摘要：通过分析水泥混凝土道面板底脱空的成因机理及目前国内外板底脱空评定方法，采用实测数据分析了温度对脱空判定结果的影响，提出了机场水泥混凝土道面板底脱空相应的处治对策。 

　　一、引言 

　　按照建设材料不同，机场道面可以划分为水泥混凝土道面和沥青混凝土道面两种。水泥混凝土道面具有强度高、受环境影响小、耐久性好等优点而在我国民用机场被广泛使用，据统计我国机场中水泥混凝土道面占比高达87%^[1]。我国民用机场水泥混凝土跑道设计使用寿命一般为30年，然而在实际使用过程中往往15~20年左右便需要采取大中修措施维持跑道正常使用。其中跑道板底脱空是导致这一现象的主要诱因。有关统计数据表明，我国水泥混凝土道面板底脱空现象比较普遍。 

　　脱空对跑道性能的影响主要体现为基础支撑弱化。当跑道板底脱空比较严重时，基层与面层水泥板之间发生脱离，水泥混凝土板受力模式由原来的连续支撑形式转变为类似悬臂梁形式，在受荷时板内应力急剧增加，有关研究表明，不利情况下板内应力增幅可达70%以上^[2]，增加了道面板断裂几率，影响机场运行安全。因此，了解跑道板底脱空类型及主要形成机理，制定相应处治对策，对保障跑道正常使用具有十分重要的意义。 

　　二、脱空分类及成因机理分析 

　　按照成因机理不同，脱空一般可分为唧泥类脱空、基础变形类脱空以及温度翘曲类脱空。分述如下： 

　　（一）唧泥类脱空 

　　唧泥脱空是由于嵌缝料缺失或损坏导致地表水进入基层后在机轮荷载作用下形成，实际上是由“荷载—道面板—水—基层”4个对象交互作用的过程，其中荷载是主因；道面板起到传递荷载作用和对水的制约作用；水在受到道面产生板挠度过程的作用时（与挠度大小及挠度产生速度有关），引起激振，产生动水压力和流动，同时又受到道面板和基层的制约作用，于是在脱空腔体内进行来回往返流动，形成对基层顶面的冲刷作用，如下图所示。该类型脱空主要是在道面板使用过程中发生，与机轮作用密切相关。 

　　图1 唧泥形成脱空示意图 

　　（2）基础变形类脱空 

　　基础变形型脱空是指由于基础出现不均匀变形或沉降，导致基础与基层之间或面层与基层之间出现脱空。基础出现变形的可能成因分为以下三类：软弱基础不均匀沉降、自重和荷载作用下的基础压密变形、下穿隧道或管线施工引起土体沉降。该类型脱空出现频率较低，一般与初期施工质量有一定关系。 

　　（3）温度翘曲类脱空 

　　由于道面板暴露在空气中，大气温度不断变化，道面板上下表面存在温度差，道面材料由于热胀冷缩原理，导致道面板出现一定程度的翘曲，使板底出现脱空。当道面存在正温度梯度时（表面温度高于底面温度），道面中部拱起；当道面存在负温度梯度时（表面温度低于底面温度），道面四周翘起。这部分脱空是所有板块都会存在的，但随着温度变化会减弱或消失。示意图如下所示。 

　　图2 温度翘曲型脱空示意图 

　　三、脱空判别方法及影响因素分析 

　　机场跑道性能检测方法分为有损检测方法和无损检测方法。有损检测通常包括钻芯、开挖等方法，对跑道影响较大，在无损检测方法出现后应用逐渐减少，通常作为无损检测的辅助验证手段。 

　　机场跑道无损检测方法很多，目前可用于机场跑道脱空病害检测的有超声波探地雷达法、瑞雷面波法、振动特征分析法、弯沉评定法和红外温度成像法5类方法^[3]。其中大多仍处于试验阶段，测试指标和标准尚不成熟，未得到广泛应用。目前最成熟的检测方法为FWD/HWD检测，国内外针对HWD弯沉检测数据制定了多种脱空判定指标与标准，最常见的有：理论分析法、单一弯沉值法、弯沉比法、最大截距法等。 

