淺談機場跑道道面性能變化規律

張 濤

（太原國際機場有限責任公司,山西 太原 030051）

0 引言

機場運行期間應特別關注跑道道面性能，定期開展道面檢測及評估工作，分析道面性能變化情況，及時做出養護維修決策，以延長跑道使用壽命、保障飛機運行安全。該文依托華北地區某機場，基于10年4次的檢測結果，分析跑道道面損壞狀況、平整度和結構性能變化規律，結果可為機場跑道道面養護維修決策提供參考。

1 道面結構概況

由于不同道面結構對飛機荷載及環境影響的承受作用是不相同的；同時，不同時期修建的道面使用性能必然會存在差異。因此，在分析道面性能變化規律時，應以道面結構與修建時間為依據劃分為不同區段分別進行分析。

2 道面損壞狀況變化規律分析

跑道道面損壞狀況采用道面狀況指數PCI進行評價，PCI值越小，道面損壞越嚴重，道面狀況越差，反之，道面狀況越好[1]。根據美國ASTM D5340標準，道面損壞狀況分為7個等級（極好：PCI≥85；很好：70≤PCI＜85；好：55≤PCI＜70；中：40≤PCI＜55；差：25≤PCI＜40；很差：10≤PCI＜25；失效：PCI＜10），國內道面損壞調查發現，PCI＜40的情況基本沒有，主要原因是道面PCI值接近40之前，絕大多數機場都已經采取了工程措施進行整修。因此，規范將損壞等級評定標準中PCI＜40時的三個損壞等級合并成為一個等級，其他評定等級標準沿用。

跑道各區段道面PCI值隨檢測時間的變化情況如圖1所示。由圖1可知，跑道各區段道面PCI值在2011—2016年期間出現明顯下降；其中500～2 700 m（道面板減薄區段）及2 700～3 200 m（主降端接地帶區域）區段道面PCI值下降最快，下降幅度大于20%，而0～500 m區段PCI值雖下降最慢，但其下降幅度也達到7.36%；雖然2011年檢測完成后對跑道部分區域進行了基礎注漿處治，但道面狀況并未得到顯著改善。結合跑道修建時間，基本可判定此時跑道道面狀況已進入加速衰減期。

圖1 跑道各區段道面PCI值隨時間變化圖

2011—2016年期間，500～2 700 m區段道面PCI值衰減速度快的原因在于該區段為道面板減薄區段，相比于其他區段，該區段道面結構的承載能力相對較低，所以在飛機荷載作用下病害的發展速度相對較快；同時，該區段與多個快速出口滑行道相交，受到飛機荷載的頻繁剪切作用，進一步加速病害發展，現場調查也表明快速出口滑行道與跑道相交道口的道面頻發病害。2011—2016年期間，2 700～3 200 m區段道面PCI值衰減速度快的原因在于該區段為跑道主降端接地帶區域，受到飛機荷載頻繁沖擊作用，結合現場調查發現該區段道面損壞頻發，所以加速了PCI值衰減。

2016年檢測后對各區段道面損壞嚴重區域進行了道面損壞修復，故各區段道面PCI值在2016—2019年期間略有升高。由于管理部門在2019年檢測后對道面損壞的修復及2020年對部分區域的基礎注漿處治使得跑道各區段道面PCI值在2019—2021年期間大幅提升，最大提升幅度可達18.53%?？梢园l現，道面損壞雖已進入加速期，但定期的損壞修復能夠改善道面狀況的加速衰減情況。

綜上所述，跑道經約15年的使用，道面狀況已進入加速衰減期，應及時采取修復措施；另外，跑道中部道面板減薄區域與主降端接地帶區域的道面狀況衰減速度更快，應著重關注。

3 道面平整度變化規律分析

跑道道面平整度采用國際平整度指數IRI進行評價，當IRI值越大時，道面平整度越差，反之，道面平整度越好。國際平整度指數（IRI）可通過激光平整度儀自動測試并計算，平整度等級分為4個等級（優：IRI＜2.5；良：2.5≤IRI＜3.5；中：3.5≤IRI＜4.3；次：≥4.3）。跑道各區段IRI值隨檢測時間變化情況如圖2所示。

圖2 跑道各區段道面IRI值隨時間變化圖

由圖2可以發現，跑道各區段道面平整度在2011—2016年期間出現大幅衰減，其中3 200～3 600 m區段衰減最嚴重，IRI值增大幅度高達47.37%，2 700～3 200 m區段次之，IRI值增大幅度為22.42%，其余兩個區段平整度下降程度相對較輕，但IRI值增大幅度也達到7.97%與9.46%。結合跑道修建時間，基本可判定此時跑道道面平整度已進入加速衰減期。

由于2 700～3 200 m區段及3 200～3 600 m區段的部分區域為跑道主降端接地帶區域，頻繁承受飛機荷載沖擊作用，所以平整度衰減速度較快；同時，兩區段道面不是同一期修建，道面結構上也存在差異，飛機荷載作用于道面時，舊道面與延長段道面的變形情況不一致，經受荷載循環作用后，在舊道面段與延長段交界處（3 200 m）道面板間出現橫向錯臺，進而導致道面平整度下降。

同時，2016年時道面平整度整體較差，2 700～3 200 m區段道面的IRI值已大于3.5，所以管理部門在2016—2019年期間對道面進行性能修復，使各區段道面平整度均有所改善，特別是對舊道面段與延長段交界處道面板錯臺處治使得3 200～3 600 m區段道面平整度大幅提升，IRI值降低15.18%。另外，2020年實施的基礎注漿處治工程，提升了跑道道面整體的結構性能，避免了影響道面平整度的結構性損壞發生；因此，在2019—2021年期間道面平整度未出現明顯下降?；诖?，可以發現，道面平整度雖已進入加速衰減期，但定期的性能修復能夠使平整度保持在一個較為平穩的狀態。

