了一定的成果。道面性状模型的研究始于2 0 世纪6 0 年代，最早可以追 溯到美国的a a s h t o 环道试验，此后在各国研究者的不懈努力下，模型取得了 很大发展。国际民航组织( i c a o ) 提出用逆转设计评价法来预估道面剩余使用 寿命。f a a 在机场道面剩余寿命预估中采用p c i 预测模型，该模型基于“道面族” 概念，采用回归方法建立了p c i 与道面使用年限之间关系，据此预测机场道面 剩余寿命。但是，从p c i 预测模型构建方法可知，道而p c i 衰变模型是以长期、 大量的数据积累为基础。我国沿用了i c a o 的思路进行道面结构性剩余寿命预 估。在功能性剩余寿命预估方面，国内也建立了相应的模型，如同济大学的双 指数反s 曲线模型【1 1 卅4 1 ，也有建立p c i - i r i 的相关关系预测道面功能性剩余寿 命的成果案例f 1 5 】。在公路上也有采用概率型预测模型对路面发展趋势做出准确 的判断，如沈( 阳) 大( 连) 高速公路的使用性能预测【1 6 1 ，其思路对机场道面 剩余寿命预估有借鉴作用。由于机场跑道平整度关系到旅客的舒适度和飞机的 机械寿命，并且由道面不平整引起飞机对道面的冲击会缩短道面的使用年限， 因此，平整度与道面服务性能有密切的相关性，作为道面评价中一项重要的功 能性指标被小断重视。 在旧道面病害对加铺层的影响方面，国内外对反射裂缝延缓技术进行了广 泛的研究和实践，大致可分为5 类：加铺层上锯切横缝、改善沥青混凝土罩面 层性能、设置中间夹层、设置裂缝缓解层和处治旧路面板。大量的研究表明， 增加罩面层厚度能在一定程度上减缓反射裂缝的出现，但单纯依靠增加罩面层 4 第1 章前言 厚度，并不能有效阻止反射裂缝的产生。武贤慧【1 7 1 等对玻璃纤维格栅沥青混凝 土、g o o d r o a di i 纤维增强沥青混凝土抑制反射裂缝的效果进行了试验研究，试 验结果表明加入g o o d r o a di i 聚脂纤维后荷载的疲劳作用次数提高约3 2 倍，设 置土工格栅防裂层后提高约3 5 倍，两者在均一定程度上降低了接缝处的应力集 中现象，使疲劳荷载作用次数比直接加铺时有所提高。杨党旗【1 8 】结合沥青路面 翻修实例，采用在沥青路面结构层中铺设橡胶沥青薄膜方法，经室内和路用试 验研究，认为橡胶沥青薄膜对防止和减少沥青路面反射裂缝有明显效果。徐伟旧 等对沥青加铺层中玻璃纤维格栅的作用效果进行了试验研究，试验结果表明， 玻璃纤维格栅使粘结层形成应力吸收膜，在加铺层与水泥混凝土板之间形成缓 冲层，隔离水泥路面板接缝处因温度及轮载变形的突变，避免应力集中，降低 接缝处局部粘结层抗剪阻力及粘结力并起到加筋作用，从而减缓反射裂缝的发 生。黄岩凹】等通过大量室内力学测试分析与试验路验证，研究织物加筋沥青混 凝土的疲劳和抗反射裂缝能力，结果表明织物加筋可提高沥青混凝土的疲劳寿 命2 - - 3 倍。周富杰【2 l 】等采用3 0 c m x 3 0 c m x 5 c m 的试样板，在三种试验温度( 3 、 1 5 、6 0 ) 下进行了5 种夹层材料( 土工网、土工格栅、土工布、a p p 和特 种金属网格) 减缓荷载型反射裂缝效果的比较试验，结果显示，除土工布外， 其它措施对防治荷载型反射裂缝基本上都是有效的，其中特种金属网格的防治 效果最为显著。 综，t - _ 所述，国内仍未形成一套普适性强的民用机场道面评价体系，更没有 对加铺前道面的评价与利用技术进行系统深入的探讨和研究；在剩余寿命预估 方面，如何在历史数据积累比较缺乏的情况下进行较为准确的预测，仍然是亟 待解决的一大难题；对旧道面的利用方案决策过程也没有统一的指标与标准， 新旧道面问相互影响的机理也少有研究。