　　其中单一弯沉值法和最大截距法均为所有测试对象设定某一固定标准，使用方法较为简单，但未考虑道面板厚度、接缝等影响因素，因而判定可靠性并不高^[4,5]。理论分析法则相反，在判定过程中修正了多种可能影响判定结果的因素，结果反而导致判定过程过于繁琐而实用性不强^[6]。 

　　弯沉比法是指同时测试道面板块的板中、板边和板角三个位置的最大弯沉（承载板中心点弯沉d₀），根据实测弯沉分别计算“板边弯沉／板中弯沉”和“板角弯沉／板中弯沉”，通过比值大小来判定板边和板角是否存在脱空。我国《民用机场道面评价管理技术规范》（MH/T5024-2009）即采用此方法判定道面板底脱空^[7]。 

　　但是，由于道面板底脱空判定受多方面因素的影响，《民用机场道面评价管理技术规范》推荐的弯沉比判定方法虽然能很好的排除面层厚度、面层材料模量、基层顶面反应模量强度等因素对道面弯沉值的影响，但无法排除温度因素对道面弯沉的影响。 

　　温度对道面板脱空判定的影响主要是温度翘曲应力。由于道面板暴露在空气中，大气温度不断变化，不可避免会出现温度翘曲现象。温度翘曲应力的存在使得道面板出现温度翘曲型脱空。 

　　下图为某机场24h连续实测弯沉数据，按照规范方法计算“板边/板中”并与路表温度绘制成曲线。 

　　图3 板边脱空判定结果随温度变化结果 

　　从测试判定结果可知，随着路表温度变化，板边脱空判定值出现了较大波动，表明脱空判定结果受温度影响明显。因此，当采用规范方法对道面板底脱空进行判定时应考虑温度翘曲的影响。 

　　四、脱空处治对策 

　　鉴于脱空会影响跑道性能，因此应对出现脱空的跑道及时处治，根据脱空类型的不同，解决跑道脱空问题现阶段有如下两种对策： 

　　（一）、板底注浆 

　　基础变形类脱空和唧泥类脱空。这两种类型脱空是由于基础缺失或变形导致水泥板与基础之间产生空隙而发生脱空，因此主要处治方式即为对空隙的填充或封堵，目前最为常用且有效的方式是注浆。 

　　注浆是通过压力将浆液压入板底，填充脱空缝隙，待浆液凝结产生强度后，封堵板底脱空并对跑道基础实施补强的一种措施。 

　　1.注浆层位选择 

　　根据脱空发生层位不同，注浆位置可选择板底注浆（脱空位置发生在基层和水泥板之间）和基础注浆（脱空发生在基层以下）。相应地，根据注浆层位确定注浆孔深度。 

　　2.注浆孔布设 

　　为保证浆液能尽可能完全的填充板底，一般采用“梅花形”形式布设注浆孔，即在道面四个板角钻孔注浆，同时在板中部留一个压力释放孔。示意图如下： 

　　图4注浆孔布设示意 

　　3.注浆材料选择 

　　按照注浆材料的不同可分为沥青注浆和水泥注浆两种。沥青注浆是指注浆材料采用改性乳化沥青水泥基复合材料配制的浆液，该材料具有凝结后强度与基层材料接近，浆液密实等优点。当道面板较完整、存在错台时可取得良好的填充和防水效果。 

　　水泥注浆是指采用普通水泥配制的净浆。水泥浆液具有凝结后强度高、流动性大等特点，对断板、脱空等具有良好的填充补强作用。 

　　4.注浆顺序 

　　施工时一般应遵循“先四周后中央”的顺序，即先对施工区域四周实施注浆，在施工区域四周形成注浆帷幕，阻止注浆区域内浆液外流，保证注浆质量。然后再在帷幕区域内依次逐板注浆。 

　　5.注浆参数控制 

　　为保证施工质量，注浆时应对过程实施严格把控。施工过程中应注意控制以下几点： 

　　浆液质量：水泥注浆时为保证可注性应注意水灰比的控制，水灰比一般应通过现场试验段确定。沥青材料应注意配合比控制。 

　　注浆压力及速度：注浆压力过大易导致道面抬升过快、顶坏道面，一般水泥浆液注浆控制在1.0MPa以内；使用沥青注浆时，由于压力过大时乳化沥青提前破乳会无法灌注，因此一般注浆压力控制在0.4MPa~0.8MPa之间。 

