扩建后机场道面不均匀沉降处置研究.docx

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扩建后机场道面不均匀沉降处置研究

机场扩建后道面的不均匀沉降

处置研究

上海国际机场股份有限公司

赵恒愉

2010年7月

摘要……………………………………………………………………P3

关键词…………………………………………………………………P3

引言……………………………………………………………………P4

第一部分道面不均匀沉降成因和病害发展趋势…………………P5

第二部分当前主流处置方法及其特点……………………………P10

第三部分运行中机场的解决方案——不停航施工………………P13

第四部分浦东机场案例介绍………………………………………P16

总结……………………………………………………………………P19

参考文献………………………………………………………………P20

摘要

形成道面不均匀沉降的原因比较复杂，涉及地质、设计、施工等各个方面。

作为一名从事机场场道工作的专业技术人员，重要的是能够对道面病害的原因作出正确的初步判断，制定具有针对性的分析、处置和效果检验方案。

关键词

不均匀沉降、结构形式、跟踪观测分析、处置方案、不停航施工

引言

自上世纪九十年代以来，中国机场建设处于一个高速发展时期，新建、迁建约70个机场，并有80多个机场进行了改造或扩建。

截至2009年底，中国内地颁证运输机场达到166个，其中定期航班通航机场165个，定期航班通航城市163个，飞行区等级4E及以上（可起降B747飞机）的大型机场33个。

①

机场建设的高速发展，在给更多机场带来航班业务增加、通航等级提升等诸多益处的同时，也向全国民航工作者提出了一个难题——如何处置机场扩建后发生的道面不均匀沉降问题。

本文作者供职于上海浦东国际机场，从事机场场道管理工作5年，全程参加了浦东机场二期飞行区投运和三期飞行区建设、接管工作。

文中，作者拟结合浦东机场实际，对扩建机场的道面不均匀沉降处置问题进行讨论和研究。

作者水平有限，不足之处，请不吝赐教。

第一部分道面不均匀沉降成因和病害发展趋势

机场场道系统主要包括跑道、滑行道、机坪等部分，具有面积大、道面强度和平整度要求高的特点。

根据2008年2月起生效的《民用机场运行安全管理规定（中国民用航空局第191号令）》，机场道面应满足以下标准：

水泥混凝土道面必须完整、平坦，3米范围内的高低差不得大于10毫米；板块接缝错台不得大于5毫米；道面接缝封灌完好。

形成道面不均匀沉降的原因比较复杂，涉及地质、设计、施工等各个方面，以下对一些常见的道面不均匀沉降成因进行分析，并阐述其可能的发展趋势。

一、原始地质病害引发不均匀沉降

我国东部沿海地区的机场大多建设在滨海的城市郊区，滨海郊区具有征地成本低廉、净空条件优越且发展空间广阔的优势，但同样也存在原始河浜纵横、土质成分复杂、含水量较高的特点。

在沿海地区建设机场，多采用强夯法进行地基处理。

强夯法一般采用100~400kN的重锤,从6~40m的高处自由落下,对地基土施加强大的冲击能,在地基中形成冲击波和动应力,将地基土压密、振实,以加固地基土,达到提高地基强度、降低其压缩性的目的。

但由于工期紧张或其他一些施工工艺上的原因，局部埋有暗浜或腐殖土的地基在施工前未被发现或未完成全部土体置换，造成了机场建成后，暗浜上方道面沉降明显大于周边区域的现象。