綜上所述，跑道經約15年的使用，道面平整度已進入加速衰減期，應及時采取修復措施；另外，跑道接地帶區域及舊道面段與延長段交界區域道面的平整度衰減速度更快，應著重關注。

4 道面結構性能變化規律分析

道面結構性能采用重錘式彎沉儀進行無損彎沉測試，采用沖擊勁度模量（ISM）、道面板接縫傳荷系數（LTE）、道面板底脫空率進行評價[2]。重型落錘式彎沉測試設備（HWD）進行的彎沉測試可用于反演道基和道面各結構層模量，以及進行水泥混凝土道面脫空判定，以重型落錘式彎沉儀（HWD）為代表的彎沉測試具有原位測試、速度快、不破壞道面結構等優點，是世界各國道面結構性能測試最主要的方法。由于機場道面厚度較大，彎沉測試應采用重型落錘，以確保道面結構能夠得到充分的響應量。HWD通過落錘對道面的沖擊作用來模擬飛機對道面的施荷過程，同時，通過分布于距荷載中心不同距離的傳感器記錄道面在受荷作用下的彎沉響應，最后經計算與反演可得出道面沖擊勁度模量（ISM）、道基和道面各結構層模量等指標來評價道面及其基礎的強度和結構性能。ISM值能夠反映道面對飛機運行的支撐作用，即道面承載能力，ISM值越大，道面承載能力越強；LTE和道面板底脫空率能夠反映道面結構的整體性狀況。

4.1 道面承載能力變化情況

通過對跑道道面彎沉測試數據分析，得到各區段道面的ISM均值如表1所示。通過對比表1中四個區段道面ISM均值可以發現，跑道延長段道面承載能力最強，跑道中部道面板減薄區段（500～2 700 m）道面承載能力最弱，其余兩個區段道面承載能力介于二者之間。上述結論與道面結構及修建時間相符合，進一步驗證了該文以道面結構與修建時間為依據劃分為不同區段進行道面性能變化規律分析的正確性。

表1 跑道各區段道面ISM均值統計表/（kN/mm）

根據表1統計結果獲得不同區段道面ISM均值隨檢測時間變化情況如圖3所示。由于2011年檢測完成后對跑道部分區域實施基礎注漿處治工程，使得2011—2016年期間舊道面ISM均值基本保持不變；然而，相比之下延長段道面由于未進行基礎注漿處治，其道面承載能力下降明顯，ISM均值降低3.41%。在2016—2019年期間，道面承載能力整體上出現明顯下降，其中延長段道面ISM均值降低幅度最大，為9.16%；中部道面板減薄區段ISM均值下降4.91%，其余兩區段ISM均值下降幅度約為2%。2020年對跑道道面結構性嚴重不足區域實施的基礎注漿處治工程，導致跑道各區段道面承載能力在2019—2021年期間均有不同程度提升。

圖3 跑道各區段道面ISM均值隨時間變化圖

4.2 道面結構狀況變化情況

4.2.1 道面板底脫空狀況

跑道各區段道面板底脫空率如表2所示。由表2統計結果發現，2011年跑道道面板底出現大面積明顯脫空，其中500～2 700 m區段（道面板減薄區段）脫空狀況最為嚴重，脫空率大于40%，道面整體結構狀況較差[3]。正是基于此，管理部門在2011年檢測完成后隨即對脫空區域進行了基礎注漿處治，解決了道面板底脫空問題，所以2016年檢測時未發現道面板底脫空的出現。

表2 跑道各區段道面板底脫空率統計表 /%

但隨后在2016—2019年期間道面板底脫空開始迅速發展，其中0～500 m及500～2 700 m區段脫空率僅3年的發展已經大于20%，說明此時道面結構性能已經進入加速衰減期[4]。因此，管理部門于2020年對道面板底脫空區域進行基礎注漿處治，所以2021年檢測時道面結構狀況整體較好；但可以發現延長段道面板底脫空發展速度開始逐漸加快，2年時間脫空率已經達到3.33%。

4.2.2 道面板接縫傳荷能力

2011年舊道面段道面板接縫傳荷能力較差，其中500～2 700 m區段（道面板減薄區段）及2 700～3 200 m區段的LTE均值均小于0.8。經基礎注漿處治后，舊道面段道面板接縫傳荷能力恢復，2016年時的LTE均值均大于0.9。但在2016—2019年期間道面板接縫傳荷能力迅速下降，其中500～2 700 m區段的LTE均值下降幅度最大，為13.64%。2020年的基礎注漿處治工程使道面板接縫傳荷能力在2019—2021年期間基本未發生變化。

基于4.2.1及4.2.2分析結果表明，跑道中部道面板減薄區段道面相較于其他區段更容易發生結構性能衰退；同時，結合跑道修建時間可以得到，跑道在使用20年左右的時間后道面結構性能開始進入加速衰減期，此時應加大道面檢測頻次，及時修復道面結構性能[5]。

5 結語

該文基于機場跑道10年4次道面檢測結果，分析了跑道道面損壞狀況、平整度及其結構性能的變化情況，獲得如下結論：

（1）跑道經約15年的使用，道面狀況與平整度進入加速衰減期，經約20年的使用，道面結構性能進入加速衰減期。

（2）跑道中部道面板減薄區域與主降端接地帶區域的道面狀況衰減速度更快；跑道主降端接地帶區域及舊道面段與延長段交界區域的道面平整度衰減速度更快；跑道中部道面板減薄區域道面更容易發生結構性能衰退。

（3）跑道道面性能進入加速衰減期后，應加大道面檢測頻次，及時修復道面性能。