东营胜利机场道面不停航注浆施工试验研究

李 昂

（山东航空港建设工程有限公司，山东 济南 250101）

1 工程概述

东营机场主跑道长2200m、宽45m，滑行道长2200m、宽18m，停机坪2.54万m2，此次注浆加固道面板总面积18.4万m2。道面板结构为水泥混凝土道面，混凝土板厚27cm，道面板基础为两层结构，上层结构为厚25cm连续级配砂卵石，下层结构为10cm厚的石灰土垫层。面层混凝土道面板与连续级配砂卵石垫层之间铺设一层2cm厚中砂找平层。

2 工程特点

（1）施工安全要求高。施工区位于机场围界内，属于机场封闭区域内不停航施工，施工中必须做到“空防安全、管线安全、施工安全、运行安全”。（2）只能在夜间停航后至第二天复航前施工，有效施工时间短，夜间施工条件复杂。（3）施工区域内管网密集，地下管线分布复杂，权属、管理单位分散，涉及机场不同部门，一旦损坏，将影响到机场的正常运行。（4）适航要求高。当日复航前1h需做好适航恢复，靠近跑道处有大量的封孔、道面清扫、降尘等工作。

3 钻孔、压密注浆试验目的

用低压注浆泵将具有填充、胶结、固化性能的浆液，通过道面板注浆孔注入粒类砂卵石中的孔隙、裂隙或空洞中，经一定时间后，浆液凝结硬化，增加其强度和稳定性，从而加强道面板的整体性，降低不均匀沉降发生概率，防止沥青盖被后道面因基础沉陷发生质量问题。

通过钻孔试验确定钻孔机具、孔深、孔径、注浆枪膨胀卡具，通过压密注浆试验确定浆液配合比、注浆压力、单孔注浆量、注浆流量、封孔材料等。

4 试验手段

考虑到跑道基础垫层的差异离散情况，试验段面积过小不足以反映道面板基础的脱空差异度，为取得翔实、全面的注浆参数，试验段面积按1000m2左右考虑，以便分析存在的问题，及时调整试验参数。

试验段选择距主跑道北端176～188m处（即水泥混凝土道面板排号45#～50#）进行钻孔、注浆试验，共计36块道面板。

4.1 布设孔点位

注浆试验的一个重要参数是每块道面板的钻孔位置，对注浆后基础强度的提高起决定性作用的是注浆时注浆量的多少。浆液在基础中的扩散半径与单块板布孔数量密切相关，与板底脱空程度以及道面板基础粒类材料之间的孔隙大小成正比。取单块板的布孔数量均为5孔，试验钻孔分布图如图1所示。

图1 试验钻孔分布图

4.2 钻孔

（1）钻具：此次钻孔试验采用3种钻孔机具进行了对比试验，先用雅马哈汽油机驱动台钻钻孔，钻孔效率16个/台班；后采用220v金刚石水钻钻孔，钻孔效率25个/台班；第三次采用380v金刚石水钻钻孔，钻孔效率40个/台班。（2）孔径：采用38mm、42mm、50mm三种不同孔径钻具进行了钻孔试验，3种钻具均可成孔，50mm钻具效率最高。（3）钻孔深度：钻孔从道面板顶面钻至砂卵石基层底部，约0.52m。

4.3 注浆

（1）工序：孔点位布设→钻孔→注浆系统调试→安装压力传感器和流量传感器→注浆→注浆孔封孔→清扫。（2）采用自制机械膨胀注浆卡头，通过螺旋下压孔内扩张张紧，防止卡头上移。（3）注浆压力和流量控制：由注浆自动记录仪实时采集注浆压力和流量。

4.4 注浆封孔工艺

此次试验了3种材料对注浆完成后的孔口进行封堵试验：（1）先用水灰比为0.5的普通水泥浆封堵，终凝时间8～10h，终凝后孔口有凝缩下陷现象，鉴于夜间停航窗口期时间较短，普通水泥浆液封堵孔口时间上不能满足要求，同时终凝后孔口与道面板不齐平，须二次修补，确定普通水泥浆液封堵孔口不适用。（2）后采用堵漏专用灌浆材料封堵，终凝时间1h左右，但专用灌浆材料成本较高。（3）最后采用快硬水泥加水搅拌成水灰比为0.5的快硬水泥浆液进行封孔，终凝时间2h左右，材料成本比普通水泥要高，但对比专用灌浆料有较大的成本优势。

5 试验结果分析

5.1 钻孔机具

汽油机台钻自带汽油发动机动力，无需布设电源线路，大范围转移移动方便，但转速低，钻孔效率低下，大面积钻孔不适用，三相电源金刚石水钻小巧玲珑，动力强劲，同时一个人可以独立操作，钻孔效率高，是道面板钻孔的理想机具。

5.2 注浆材料

考虑到道面板垫层基础为砂卵石，孔隙率不大，水灰比大，固然可灌性好，但浆液稀薄，注浆后提高强度有限；调整水灰比过小，可灌性又会变差。因此第一次注浆试验时调整水泥浆液的水灰比为0.5，试灌时发现水灰比为0.5时浆液可灌性仍较差，有堵管现象。第二次试灌时调整水泥浆液水灰比为0.6，掺加水泥重量25%的粉煤灰，同时为缩短浆液的初凝时间，又加入水泥重量3%的水玻璃，取得了良好的效果。

