机场水泥混凝土道面脱空检测方法研究

车轰赵亮亮王景

摘要：阐述了脱空产生机理以及常见的脱空检测方法。并对某机场混凝土道面使用夹角法和弯沉比值法进行路面脱空检测，并与地探雷达检测结果进行对比，发现夹角法的判定指标过小，弯沉比值法的判定指标过大。因此，对这两种方法的判定指标进行修正使其适用于机场混凝土道面脱空的检测。

关键词：板底脱空；机场混凝土道面；板底脱空检测

1引言

由于水泥混凝土路面具有强度高、刚性大、耐久性好等优点，在我国机场占主导地位。据统计，中国现有机场87%的道面类型为水泥混凝土道面[1]。但在长时间的使用后，由于重复载荷作用、维护保养不及时等原因，混凝土板下基层将产生一定的塑性变形，致使混凝土板的局部范围不在与基层保持连续接触而失去支撑，即板下脱空。而板下脱空会导致道面结构承载能力和使用性能下降。所以，如何准确判断混凝土面板脱空位置以及脱空程度将成为机场道面养护的关键问题。

2脱空的原因

当混凝土路面跑道作用飞机载荷时，混凝土路面板会产生变形，同时基层和土基也会产生塑性变形和弹性变形。由于塑性变形属于不完全恢复变形，所以在重复荷载作用下，每一次极小的不可恢复塑性应变逐渐累积，最终造成路面板与基层之间分离，形成脱空。其次，由于混凝土面层导热系数的影响，面层内部温度分布不同，形成温度梯度。在温度梯度作用下，面层发生两种变形形式，一种是路面板四周下凹、中心凸起，一种是面层四角翘起，中心下凹。这两种变形都会造成面层和基层的分离，形成脱空[2]。

另一方面，混凝土路面长时间使用后，面板接缝填料逐渐老化，最终失去防止雨水下渗的功能。这时，如果不及时对路面进行维护，雨水会沿面板接缝下渗并聚集在板底与基层之间。在路面载荷的反复作用下，雨水在板底接缝处和板边高速流动，不断对基层顶面进行冲刷，细颗粒从接缝处和板边被带到路面。随着细颗粒被不断带出，最终形成脱空[3]。

综上所述，混凝土路面脱空原因一般为混凝土面板承受重复载荷作用、混凝土面层导热系数不同、混凝土路面养护不及时造成的面板接缝老化脱落。

3脱空检测方法

目前，按检测工具分类，常用的脱空检测方法有外观评定法、贝克曼梁弯沉检测法、基于FWD的脱空检测方法[4]。由于FWD弯沉仪采用计算机自动采集数据，具有速度快、精度高，适合大规模测试的特点，基于FWD的脱空检测方法在检测混凝土路面脱空方面得到广泛应用[5]。

3.1基于FWD的脱空检测方法

3.1.1夹角法

根据路表载荷向下以圆锥形扩散的假定，夹角法利用弯沉盆定义参数Q来判定脱空的存在[6]。首先，利用FWD实测弯沉数据绘制弯沉盆曲线，对距离承载板中心30cm和180cm的两个数据点进行连线，然后经过距离承载板180cm的数据点绘制一条水平线，这两条直线的夹角即被定义为弯沉盆定义参数Q。实际测量时，为了放大计算结果方便判断，会将两个数据点的水平距离规格化为609.6µm，则Q的计算公式为[6]：

（1）

式中：D30——距离承载板中心30cm处的弯沉。

D180——距离承载板中心180cm处的弯沉。

如果Q值大于等于22°则认为板底存在脱空，否则板底不脱空。

3.1.2弯沉比值法

弯沉比值法又分为两种，一种是“板边中点弯沉/板中弯沉>2”和“板角弯沉/板中弯沉>3”即可判定板底脱空，另一种是根据“无脱空水泥混凝土路面板的板边或板角弯沉/板中弯沉<有脱空水泥混凝土路面板的板边或板角弯沉/板中弯沉”来判定脱空。

实验验证

上诉脱空判别方法都是对于公路混凝土路面板底脱空的判定，由于机场混凝土道面承受载荷大于公路路面，所以上述方法是否适用于机场道面不得而知。所以本课题组使用FWD弯沉仪对某机场道面两块混凝土板板角、板边、板中共15个测点进行弯沉测定，并使用弯沉比法和夹角法对板底脱空进行判定。同时使用地探雷达对15个测点进行板底脱空测定，根据评定结果来验证弯沉比值法和夹角法的判定情况。

本次实验对测点施加载荷为100KN[7]，分别运用弯沉比值法和夹角法进行脱空判定，并规定弯沉比值法中板边中点弯沉与板中弯沉比值为i，板角弯沉与板中弯沉比值为j。部分测试数据见表1。

表1夹角法和弯沉比值法测试数据

本次试验共检测了15个测点，由表一可以看出，使用Q>20°作为夹角法的评判标准过小，测点结果均脱空，与实际结果相差较大。若将Q>25°作为评判标准，只有两个测点判定错误，判定正确率大大提高。对于弯沉比值法，其判别标准过大，判别结果均为不脱空。对照地探雷达测定结果，发现选取“板边中点弯沉/板中弯沉>1.4，板角弯沉/板中弯沉>1.6”作为评判标准更为合理。

4结语

板底脱空是水泥混凝土路面的常见病害，准确、科学地识别脱空是处治这类病害的关键。一般用于公路混凝土路面脱空检测的夹角法和弯沉比值法在对机场混凝土道面检测时，评判标准是过大或过小的，所以本文在实验验证的基础上，对两种方法的评判标准进行修正，并配合FWD弯沉仪找到可行的机场混凝土道面脱空检测方法。

参考文献：

[1]谭悦，中国机场水泥混凝土道面脱空状况分析与评价[J].中国民航大学学报，2013，12（31）：41-45.

[2]王乾，基于板底脱空的水泥混凝土路面检测、处治与力学行为研究[D].西安：长安大学，2009，10.

[3]赵军，刚性路面板底脱空检测评定的理论与方法[D].上海：同济大学，2006，1.

[4]王芳，水泥混凝土路面板底脱空判别方法和处治研究[D].西安：长安大学，2009，4.

[5]邱丽章，水泥混凝土路面脱空及其检测方法[J].中南公路工程，2007，6（32）:106-108.

[6]万捷，水泥混凝土路面板底脱空检测及防治技术研究[D].西安：长安大学，2007，6.

[7]公路路基路面现场测试规程[M].北京：中华人民共和国交通运输部，2008.

作者简介：车轰（1992-），男，陕西省西安市，硕士在读，车-路耦合系统动力学；赵亮亮（1993-），男，甘肃省平凉市，硕士在读，流体有限元分析；王景（1993-），男，陕西省宝鸡市，硕士在读，机械系统动力学。