因此，针对需求日益旺盛的加铺工程， 有必要形成一套前评价、中决策、后跟踪的技术体系，以反映复杂条件下道面 性能发展现状与规律，指导加铺工程的顺利进行。 1 3 研究内容与技术路线 针对跑道加铺决策的过程和一系列关键技术，在既有道面评价技术、加铺 时机判定技术、加铺方案决策技术及加铺效果跟踪评价等方面开展专题研究。 研究成果可使决策过程中能全面掌握道面性能现状、准确预测道面发展趋势、 第l 章前言 形成统一的决策标准、制定合理的加铺方案，最终指导加铺工程的顺利实施。 本文研究的主要内容为： 1 、既有道面评价技术 ( 1 ) 跑道道面性能的评价指标与标准： ( 2 ) 既有道面结构性能评价； ( 3 ) 既有道面损坏状况评价； ( 4 ) 道面评价技术在跑道加铺中的应用。 2 、道面加铺时机判定技术 ( 1 ) 跑道加铺时机判定的影响因素； ( 2 ) 道面结构性剩余寿命分析； ( 3 ) 道面功能性剩余寿命预估。 3 、加铺方案决策技术 ( 1 ) 跑道加铺决策分析； ( 2 ) 既有道面整体利用方案； ( 3 ) 既有道面局部恢复措施。 4 、加铺层性能监测与效果评价 ( 1 ) 性能监测的实施要点； ( 2 ) 效果评价对决策方案的验证。 本文依托国内多个机场跑道调查评价与加铺决策实例，总结既有道面调查 评价的方法、指标和标准，对道面使用性能现状进行全面检测与掌握；总结跑 道剩余使用寿命预估方法，预测跑道性能发展趋势。根据现状与趋势分析结果， 结合运营养护计划预估跑道达到使用寿命临界值的时间，从而判定实施加铺工 程的时机。根据跑道性能评价的结果详细分析机场跑道损坏造成的原因和机理， 性能衰变的过程和趋势，制定旧道面利用的原则和标准，对达不到利用标准的 道面部分的修复和处治，提出跑道道面评价与利用技术，并形成合理的加铺决 策方法。本文采用的技术路线如下： 6 第1 章前言 图l - 3 _ 1 本文研究的技术路线 7 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 机场跑道在荷载和环境因素的综合作用下，随着使用年限的增加，道面的 使用性能将随之下降，需要根据道面的使用性能状况进行合理的维修和养护， 实施加铺工程是目前最为常用的大修措施之一。在跑道加铺工程中，既有道面 的性状评价和参数确定，既是工程决策的依据，也是工程设计的条件，十分重 要。然而，由于跑道既有道面在建造年代、结构类型等方面的多样性，以及道 面评价、分析方法的不完善，使加铺设计中既有道面参数的合理性取值变得愈 加困难。因此，既有道而使用性能的评价是跑道道面加铺决策技术不可或缺的 重要环节，是决定道面是否需要加铺、采用结构性补强还是功能性加铺、选择 采取哪些工程措施的主要依据。本章所研究的道面评价技术通过对既有道面结 构性能、损坏状况、表面性能等实施系统的检测与评价，能为加铺工程提供决 策依据和主要的设计参数，并能为加铺工程的对策选择提出相应的建议。 2 1 道面使用性能评价指标体系 道面的使用性能应从结构性、功能性和安全性三个方面考虑。铺设道面结 构的目的就是为了承受飞机荷载的作用，以满足飞机起降的要求，因此道面结 构必须提供足够的承载能力，能够经受一定次数的飞机荷载重复作用而不破坏。 道面还应为飞机的起降与滑跑提供一个平整的作用面，过大的颠簸不仅会降低 旅客的舒适度，也会加速飞机机械零件和仪表的损耗和道面本身的损坏，因此 道面的使用性能应包含功能性的要求。