5.3 注浆压力值

注浆过程中保持一定的注浆压力有利于浆液扩散及充填，但注浆压力过大，道面板抬升过高，会出现错台，为保证道面板有一定的抬升量（不大于3mm且不小于0mm），应对注浆压力进行控制。试验中观测到压力值为0.4MPa左右时，道面板抬升量为0.3～1mm。根据技术要求，道面板允许抬高量不大于3mm，压力保持在0.4MPa左右时是合适的。

5.4 终止注浆标准

终止注浆标准应结合注浆压力、道面板抬升量及周边板缝溢浆情况进行控制，具体参照以下三个原则来控制：（1）注浆压力超过1MPa，保持注浆10min后可以停止注浆；（2）道面板接缝处有大量的水泥浆液溢出时，应停止注浆；（3）通过水准仪测量观测到道面板抬升超过3mm 时，应停止注浆。

5.5 注浆次序

为避免注浆时浆液从道面板边缘流失，施工时应先对跑道最外侧边板进行注浆，封好两侧边板后，再注中间板块。单块道面板应先注四角，后注道面板中心孔，确保跑道中部注浆时浆液不漏失、不外渗。

6 注浆加固后检测方法及成果分析

注浆加固后采用落锤式弯沉仪（FWD）对道面板注浆前后的弯沉值进行了测试，同时结合现场观测综合评估注浆加固后的效果。

6.1 落锤式弯沉仪的工作原理

落锤式弯沉仪通过计算机系统控制下的液压系统启动落锤装置，使一定质量的落锤从一定高度自由落下，冲击力作用于承载板上并传递到路面，从而对路面施加脉冲荷载，导致路面表面产生瞬时变形，分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形，记录系统将信号传输至计算机，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。测试数据可用于反算路面结构层模量，从而比较科学地评价路面的承载能力，它具有无破损、测速快、精度高等优点。

6.2 弯沉测试结论

注浆前后对45#～50#道面板区域跑道中线两侧各三块板进行了弯沉测试，测试结果表明注浆后道面板实测弯沉数值比注浆前大大减少，从弯沉试验原理可知，弯沉值越小基础强度越高，板底基础强度在注浆加固后的提升效果明显。

6.3 辅助现场观测

为综合评估注浆加固后的加固效果，对注浆压力、注浆扩散半径、水泥浆液水灰比、道面板抬升值以及道面板接缝、钻孔周边孔溢浆情况进行了现场观测。现场观测到浆液普遍扩散到注浆孔2m左右的范围，少量孔浆液最远扩散到5m，大部分浆液在注浆孔周边孔处及道面板相邻的缝隙处溢出。

利用水准仪现场观测注浆过程中道面板抬升值，是保证注浆加固效果的一个重要手段，观测抬升值的目的在于：（1）通过注浆前后道面板抬升值的变化直观判断注浆加固效果，同时控制道面板的抬升幅度，均匀抬升，避免抬升值过大或过小；（2）通过观测抬升值，合理确定注浆压力，在保证加固效果的同时避免抬升过大破坏道面板边角企口。在注浆试验过程中观测到注浆压力在0.4MPa左右时，道面板抬升量为0.3～1mm。

为保证浆液充分扩散充填的同时避免浆液外溢浪费而污染道面，设定道面板最大抬升控制值为3mm。抬升超过控制值时，应停止注浆。

7 结束语

试验表明，单块道面板注浆量差异很大，有很强的离散型，说明道面板下基础脱空程度不一，砂卵石垫层粒料间的空隙亦存在差异，根据这一特点，通过注浆试验确定施工参数如下。

（1）道面板钻孔机具：鉴于380v金刚石水钻使用50mm钻具钻孔效率最高，推荐使用此钻具进行大面积钻孔，雅马哈汽油机台钻由于不用外接电源，移动较为方便，在试验检测取芯时推荐采用此钻具钻取150mm岩芯。（2）钻孔数：单块道面板钻孔数均为5孔，道面板四个角各1个孔，道面板中间钻1个孔。（3）道面板钻孔深度：钻孔从道面板顶面钻至砂卵石基层底部，长度大约0.52m，为便于施工中控制，实际施工时钻孔深度均按0.5m控制。（4）压密注浆材料：采用水灰比为0.6的普通硅酸盐42.5水泥、粉煤灰（水泥重量的25%）和水玻璃组成（水泥重量的3%）的水泥浆液进行压密注浆。（5）注浆压力：施工时注浆压力一般保持在0.4 MPa左右，最大不大于1MPa。（6）道面板抬升控制值：不大于3mm。（7）停止注浆条件：①注浆压力超过1MPa，保持注浆10min后可以停止注浆；②道面板接缝处有大量的水泥浆液溢出时，应停止注浆；③通过水准仪测量观测到道面板抬升超过3mm时，应停止注浆。（8）封孔材料：推荐采用快硬水泥加水搅拌成水灰比为0.5的快硬水泥浆液进行封孔。