　　道面抬升变形：注浆过程中应实时监测道面变形，防止道面因注浆抬升过快或过高，一般而言道面抬升量应控制在0~5mm，当超过5mm时应停止注浆。 

　　（二）、断板更换 

　　注浆是对现有跑道的一种维护方式，当道面板出现严重断裂而不能满足机场安全运行要求时，就需要另外一种更为彻底的维修方式——断板更换。 

　　断板更换可采取沥青摊铺、整板现浇以及预制吊装三种方案，各方案技术经济对比情况如表1所示。 

　　表1 换板方案对比 

　　由表可知，各方案各有优势、也各有缺点。沥青摊铺方式，工艺较为成熟、且造价低，但不能全厚度铣刨（未解决板底脱空的问题），且受限于工作面，摊铺时压实效果差，因此，维修后易出现反射裂缝、松散等病害，耐久性不佳，整体处治效果较差；而整板现浇的主要问题有两个：其一，造价昂贵；其二，采用快凝类水泥修复材料，与周边板块材料性能差别大，结合部位易出现损坏，同时易出现病害；其三，材料强度高，如出现二次损坏或其它类病害，维修处治难度大。而预制吊装方式，采用场外预制、场内安装的方式，使用与原板同类型材料，可避免出现上述两种方式的问题，且造价适中，尽管存在板块调平等技术难点，仍是目前最佳的处治方式。 

　　图5 预制吊装处治断板现场 

　　（三）、其他 

　　注浆及断板更换是针对脱空较为严重时的一种处治方式，经济成本较高且对跑道存在一定程度损伤。因此在机场场道维护过程中一般以日常维护为主，主要可通过及时更换损坏嵌缝料、对跑道存在的裂缝实施灌缝等手段封堵水分进入基层的通道，以延缓或阻止脱空的发生。 

　　而温度翘曲类脱空是由于水泥板处于自然环境中必然会发生的脱空，随温度梯度减小脱空随之减小或消失，一般以跟踪观测为主，不做处理。 

　　五、结论 

　　（1）分析了跑道板底脱空的成因机理，唧泥类脱空是使用过程中的“荷载—道面板—水—基层”4种对象的相互作用所致；基础变形类脱空与初期施工质量有一定关系；所有板块都存在温度翘曲类脱空，随温度变化而变化。 

　　（2）对道面板底脱空的检测手段及方法目前有多种，温度对弯沉比法判定结果影响明显，在进行判定时应考虑温度的影响。 

　　（3）针对不同类型脱空，提出相应处治对策。注浆是目前处治脱空最为常用且有效的方式，在施工过程中需注意严格把控质量。预制吊装可有效解决基础脱空问题。（陈国栋  上海国际机场股份有限公司） 

　　参考文献： 

　　[1]孙立军, 八谷好高, 姚祖康. 水泥混凝土路面板模量反算的一种新方法——惰性弯沉法[J]. 土木工程学报, 2000.02. 

　　[2]谭悦. 机场水泥混凝土道面脱空响应及判定方法[D].同济大学博士学位论文，2011. 

　　[3]孙朝云.现代道路交通测试技术原理与应用[M].北京:人民交通出版社，2000 

　　[4]JTJ073.1.2001，公路水泥混凝土路面养护技术规范[S]. 北京：中华人民共和国交通部，2001. 

　　[5]交通部西部项目. 水泥混凝土路面断板分析及防治技术研究，“水泥混凝土路面断板分析及防治技术研究”分题三子题二[R].上海：同济大学，2005. 

　　[6]AC No:150/5370-11A, Use of Nondestructive Testing in Evaluation of Airport Pavements[S]. Washington, D.C: U.S. Department of Transportation, 2004.12. 

　　[7]MH/T5024-2009，民用机场道面评价管理技术规范[S].北京：中国民用航空局，2009.