飞机的安全运行关系着旅客的生命财产， 据资料显示事故多发生在飞机起降的阶段，就道而本身的使用性能而言，抗滑 能力不足与产生外来物损坏( f o d ) 是严重的安全隐患：抗滑能力不足会使飞 机在跑道上的滑跑距离过长，而道面产生的外来物一旦被吸入发动机将会致使 发动机损坏而引发严重的事故。 道面使用性能评价指标的选取应能尽量全面地反映上述几方面的要求，用 于评价机场道面使用性能的技术指标包括道面结构承载力、道面材料路用性能、 道面损坏状况、道面平整度、道面抗滑性能、道面排水能力，所反映的技术要 8 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 求如表2 1 1 所示，形成的指标体系见2 1 1 。 表2 - 1 1 机场道面使用性能的技术指标 功能性要求结构性要求安全性要求 道而结构承载力 、， 道而材料路用性能 、，、，、， 道面损坏状况 、， 道面平整度 道面抗滑性能 、， 道面排水能力 、， 使用性能评价指标体系 结 构 承 载 力 材 料 路 用 件 能 损 坏 状 况 道 面 亚 整 度 抗 滑 性 能 排 水 能 力 重il | 茎i 蓁l i 薹l i 窭1i 銎lj 奏1 重 l 蓁l i 篓li 鍪 图2 - 1 1 道面使用性能评价指标体系 1 、道面结构承载力：道面结构是否具有足够的承载能力是跑道能否满足飞 机运行要求的最主要指标，采用a c n - - p c n 强度报告与结构适应性厚度进行评 价。 2 、道面材料路用性能：对已有沥青加铺层的道面，还需对材料路用性能进 行检测与评价，若材料本身老化或易发生松散等病害会使道面结构强度下降或 带来外来物损坏，造成安全隐患。路用性能应从高温稳定性、强度、抗松散能 力进行评价，采用马歇尔稳定度( 胳) 、劈裂强度、飞散损失率来表征。 3 、道面损坏状况：道面损坏状况能综合反应道面的使用性能，是最重要的 判定指标之一，特定的损坏类型能够反应某项指标的下降( 如龟裂的出现表明 沥青层已发生疲劳损坏) ，严重的道面破损不仅会降低道面的平整度，产生的碎 9 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 块也会影响飞机的安全运行。道面损坏状况用道面状况指数”p c i 来表征，并辅 以主导损坏类型进行评价。 4 、道面平整度：用i r i 指标评价。 5 、道面抗滑性能：以“摩擦系数”和“构造深度”表征。 6 、道面排水能力：由于设施排水能力不足导致的道面排水不畅应通过疏浚 或新增排水设施来改善，与道面使用性能相关的道面排水能力主要评价道面是 否会存在积水而影响飞机安全运行，采用纵横坡度来评价。 跑道加铺前应进行一次道面检测与评价，但并非所有项目均需实施，可根 据跑道现状选择评价项目。通常结构性能与损坏状况是必须评价的内容，因为 是确定是否需要结构性补强和进行加铺设计的依据，将在后面的章节中详细论 述。其余的使用性能指标对跑道加铺工程均有一定影响，也给出判定标准。 1 、材料路用性能 材料路用性能用以评价铺筑道面的材料自身性能对荷载和环境因素的适应 性，是对道面结构性能评价的有效补充，通过对芯样进行室内试验进行评价， 当材料强度不足或易发生松散影响道面运行时，需实施跑道加铺工程，评价标 准如下： ( 1 ) 进行沥青混合料马歇尔稳定度以及浸水马歇尔稳定度( 或真空饱水马 歇尔稳定度) 试验，评价沥青混和料的高温稳定性。国际民航组织机场设计 手册( 第三部分) 规定，机场道面沥青混合料标准马歇尔稳定度( 埘) 术1 0 k n ， 流值( 凡) 范围为2 0 - 4 0 ( 0 1 m m ) ，浸水马歇尔残留稳定度术8 0 。 ( 2 ) 对机场道面的沥青混凝土上面层材料进行劈裂以及冻融劈裂试验，分 别评价沥青混和料的抗弯拉性能和抗水损坏能力。