此类病害的发展具有持续时间长、影响范围大的特点，如不及时采取应对措施，可能造成道面大面积积水、板底脱空、甚至在运行期间发生断板现象。

此类病害可见于机场的跑道、滑行道和机坪各处，如发生在跑道区域，将造成道面高程在航空器滑跑纵向和横向的明显变化，对航空器运行安全构成极大威胁。

注：

图为基底软弱区域的物理探测资料

二、基底结构形式不同引发不均匀沉降

一般来说，机场飞行区面积广阔、地势平坦，因此，机场建设方必须设置合理的排水系统，以因应降雨天气。

民航机场的排水系统通常由以下三部分组成：

1）跑道两侧盖板沟

民航机场跑道纵坡坡度一般不小于1.5%，以确保雨水沿坡面流入跑道两侧的土面区，土面区同样按照1%~1.5%的坡度向外放坡，直至盖板沟，如下图所示：

盖板明沟结构图

2）穿越滑行道的暗沟和箱涵

为将跑道两侧排水沟内的积水引入机场蓄水池，机场建设方一般会设置暗沟和箱涵穿越滑行道和机坪。

暗沟结构图

3）沿飞行区围场路的明沟

沿飞行区围场路的排水沟一般采用浆砌明沟形式，可有效降低建设成本。

浆砌明沟结构图

由此可见，飞行区排水沟结构形式复杂，易与周边基层发生不均匀沉降。

其中穿越滑行道的暗沟、箱涵直接与道面相接，其沉降速度与周边道面不同，对运行影响尤为明显。

此类不均匀沉降易造成道面板块间的错台，且错台具有随时间增大的趋势，并伴有周边道面大面积损坏，对航空器在其表面通行造成直接威胁。

三、道板接缝进水引发不均匀沉降

民航机场道面面积广阔、板边接缝失效是最为常见的道面病害之一。

如不能及时更换失效的灌缝材料，将会发生雨水渗入道面基层的现象，失效嵌缝料长期得不到更换，将造成基层材料流失，形成道板下方脱空和板间错台，并可能形成断板。

第二部分当前主流处置方法及其特点

近年来，国内外专家针对机场场道不均匀沉降现象作了大量的研究，并提出了一系列应对行之有效的处置方法。

一、不均匀沉降跟踪观测、分析方法

1）沉降测试

对目标区域进行连续的沉降观测是取得道面沉降第一手数据的有效方法。

通过对同一区域、连续几年沉降观测数据的对比分析，可以得出该区域沉降值最大点的位置，为后续处置工作提供帮助。

考虑到机场道板一般比较规则（多为边长5米的正方形板块），作者建议可在每个板角设置沉降观测钉，并将所有观测点列入项目坐标系，通过计算机处理可形成较为直观的3D视图。

采取压密注浆或其他方法进行处置后，继续实施沉降测试，有利于掌握道面沉降的后续发展情况，也可对处置效果进行评价。

2）物理探测

对于已存在明显不均匀沉降的区域，可以通过综合物理探测的方法对道板下方的地基进行研究，分析引发不均匀沉降的原因，以起到对症下药的效果。

一般情况下，此类物理探测包括：

探地雷达、高密度电法、地震映像及瞬态多道面波法等手段。

可以发现被探区域下方的地质脱空层和各种地质病害，为采取后续处置措施提供建议。

二、主流处置方法及其特点

1）压密注浆处置大面积基底脱空

经沉降测试和物理探测确定道面下方存在大面积基底脱空现象时，可根据物探结论对基底脱空层实施压密注浆。

可控性压密注浆（ControlCompactiongGroutiong,CCG）工法是地基加固处理中的一种注浆工艺。

该工法是通过特殊的注浆泵压送一种流动性较差的砂浆，砂浆在泵压下，通过输浆管路与注浆管被压入到设计深度的地层中形成球泡状，随着注浆管的上升或下降，形成葫芦状或圆柱状的固结砂浆桩体。

砂浆桩体原位所置换出的土体向四周挤压移动，从而达到在一定位置、一定深度范围内加固地基土体的目的。

注浆体龄期达到28天后，可随机抽检CCG注浆体岩心强度，以检验地基加固效果。

压密注浆处置大面积基底脱空，具有施工效率高、质量易于控制、浆液不污染周围土体、能处理深层软弱土层、经济性较好等优点。

②

2）最低点排水法消除道面积水

对于地基脱空面积不大、沉降已趋于稳定或施工区域不具备压密注浆施工条件的情况，可结合沉降观测资料在最低点设置集水井，并埋设排水管与附近排水系统联通，以达到消除雨后积水的目的。

