沥青道面在我国民用机场应用的研究

罗俊

引言

据统计，截止2017年，我国现有的229个民用机场中有超过九成的机场跑道道面类型为水泥混凝土道面。国际民航组织统计的1038条跑道中，有650机场跑道道面类型为沥青混凝土道面。根据欧洲沥青路面协会统计，欧美地区362个机场中，沥青混凝土跑道占比为62.4%[1]。

沥青混凝土道面具有表面平整、行驶舒适、抗滑及减震等使用功能；另一方面，沥青混凝土道面具有施工速度快，维修方便等优点，在国际上被很多大型机场采用。我国新建的民用机场中大部分道面结构类型为水泥混凝土道面，早期修建的机场道面开始呈现出结构性或功能性损坏，沥青面层加铺为解决此问题的有效方案。

1 沥青道面在我国的应用现状

我国现有民用机场道面类型主要以水泥混凝土道面为主，沥青混凝土道面所占比例比较小。我国新建民用机场中，采用沥青混凝土道面的机场有西宁曹家堡机场、甘肃敦煌机场、新疆且末机场、昆明长水机场等少数机场。曹家堡机场道面面层采用4cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+8cm沥青碎石的三层沥青混凝土结构，其基层厚度为74cm。敦煌机场采用厚10cm沥青混凝土面层，基层厚度80cm。昆明长水机场面层总厚度为18cm，面层结构从上到下依次为为5cm厚SMA-13沥青混凝土+6.5cm厚AC-13+6.5cm厚AC-13，基层50cm厚[2]。新疆且末机场跑道道面面层厚8cm，下设15cm厚水泥稳定砂砾土基层及70cm厚天然级配砂砾石基层[2]。如图1～4所示。

图1 曹家堡机场跑道道面结构

图2 敦煌机场跑道道面结构

图3 长水机场跑道道面结构

图4 新疆且末机场跑道道面结构

近年来，我国民航业飞速发展，机场航班流量大幅提高，同时大型飞机占比也逐渐增大，国内早期修建的水泥混凝土道面出现结构性或功能性损坏，不能满足民航发展的需求。沥青道面加铺由于其施工、养护时间短的优势，成为解决此问题的有效方案。我国在沥青道面加铺方面也做了大量的工作，积累了许多经验。

上海虹桥机场1963年建成，其跑道类型最初为水泥混凝土跑道。1991年对跑道加铺了20cm厚沥青混凝土，后又在1995年和2008年分别进行了沥青混凝土盖被。北京首都机场1958年投入使用，跑道道面类型为水泥混凝土道面；70年代中期，对跑道进行了水泥混凝土盖被；1996年又对跑道进行沥青混凝土盖被，而后又经过数次修补[2]。

过去的十多年是我国民航机场建设高速发展的时期，根据水泥混凝土道面的设计使用年限预估，今后的十多年道面结构加铺将迎来高峰，而沥青道面加铺由于其施工养护期短的优势，将成为加铺层结构的首选材料。

2 机场沥青道面应用中遇到的问题

根据对上海虹桥机场沥青道面的跟踪调查显示，虹桥机场沥青道面损坏主要表现类型为裂缝和轮辙；根据对厦门高崎机场沥青道面使用情况调查显示，沥青加铺层主要损坏表现为裂缝和轮辙，道面推挤损坏比例也比较突出。根据对首都机场沥青加铺层的使用情况调查显示，其主要病害类型为轮辙和裂缝[3]。

根据对华北某机场沥青加铺层试验段平行滑行道水损害原因分析发现，飞机在重载、低速、长时间停滞的条件下易导致沥青加铺层出现永久性结构破坏；西北某机场端联络道处出现单侧轮辙现象，分析原因发现，在重载、低速、内侧扭力状态下，易导致单侧轮辙病害。西部某机场跑道端出现局部推移变形、坑槽等破坏，究其原因，沥青混凝土道面在低速、扭剪作用下易产生推移及层间剪切弯拉破坏；在飞机荷载及外界自然条件的作用下，会导致病害扩展并引起坑槽、松散等其他病害[4]。

3 机场沥青混凝土道面应用的要点分析

目前，常用的道面设计方法主要有经验法和力学-经验法两类。经验法以CBR法使用最广，该法以土基的抗剪强度作为设计指标，通过控制土基的抗剪强度控制土基变形及轮辙；根据足尺试验结果及对现有道面使用情况的调查，建立起“CBR值-飞机轮载作用次数-道面结构层厚度”三者的关系。通过不同机型起落架构型关系曲线，按当量飞机轴载作用次数和土基CBR值确定道面总厚度及结构层厚度。目前我国实行的机场沥青道面设计规范中以CBR值作为设计指标[3]，该指标仅能表征土基的抗剪强度，并不能反应沥青混凝土道面结构的其他开裂损坏以及道面各层发生的永久变形，也不能较好的表征土基的永久变形。

新型飞机起飞重量越来越大，机轮越来越多，起落架构型越来越复杂，在复杂起落架构型的多轮荷载长期作用下，我国目前采用的经验法已无法适应重载飞机作用下的沥青混凝土道面结构设计。笔者从当前我国机场沥青道面设计角度，对我国机场沥青道面设计提出几点建议：

（1）我国机场沥青道面设计规范采用CBR法，该法以CBR值作为设计指标，该指标不能表征道面结构的的各种损坏，对控制轮辙方面也存在较多问题。应构建更完善的沥青混凝土道面设计理论。

（2）不同型号、不同起落架构型的飞机对道面的受力影响也不尽相同，设计中应分别考虑不同飞机对道面的影响，主要考虑不同机型对道面的破坏及“Miner”法则下的疲劳损坏。

（3）目前规范中考虑单轮荷载对道面的影响，而大多数飞机的主起落架是由多轮组成，与单轮对道面的影响有一定差别，应考虑多轮荷载对道面结构设计的影响。

（4）应该根本不同区域道面可能产生的病害，选择合适的道面铺装结构，进行不同区域道面的差异化铺装。

4 结语

我国现行的沥青道面设计规范已不能满足新型大型飞机的需求，沥青道面设计理论亟待完善。笔者建议可从以下几个方面对我国沥青道面设计方法进行改进：①构建基于力学-经验法的沥青混凝土道面设计方法。②完善设计指标及相关设计参数。③借鉴我国在公路沥青路面应用中取得的成功经验，根据机场沥青道面的情况进行改进。