劈裂试验应满足我国公路 沥青路面设计规范( j t j 0 1 4 9 7 ) 规定，劈裂强度术0 8 m p a ：冻融劈裂试验采用 “冻融劈裂试验强度比t s r ”作为检验指标，应满足表2 1 2 所列标准。 表2 1 - 2 冻融劈裂试验残留强度比t s r ( ) 气候特征潮湿区、湿润区半干区、干早区 普通沥青混合料，不小于 7 57 0 改性沥青混合料，不小于8 07 5 s m a 普通沥青，不小于7 5 混合料 改性沥青，不小于 8 0 ( 3 ) 对机场道面的沥青混凝土上面层材料进行肯塔堡飞散试验，检验沥青 1 0 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 对于集料的粘结性。其中，对于不使用改性沥青的混合料，“飞散损失率”牛2 5 ， 对于使用改性沥青的混合料，“飞散损失率”牛2 0 。 2 、道面平整度状况 由于道面的不平整会引起飞机起降过程中的强烈震动，不仅会对道面产生 冲击作用而加速损坏，还会导致飞机机械部件的损耗和乘客舒适度的降低，当 道面平整度不满足要求时，可考虑实施加铺工程。平整度以i r i 为指标，通过高 程测量数据计算，评定标准如表2 1 3 所示。 表2 1 3 道面平整度状况等级评定( i r i 指标) 标准 评价等级好 由 差 i r i 平均值( m k m ) 4 0 3 、表面抗滑性能 抗滑性能是道面保证飞机运行安全，提高跑道使用效率的重要特征，跑道 表面必须保证在潮湿状态下仍能提供良好的摩阻特性。道面抗滑性能不良时应 采取除胶等措施恢复其摩阻特性。当常规措施效果有限，导致养护工作量过大 且难以保证运行安全时，应采取道面加铺恢复其表面性能。抗滑性能采用跑道 摩阻测试车测试的摩擦系数进行评价，评价标准见表2 1 4 。 表2 1 4 道面摩擦系数评价标准 测试轮胎测试速度道面抗滑能力等级 测试仪器 类型压力( k p a ) ( k m h ) 好 中 差 b2 1 06 5 2 0 6 0 0 5 0 0 6 0 0 5 0 跑道摩阻测试车 b2 1 09 52 0 5 40 4 l 0 5 4s 0 4 l 注：测试轮胎类型a 、b 、c 的划分，参见国际民航公约附件1 4 ( 第二版) 附录a 。 当不具备自动化测试设备时，可采用填砂法测定道面构造深度，按民用 机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范m h 5 0 0 6 2 0 0 2 ) ) 附录b 的规定执 行。道面构造深度的评价标准如表2 1 5 。 表2 一1 5 道面构造深度评价标准 评价等级好中 差 构造深度m m2 1 0 0 3 1 0 o 3 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 4 、道面排水能力 排水性能关系到道面抵抗水损坏的能力和飞机运行的安全，是机场道面的 特殊要求，而且在机场运营期间，道面的纵、横坡和集水沟的泄水能力都将发 生变化。排水性能通过最小纵横坡进行评价，也是根据高程测量数据计算，并 分析是否存在排水反坡。当由于道面积水导致飞机飘滑而影响运行安全时，应 考虑实施跑道加铺工程加以改善。跑道纵、横坡评价应满足表2 1 6 、2 1 7 所列 标准。 表2 - 1 - 6 跑道纵坡坡度标准 飞行区等级指标i4321 跑道有效坡度 0 0 1 0o 0 1 00 0 2 00 0 2 0 跑道两端各长l 4 部分 0 0 0 80 0 0 80 0 2 00 0 2 0 跑道其他部分 0 0 1 2 5o 0 1 50 0 2 00 0 2 0 注：跑道有效坡度为跑道中线上最高点和最低点标高之差除以跑道长度。 