机场道面承载能力与结构强度测试分析

机场道面承载能力与结构强度测试分析

机场的通道通常是根据飞机的最大航空重量设计的。机场道面建成后,随着时间的推移、飞行架次的不断增加及荷载的反复作用,及混凝土本身的特性、气候、环境等因素的变化,道面混凝土强度、地基状况等都会发生变化,道面的承载能力等各方面状况均呈不断下降的趋势,这对飞机起降可能带来极大的安全隐患。我国许多机场道面是在20世纪50～60年代建造的,至今使用了几十年,已进入老化阶段。国内学者对机场道面的分析评价体系研究(西安市某机场跑道呈东西走向。跑道东段建于1950年代,道面厚15cm,跑道下设16cm的碎石基层。西跑道建于1960年代,道面厚22cm,跑道下设20cm的砂石基层。由于使用年限已久,道面损坏状况较严重,为此,拟进行大修改造,以适应各类飞机对道面强度的要求。作者在实地道面状况调查评价、道面平整度测试的基础上,对机场道面结构承载强度进行现场与室内测试,对道面综合承载强度进行分析计算。11.1道面分区评价飞机跑道道面范围很大,各区道面的建造年代、荷载大小、结构类型、功能要求、厚度组合及损坏程度存在差异,所以,在道面测试与分析评价时,首先应将其进行道面分区,其目的就是对每个现状相近的区域给出一个平均结果。分区一般原则(1.2弯沉测试方法的发展通过结构承载强度的测定,可以分析出道面结构承载强度较差或不足的区域和部位;分析不同特征的道面结构对以往及当前航空交通量的适应情况;并依据反算所得的各结构层模量,预估现有道面的剩余使用寿命。测定方法分无破损测试和破损试验两类。非破损试验是通过道面的表面弯沉估算其结构承载能力;而破损试验主要通过钻芯取样,并对道面各结构层的芯样进行力学试验,计算结构承载力。在大范围道面调查中,前者比后者更具优越性。目前普遍采用的无破损测试方法,是通过实测道面在荷载作用下的弯沉,利用理论方法反算道面各层的力学参数,从而评定反算道面结构强度。弯沉是表征道面整体强度的重要参数,是道面承载能力的指标,弯沉值能够体现道面强度现时的实际状况,是新建和改建道路的重要设计指标,例如在我国设计规范中的容许弯沉和设计弯沉。当前国内外测定弯沉的方法有主要贝克曼梁法(简称BB)、自动弯沉仪法及落锤式弯沉仪法(简称FWD)。贝克曼梁法、自动弯沉仪法属静态弯沉类,其特点是结构基操作简单,价格低廉,但测试数据准确程度受人为影响大,工作效率低。落锤式弯沉仪法属动态弯沉类,除测定道面最大弯沉值外,还可以同时获得弯沉盆数据,但也存在误差较大、求解过程可能不收敛及解不一、方法过于复杂(22.1点内弯沉试验为评定道面结构的承载能力及其分布规律,本次测试采用的是贝克曼梁法测试道面回弹弯沉。标准车为双轴、后轴双侧4轮BZZ-100车型,后轴标准轴载由于东西段跑道道面板结构与建造年代不同,因此,试验研究分东西两段进行。跑道东段边长1.2m的六边形板块39列(东西走向)、1166行(南北走向);跑道西段边长5m的正方形板块12列(东西走向)、180行(南北走向)。跑道东段选定纵向第17,21两列板,每25m一个测点,测试两条弯沉曲线;跑道西段选定纵向第6,7两列板,每25m一个测点,测试两条弯沉曲线。2.2道面回弹弯沉曲线根据面回弹弯沉试验结果,绘制道面回弹弯沉曲线(图1～4),曲线图中横坐标轴数值N-M表示测定位置坐标为N列-M行。2.3表面道面弯沉的测定代表弯沉是评定道面承载能力指标,每一路段的代表弯沉按(1)式确定((1)式中由图1～4及表2可知:(1)虽然测试时间为西北干旱冬季,但测试区域表面跑道尤其是东段回弹弯沉普遍较大。如果在不利季节测试,弯沉值必将更大。(2)跑道东段回弹弯沉平均值是跑道西段的2.6倍,说明跑道东段的承载能力较西段低,反映出跑道东段较西段建造年代早、使用时间更长及道面状况更差的实际状况。(3)图1、图2弯沉曲线中出现较多的突变高值,表明东段道面存在板块破碎、脱空等破损情况。3道面混凝土强度道面强度是反应道面承载力的重要参数,道面混凝土抗折强度、抗折弹性模量、基层顶面的当量回弹模量等参数通过试验或理论计算求得。3.1强度指标的选取(1)获得道面混凝土抗折强度与模量最可靠、最准确的方法是在道面中切割出梁形试件,再按标准方法进行试验测定,但此方法一般很难实现。一方面,切割出规定尺寸梁形试件非常困难,另一方面,为了要保证样本统计数量,则对道面破坏很大。因此,通常采用间接的测试方法,用其它的强度指标通过换算求得。常用的间接方法(=0.621(3)式中(2)混凝土的抗折弹性模量根据其抗折强度按(4)式确定:(4)式中混凝土抗折强度参数计算结果见表2。(3.2弹性混凝土道面弯沉在fwd仪测定中的应用依据混凝土道面板下的基层顶面当量回弹模量是道面加铺层设计的重要参数之一,而基层顶面当量回弹模量难以直接测到。工程中确定基层顶面当量回弹模量主要采用反算和理论计算等方法。混凝土道面弯沉是道面结构刚度特性的综合反映,因此,应用FWD仪实测道面弯沉,按弹性地基板理论反算基层顶面当量回弹模量。但是,由于道面结构理论模型与道面实际状况之间存在一定的差异,故实际应用中对反算结果的合理性进行分析判断或修正。理论计算模型是根据基层的材料组成性能、土基性质、结构层厚度等参数而确定,采用三层弹性体系,并对路床上的基层及底基层或垫层结构,依据等弯曲刚度的原则换算为回弹模量和厚度当量的单层结构后,按双层体系由4旧混凝土道面结构强度实测分析机场道面是一项投资巨大的工程项目,为保证道面的正常使用,必须定期加以维护或采取加铺层等改建措施,而这些均应在对道面质量状况进行科学测试与分析的基础上进行。本文以现行的技术规范为依据,采用的检测方法对机场旧混凝土道面的结构强度测试是可行的;实测数据的分析方法科