最低点排水法具有效果直观、施工便捷的特点，比较适合应用在附近原有排水设施的区域。

3）柔性材料接坡消除板间错台

对于因结构形式不同而引起的不均匀沉降和错台现象，可考虑在沉降较多一侧板块铺设柔性材料，与沉降较少一侧接坡的方式，消除板间错台。

柔性材料接坡法具有施工成本低、施工周期短的特点，比较适合繁忙机场的板块间错台处置。

三、日常维护方案

1）嵌缝料维护

水泥混凝土道板间的接缝进水可能加剧板块基底的水土流失，加速板块间的不均匀沉降。

因此，在日常维护工作中，做好嵌缝料维护工作非常重要。

目前国内嵌缝材料主要有聚氨酯（双组份）和硅酮（单组份）两大类，对于航班繁忙的大型机场，作者推荐采用硅酮嵌缝材料。

硅酮（单组份）嵌缝料具有以下优势：

★单组份材料不需进行现场拌合，有利于灌缝质量控制；

★硅酮材料对温度适应性较好，一年四季均可进行嵌缝料维护施工，符合繁忙机场需要；

★硅酮材料普遍耐久性较好，可延长机场方的维护周期，避免因维护影响航班运营。

2）合理调节排水沟水位

飞行区排水沟系统不仅起到排除飞行区降水的作用，也对飞行区地下水位有影响。

建议除汛期来临前实施预排空措施外，平时通过水泵将排水沟水位控制在一个相对平稳的高度。

第三部分运行中机场的解决方案——不停航施工

为保证航班的正常运行，民航机场一般不会因维护施工而关闭，因此许多施工必须利用航班间歇开展，这称为“不停航施工”。

根据《民用机场运行安全管理规定（中国民用航空局第191号令）》，机场管理机构应当制定机场不停航施工管理规定，对不停航施工进行监督管理，最大限度地减少不停航施工对机场正常运行的影响，避免危及机场运行安全。

未经民航总局或民航地区管理局批准，不得在机场内进行不停航施工。

一、不停航施工报批程序

1）机场管理机构对需要上报的不停航施工资料进行审查；

需上报的不停航施工资料包括：

★工程项目建设的有关批准文件

★机场管理机构与工程建设单位或施工单位签订的安全保证责任书

★施工组织管理方案及附图

★各类应急预案

★调整机场飞行程序、起飞着陆最低标准、航空器起降架次、航班运行时刻的有关批准文件

2）机场向所在民航地区管理局申请实施不停航施工，并提交审查后的不停航施工资料。

民航地区管理局在15个工作日内作出同意与否的决定，并书面通知机场管理机构；

3）不停航施工获批后，机场管理机构应当向驻场空中交通管理部门提交相关基础资料，并由空中交通管理部门发布航行通告。

航行通告必须在实施不停航施工前7天发布，通告生效后，方可开始施工。

二、不停航施工管理要点

由于施工是在开放机场的局部区域实施，为了保证整个机场的运行安全，不停航施工必须受到机场管理当局的全程监控，并遵守相关安全条例：

1）进入飞行区从事施工作业的人员，应当经过培训并申办通行证（包括车辆通行证）。

人员和车辆进出飞行区出入口时，应当接受检查。

2）施工人员和车辆应当严格按照施工组织管理方案中规定的时间和路线进出施工区域，施工人员应配备通讯设备，随时做好应急撤离的准备。

3）进入飞行区的施工车辆顶部应当设置黄色旋转灯标，并必须处于开启状态。

三、不停航施工的现场保护

考虑到一些不停航施工是利用航班间歇开展，未避免施工对邻近区域的航空器活动造成威胁，施工方必须采取现场保护措施：

1）在临时关闭的跑道、滑行道或其一部分施工时，必须设置不适用地区标志，夜间需配备灯光警示标志。

标志物必须是能够承受航空器尾流吹蚀的易折物。

2）在航班间歇进行施工的区域，必须在恢复通航前完成施工区域的全部清洁工作，并回收、核对所有用于施工的工具、设备。

第四部分浦东机场案例介绍

上海浦东国际机场自1999年建成启用，并在2005年和2008年分别扩建了第二跑道和第三跑道，浦东机场每年对跑道和机坪进行沉降观测，并将历年观测数据进行对比，总体情况良好，但也有局部区域出现了前文所述的不均匀沉降现象。