表2 - 1 7 跑道横坡坡度标准 飞行区等级指标i i fedcba 最人横坡 o o l5o 0 1 5 o 0 1 5 o 0 1 50 0 2 00 0 2 0 最小横坡0 0 1 00 0 0 80 0 0 80 0 0 8o 0 1 00 o l o 注：跑道与滑行道相交处可根据需要采用较平缓的坡度。 2 2 既有道面结构性能评价 道面结构性能主要表征道面结构的适用性，通过必要的检测手段能够获得 各结构层的力学指标，确定承载能力不足的区域或性能较差的层位，为道面加 铺提供设计参数和决策依据，进而通过道面承受荷载特征的分析，可评价既有 道面结构相对当前航空交通量的适应性。因此，道面结构性能评价是掌握既有 道面使用性能现状的重要方法之一，更是进行加铺决策的最重要依据。 2 2 1 结构性能测试方法 结构性能的测试方法包括已有资料分析、非破损试验( n d t ) 与破损试验 ( d t ) 。由于已有资料分析通常反映新道面或道面改建不久时的性状，对已有较 1 2 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 长使用年限的旧道面来说参数的可信度不高；破损试验对原道面结构进行了一 定的破坏，并且需要修补、工作效率低，还可能在道面上遗留残留材料等，由 于机场停航时间一般较短，大规模实施对道面管理影响较大；考虑到对机场运 营造成影响的程度和需进行大面积道面调查时，非破损试验比破损试验要优越 的多。因此，加铺改造前的道面结构性能评价主要采用非破损试验方法，辅以 现场钻芯取样进行室内试验。 非破损试验方法中，目前效率最高、应用比较广泛的是f w d 弯沉测试法。 f w d 属于数据自动采集的车载设备，操作迅速、简便，可以同时得到最大弯沉 值和弯沉盆。通过测定试验荷载作用下道面的挠度响应，通过力学模型或经验 公式反算各结构层的回弹模量，作为道面结构承载能力评价中的技术参数。 进行道面f w d 测试应该具备以下条件： ( 1 ) 已知道面各结构层的厚度。 ( 2 ) 具备进行弯沉测定的设备。 ( 3 ) 试验荷载必须能够产生足够的挠度。 ( 4 ) 能够根据弯沉或弯沉盆数据，通过可靠的模量反分析软件或者符合实 际的经验公式可以计算各结构层的回弹模量。 采用f w d 弯沉测试时，对于水泥混凝土道面或者上面层为水泥混凝土的复 合道面，测试位置应考虑板中( 或最大残板中部) 、板边中点和板角三种荷位， 为结构性能评价提供多方位的数据，各荷位的传感器布置可按照图2 2 1 所示要 求布置。在进行沥青混凝土道面弯沉测试以及水泥混凝土道面接缝传荷能力测 试时，应考虑温度变化对测试结果的影响。 咫燃板l 。“” r 限豫艰。；，j ，r 。 沙 板中 榭- 板1 蚺点、 图2 - 2 - 1f e ) 测点布置示意图 除了f w d 弯沉测试以外，加铺前通常需钻取一定数量的芯样进行室内试验， 以验证和辅助无损试验的结果。钻芯取样应选择在已经出现损坏的区域，尽可 能避免选择在飞机轮迹线等交通密集的区域，同一种道面结构区域中，取芯数 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 量不得少于3 组，芯样直径宜为1 0 0 r a m 或1 5 0 m m ，芯样长度应满足芯样室内实 验的技术要求。利用钻取的芯样，能够完成以下检测项目： ( 1 ) 验证道面结构层的组合形式。 ( 2 ) 校核结构层厚度。 ( 3 ) 水泥混凝土室内劈裂抗拉强度试验、抗压弹性模量试验、抗冻性试验。 ( 4 ) 沥青混合料室内马歇尔稳定度以及浸水马歇尔稳定度( 或真空饱水马 歇尔稳定度) 试验、劈裂以及冻融劈裂试验、肯塔堡飞散试验。 2 2 2 结构承载力评价 根据以上的非破损与破损试验、现场测试与室内试验的检测结果，可以获 得道面厚度、各结构层模量等结构性能评价的必要参数。在此基础上，道面结 构性能评价以现有道面的结构承载力为主要评判标准，包括两方面的内容：一 是道面结构的总体承载力能否满足飞机荷载的要求，以道面a c n - - p c n 强度报 告和结构厚度适应性评价结果为指标；二是局部区域是否有承载能力缺陷，特 别是水泥混凝土道面需要对道面板的脱空状况和接缝传荷能力进行补充评价。 1 、道面a c n - - p c n 强度报告 机场道面a c n - - p c n 强度报告是一种国际通用的道面评价方法。计算方法 如下： ( 1 ) 飞机等级号( a c n ) ：反映该类型的飞机荷载对道面的强度要求，取 决于飞机类型、飞机质量与土基的强度等级，可通过民用机场飞行区技术标 准( m h 5 0 0 1 2 0 0 0 ) 附录d 中的表格获得，也可采用计算机程序进行计算。 ( 2 ) 道面等级号( p c n ) ：反映在规定的胎压和荷载下道面结构能够提供的 支撑强度，民用机场飞行区技术标准曾根据威斯特卡德板中心受荷情况和柔 性道面当量当轮荷载的方法提供p c n 的计算式，f a a 最新发布的咨询通报 ( ( s t a n d a r d i z e dm e t h o do f r e p o r t i n ga i r p o r tp a v e m e n ts t r e n g t h - - p c n ) ) ( a cn o - 1 5 0 5 3 3 5 5 a ) 中对p c n 计算方法进行了改进，考虑了设计年限内航空交通量的 影响，与老方法相比更为合理，其计算程序如图2 2 2 所示： 1 4 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 图2 - 2 - 2 考虑交通量的p e n 计算方法 其中：p 飞机通过次数； t c 交通过程； c - 一覆盖次数； p 卜与机型、主轮承担飞机重量的比例及道面结构有关； p t c 与飞机是否在机场加油后起飞及滑行道构形有关。 道而等级号( p c n ) 的表示方法应采用表2 2 1 的统一格式发布，作为各类 飞机能否在该跑道起降的判定标准。 如果经分析计算，如果跑道不同分区的道面等级号( p c n ) 差异较大，应分 别计算各分区的p c n 并取最小值作为评价依据；如果p c n 受季节性影响有明显 变化，也应分别计算不同季节时道面的p c n ，并取其中最小值。 a c n p c n 评价法判定道面结构整体强度对于交通状况的适应程度，相关 规定如下： 第2 章道面评价技术在加铺工程中的应用 1 ) 当飞机等级号( a c n ) 等于或者小于道面等级号( p c n ) 时，能在规定 胎压和飞机最大起飞质量的条件下使用该道面。 表2 2 1 道面等级号( p c n ) 代码表 p 道删地基强度轮胎压力评定方法 c 代类代 地基反应模量kc b r 代等胎压代方 n码 型 码 等级( 水泥混凝土睛福凝土 码 级 伊a码 法 道面) m n m 3道面) a j 。 一 数 r 刚性 同 1 2 0 1 3w向无限制 t 技术 b中6 0 1 2 08 1 3x 由 1 o 1 5 值c 低 2 5 6 04 8 y 低 o 5