機場道面結構設計選型分析

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摘要：機場建設過程中，道面設計的質量好壞直接關系到飛行安全，目前從國際上看，瀝青混凝土道面應用廣泛，但我國水泥混凝土道面卻占絕對主導地位。本文試從兩種道面的技術和經濟方面對比，解釋為何當前我國新建機場道面絕大部分采用水泥混凝土道面。

關鍵詞：機場；瀝青混凝土；水泥混凝土；道面

1一般性能比較

兩者的主要優缺點如下：（1）剛度、強度、整體性水泥混凝土具有較高的剛度，其彈性模量達30,000～40,000MPa，約為瀝青混凝土彈性模量的10～30倍。道面水泥混凝土的抗彎拉強度達4.5～5.5MPa，也是瀝青混凝土的數倍。因此，水泥混凝土道面具有較高的承載力和荷載擴散能力，整體性好，對基層和土基的強度要求較低，其結構層總厚度一般小于瀝青混凝土道面（除冰凍地區外）。（2）穩定性、耐久性水泥混凝土的水穩定性、溫度穩定性及抵抗荷載重復作用的耐疲勞特性明顯高于瀝青混凝土，而瀝青混凝土由于會出現老化其強度不斷降低。因此，水泥混凝土道面的使用壽命較長，一般可達20～30年，且對氣候條件和水的侵害不太敏感，而瀝青混凝土道面由于瀝青在自然條件作用下易老化，道面使用壽命通常難以超過15年。FAA的資料也顯示：飛行區功能分區（跑道、滑行道、機坪）的道面建成使用20年以后在SCI（道面結構狀況指數）、PCI（道面表面狀況指數）等反應道面結構性能的指標上，水泥混凝土道面明顯優于瀝青混凝土道面，具體詳見圖1、圖2。這也印證了水泥混凝土道面相對瀝青混凝土道面具有更好的穩定性與耐久性。（3）抗侵蝕能力水泥混凝土道面對航油的侵蝕不敏感，有較強的抗侵蝕能力，而瀝青混凝土道面的抵抗航油侵蝕能力較差。這也是不管國內國外，新建和改建機坪道面一般采用水泥混凝土道面結構的原因。（4）養護及維修由于水泥混凝土道面強度高，穩定性及耐久性好，在正常情況下，水泥混凝土道面的養護工作量和養護費用比瀝青混凝土道面小得多。但水泥混凝土道面一旦出現損壞，則比瀝青混凝土道面難于修補，而且修補時可能會影響道面的正常使用。（5）接縫及平整度接縫是水泥混凝土道面的薄弱之處，如果設計、施工和養護不當，則道面易出現唧泥、錯臺及斷板等病害。接縫的存在，難免引起飛機滑跑時跳動，影響飛機起降和行駛的平穩及旅客的舒適，尤其是在道面使用后期，由于接縫變形，平整度降低，情況更為嚴重。瀝青混凝土道面無接縫，平整度較好，對飛機輪胎的磨損較少，旅客感覺更舒適。瀝青混凝土道面的服務性能優于水泥混凝土道面。（6）對土基不均勻沉降的適應能力如土基發生不均勻沉降，道面的高程或坡度不滿足規范要求，則水泥混凝土道面較難處理，而瀝青混凝土道面可通過加蓋適當厚度的瀝青混凝土得到改善。因此，瀝青混凝土道面對土基不均勻沉降的適應能力較強。（7）施工進度及開放運行水泥混凝土道面施工進度較慢，而且需要較長的養護期以獲得足夠的強度，其澆筑完工后需要很長時間才能開放運行。而瀝青混凝土道面可實行大面積機械化攤鋪作業，不需要養護期，完工后即可使用。（8）對超載的敏感性水泥混凝土道面屬脆性材料，一旦使用荷載超出設計荷載較多，混凝土板便可能斷裂破壞。因此，水泥混凝土道面對偶爾使用較大機型或使用機型發生變化的適應性較差。國際標準和建議措施《機場—附件十四》（第八版）規定：對瀝青混凝土道面飛機等級序號ACN超過道面等級序號PCN不得大于10%，而對水泥混凝土道面的規定則不得大于5%。（9）對材料的要求根據機場道面用瀝青技術要求，上面層瀝青一般需要進口，為適應機場的使用荷載要求以及當地的氣候條件，一般對面層所用瀝青還需改性。而國內大量生產可用于水泥混凝土道面的硅酸鹽水泥，并且價格較低。瀝青混凝土道面對集料的要求也比水泥混凝土道面高。

2經濟性比較

以4E跑道（起飛跑道，3800×45m）為例，對其分別采用水泥混凝土、瀝青混凝土兩種道面結構型式進行經濟性比較。根據現有資料，經初步結構計算（詳見道面厚度計算書），對于跑道端部采用水泥混凝土道面時，其結構層設計可為：44cm厚水泥混凝土板、兩層20cm厚水泥碎石基層、一層20cm厚砂礫石墊層，其綜合造價約566元/m2；采用瀝青混凝土道面時，其結構層設計可為：5cm厚SMA-13（SBS改性瀝青）上面層、7cm厚AC-20（SBS改性瀝青加抗車轍劑）中面層、7cm厚AC-20（瀝青不改性）下面層、10cm厚ATB-25（瀝青不改性）、防裂土工布、1～2cm厚AC-5找平層、40cm厚水泥碎石基層、30cm厚碎石墊層，其綜合造價約709元/m2。由此可見，水泥混凝土道面初期建設費用較低。下表說明，采用瀝青混凝土道面的初期建設費用以及全生命周期費用均較高，采用水泥混凝土道面更為經濟。

3結論

通過上述水泥混凝土與瀝青混凝土兩種道面結構的技術和經濟比較可以得出：因為設計人員認為飛機的荷載比較大，單軸對路面的壓力過大，瀝青路面由于模量遠比水泥路面小，大家認為在如此大的應力下，瀝青路面的整體性、穩定性及耐久性不如水泥道面，而且水泥混凝土道面在造價上也比瀝青混凝土道面低。

參考文獻

[1]蘇新.《民用機場瀝青道面設計規范》（MH/T5010—2017），中國民航出版社.

[2]白旭耀，郝培文.《民用機場瀝青道面施工技術規范》（MH/T5011—2019），中國民航出版社.

[3]姜昌山.《民用機場水泥混凝土道面設計規范》（MH/T5004—2010），中國民航出版社.

作者:陳述志 單位:中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司