一、T1站坪25#机位道面不均匀沉降处置

1、现场简介

T1站坪共有29个靠桥机位，其中25#机位位于站坪东南角，D类机位，可停靠波音737-800型以下的各类飞机。

25#机位属于浦东机场一期飞行区，自1999年使用至今，是使用频率较高的机位。

自2007年起，25#机位的机坪道面出现了沉降积水现象，雨后积水面积超过1500平方米，积水最深处达到3cm，冬天易引起结冰。

2、机场方处置措施

1）作者所在的机场方于2007年6月邀请上海岩土工程检测中心对25#机位积水区域实施了综合物理探测，并于2007年、2008年连续两年对该区域进行沉降观测。

沉降观测和综合物理探测得出的结论如下：

综合物理探测显示积水区域下方无大面积地质脱空，局部地基较软弱引起道面不均匀沉降，沉降观测数据对比得出经过7年运行，该区域沉降已趋于稳定。

2）根据综合物理探测和沉降观测结果，机场方决定在积水最深处设置集水井，并埋设暗管向西通往附近的排水系统。

3、后续情况

施工结束后，机场方对该区域的雨后积水情况进行了跟踪观察，并在2009、2010年连续对该区域进行沉降观测。

目前，25#桥集水井排水顺畅，雨后积水面积不超过100平方米，并能在雨停后3～5小时内排空，沉降观测也显示该区域沉降平稳，不均匀沉降现象无扩大趋势。

二、W1－A6道口不均匀沉降处置

1、现场简介

W1滑行道是连接浦东机场一、二期飞行区的重要通道，东西走向，建成于2005年。

W1滑行道下方埋设有一条南北走向的排水箱涵，2008年起，该箱涵顶部道面与其两侧的道面出现了错台现象，并逐渐扩大。

至2009年初，箱涵北侧错台达6cm，南侧错台达3cm，并伴有嵌缝料失效和道面破损现象，航空器从箱涵上方行驶时，有明显的凸出感。

2、机场方处置措施

1）根据现场情况，作者对箱涵进行了检查，未发现箱涵顶面、侧面存在漏水现象。

此外，机场方还邀请同济大学和相关专家到现场调研，基本判断该处不均匀沉降为结构形式不同引起的道面不均匀沉降，且错台今后仍有继续发展的可能。

2）针对现场情况和机场运行实际需求，作者制定了处置方案：

沿错台处较低道面切凿出10cm深、50cm宽的坑槽，铺设AC16沥青与错台较高处道面接坡，其余错台不严重的板边进行打磨处理，并全部更换道面嵌缝料，预计施工时间48小时。

3、后续情况

施工结束后，沥青接坡带与周边混凝土结合良好，周边道面破损现象已消除，航空器通过此滑行道时无明显异常。

如今后该区域不均匀沉降引起的错台现象继续发展，机场方可将原有沥青接坡带凿除后重新铺设，施工时间较短且成本低廉，非常适合机场尽快恢复滑行道通行的实际需求。

总结

机场建设和发展日新月异，各种道面病害也会随之产生。

作为一名从事机场场道工作的专业技术人员，重要的是能够对道面病害的原因作出正确的初步判断，并能为决策者提供有价值的建议。

机场场道维护工作是一项复杂的系统工程，从事这一专业，必须紧跟场道技术发展的步伐，多向各方面专家学者虚心求教，以求为旅客的生命财产安全保驾护航。

在本文的写作过程中，作者曾引用和参考以下著作：

①《中国未来十年机场建设与发展的新趋势》………………刁永海；

②《土建注浆施工与效果监测》………………………程晓、张凤祥；

《民用机场飞行区技术标准》………………………中国民用航空局；

《民用机场飞行区场地维护手册》……………………中国民用航空局；