摘要：接缝病害是水泥混凝土道面的主要损坏类型之一，同时，接缝病害是机场水泥混凝土道面的常见病害，对运行安全和道面美观都有显著影响。除了飞机轮载作用和自然环境影响之外，接缝槽口的形状和尺寸对病害的形成也有一定的影响。本文研究了多种不同接缝形式，实践证明接缝倒角技术能够明显改善接缝位置的应力状况。
关键词：机场场道；水泥混凝土道面；接缝倒角；施工工艺
水泥混凝土道面占我国机场道面总量的87%。在机场水泥混凝土道面早期出现的病害中，70%以上属于接缝病害。全寿命运行期间，60%以上道面病害属于接缝病害。因此，延长道面的使用寿命以及减少道面维护费用都极具重要意义。
一、水泥混凝土道面接缝倒角工艺介绍
1.1接缝形式简介
传统道面接缝为直角切缝的形式，这种接缝形式在外部荷载的反复作用和长期的温度应力作用下，容易在接缝部位产生应力集中现象，进而造成板边掉边掉角、接缝破碎、嵌缝料损坏等病害，影响日常运营。国内外通过大量的研究及试验表明，半径6mm的圆倒角和6×6mm135°的斜倒角接缝工艺能显著改善道面接缝部位的受力状态，而且倒角的外观质量很好。
1.2接缝倒角施工设备简介
传统的接缝切割施工工艺，先采用4mm的薄锯片切割道面板厚四分之一深（一般为10cm左右）的窄缝，以防止道面板在浇筑后因水化反应而产生断裂。随后，在混凝土道面板养生结束后，再采用8mm的厚锯片切割深3cm的宽缝（即扩缝），然后进行嵌缝灌缝，以防止引起病害。国外的倒角工艺造价高，技术难以控制，以美国的圆倒角和澳大利亚的45°斜倒角为例，均是进行4mm宽的窄缝和8mm宽的扩缝切割后，再用分离式切割锯片进行倒角。国内通过大量试验，设计生产出了整体式特种异性刀片，解决了分离式切割的技术弊端，并加装了深度控制仪，使倒角更均匀。与国外倒角工艺相比，该设备减少了一道施工工序，即同时进行扩缝和倒角施工，降低了施工技术难度和倒角费用。
二、道面接缝常见形式
道面接缝形式的研究，接缝的优化，一直是各国机场水泥混凝土道面研究的重点。美国联邦航空管理局（FAA）道面设计指南中提出水泥混凝土道面所有暴露的切缝、边缘和尖角都要进行倒角处理，推荐半径为6mm的圆倒角和6mm×6mm的45。斜倒角。国内已于2006年成功实践了道面接缝倒角工艺，并通过了国家民航总局的技术成果鉴定，推广在国内机场场道工程水泥混凝土道面建设中应用。
水泥混凝土道面接缝倒角施工工艺通过在上海浦东机场三跑道和虹桥机场二跑道的应用实践，已趋于成熟，并随后应用于海军某机场建设。该倒角施工工艺不仅可以应用于机场水泥混凝土道面，同样适用于水泥混凝土路面、桥梁的接缝处理。
三、工艺开发过程
3.1工艺确定
传统的水泥混凝土道面接缝为直角切缝的形式，这种接缝形式在外部荷载的反复作用和长期的温度应力作用下，容易在接缝部位产生应力集中现象，进而造成板边掉边掉角、接缝破碎、嵌缝料损坏等病害，影响日常运营，造成经济损失。为了解决道面接缝部位的病害问题，国内外专家学者进行了广泛研究。研究发现，接缝槽口的形状和尺寸对病害的形成也有重要影响。为此，上海机场集团联合同济大学对道面接缝优化展开了研究，结合国外对道面接缝的常规处理方法，选定了45。斜角、圆角、椭圆角3种接缝形式（其中，斜角选择4mmx4mm和6mmx6mm，圆角选择半径4mm和6ram，椭圆角选择4mmX6mm），结合传统直角接缝，共6种接缝形式（见图1），利用ANSYS软件建立有限元模型，以Boeing777—300ER飞机作为荷载机型，对6种道面缝形式的接缝部位在荷载和温度应力的作用下进行对比分析，结果如下。
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图1 6种 接 缝 形 式
1）不同的接缝形式对道面接缝的应力影响距接缝位置越近差异越大，传统的直角接缝应力比较集中，在距接缝1cm范围内甚至出现拉应力，而半径6ram的圆倒角接缝能显著改善接缝部位的应力集中现象，消除拉应力变为压应力，6mm×6mm的斜倒角次之。
2）不同的接缝形式对道面接缝的应力影响范围水平为轮印长度、竖向以距板块表面lOcm范围内比较明显，该范围以外接缝形式对接缝的受力影响基本趋于一致。随后，选取一条平行滑行道，分别以传统的直角切缝、6mm×6ram45。斜倒角、半径4mm圆倒角、半径6mm圆倒角各300m进行施工对比试验，结果表明，不同的接缝形式对道面平整度和摩擦系数无明显影响，而且各种接缝形式下的道面平整度和摩擦系数均能满足相关技术规范的要求。研究及试验表明，半径6mm的圆倒角接缝工艺能显著改善道面接缝部位的受力状态，而且倒角的外观质量较好，施工质量控制较好。
3.2施工设备的选择和改进
国外的倒角工艺，以美国的圆倒角和澳大利亚的45。斜倒角为例，均是进行4ram宽的窄缝和8mm宽的扩缝切割后，再用分离式切割锯片进行倒角切割，工艺复杂，造价高，而且技术难以控制，容易在倒角施工时在混凝土道面板表面接缝边缘位置形成小错台，容易造成道面板边破坏。为解决分离式切割的技术弊端，同时简化施工工艺，降低倒角造价由上海机场扩建指挥部组织相关施工单位、切割锯片生产厂家和行业专家，自主研发、设计生产出整体式特种异形刀头，并加装深度控制仪，该设备减少1道施工工序，即窄缝切割后，一次同时进行扩缝和倒角施工，降低了施工技术难度和倒角费用。而且整体式锯片扩缝切割深度更均匀，倒角不会形成小错台，工艺更先进。
四、水泥混凝土道面接缝倒角施工工艺
4.1施工准备
在施工准备阶段，首先应完成对操作手的相关培训，让操作手熟练掌握扩缝机的操作规程，包括落刀位置、机械行走速度、起刀位置以及深度控制仪的控制等内容。同时，准备好相应的施工机械、器具，并调整到最佳状态。然后在试验段进行试作业，对操作手进行考核，挑选机具操作熟练、作业成品好的操作手，配备测量、清洗等相关辅助作业人员，组成作业班组。其次，对作业班组进行技术交底，对施工机具尤其是扩缝机进行再次检查、调整。
4.2施工放样、切缝（4mm宽的窄缝）和泥浆冲洗
这三道工序，基本同直角切缝一致。需要注意的是：施工放样时，要求分仓浇筑的道面每条仓的横缝要在一条直线上，不得有错缝。
4.3清理缝槽、二次施工放样
这两道工序同直角扩缝基本一致。在扩缝倒角前，清除缝内的灰尘及杂物。二次施工放样，保证扩缝倒角后整个道面区域内缝通长，无错缝现象。
4.4扩缝、倒角
在清理缝槽和施工放样等各项准备工作完成之后，开始进行扩缝、倒角施工工序。这道工序很重要，因为扩缝倒角直接影响道面表面观感、接缝的平顺以及倒角的质量和效果。施工前，要将机械和泥浆冲洗用水引到施工区域并保证范围全覆盖，同时水不断流。一个作业班组要配备3-4人，除机械操作手和泥浆冲洗人员外，还应有技术人员和质量检查人员，及时提供技术支持和质量检查。扩缝、倒角施工机械在现场加水、调试完毕后就位，锁定机械的行走系统，安放导轮设施和深度控制仪，将电机调到指定转速，匀速缓慢地放下锯片，再缓慢开动行走系统，开始扩缝和倒角。在扩缝倒角过程中，要随时检查导轮，防止锯片走偏；同时要随时注意观察深度控制仪，防止扩缝倒角过深或过浅。过深会在倒角边缘形成小错台，影响倒角质量和后续的灌缝质量；过浅则达不到倒角应有的效果。扩缝倒角过程中，要随时检查扩缝倒角的质量，一有偏差，马上调整。
4.5泥浆清洗、清理缝槽和嵌缝、灌缝
这三道工序也基本同直角扩缝一致。泥浆清洗时应让冲洗的水流到道肩外。清理缝槽时，还需吹干缝内水分。嵌缝采用直径10mm的泡沫塑料条，嵌缝后用硅酮密封胶密封。
4.6施工放样
在清理缝槽、掉边修补之后，进行施工放样。扩缝、倒角前的施工放样，主要是确定扩缝、倒角区域及部位，对于切缝时产生的偏差，放样时要纠正，保证扩缝、倒角后整个道面区域内缝通长，呈直线，无错缝现象。
4.7扩缝、倒角
在清理缝槽和施工放样等各项准备工作完成之后，开始进入扩缝、倒角施工工序。这道工序在切缝、扩缝、倒角、灌缝等工序中极为重要，因为扩缝、倒角直接影响道面表面观感、接缝的平顺以及倒角的质量和效果。扩缝、倒角施工机械在现场加水、调试完毕后就位，锁定机械的行走系统，安放导轮设施和深度控制仪，将电机调到指定转速，匀速、缓慢地放下锯片，再缓慢开动行走系统，开始扩缝和倒角。在扩缝、倒角过程中，要随时检查导轮，防止锯片走偏；也要随时检查扩缝、倒角的质量，有偏差即刻调整。
4.8泥浆清洗
该道工序基本等同于切缝后的泥浆清洗。不过扩缝、倒角时的清洗应该让冲洗的水流到道肩外，避免水沿着道肩边下渗或在道肩外积水，从而引起道肩冻胀。
4.9清理缝槽和嵌缝、灌缝
灌缝之前应先清理缝槽。此道工序基本与扩缝、倒角前的清理缝槽相同。但是应该更加仔细，缝内不能有水或潮湿，必须用空压机吹干；也不能留有砂、石等任何杂物，以免混凝土道面内部应力作用而使板块翘起、板边挤碎或挤出灌缝料等。
目前机场道面多采用直径10mm的泡沫塑料条进行嵌缝（缝宽8mm），嵌缝条上部进行灌缝、密封。灌缝多采用硅酮密封胶或聚氨酯密封胶。灌缝的密封胶表面应低于接缝表面6mm左右，并形成凹面。目前灌缝施工工艺多采用灌缝机灌缝，一次成活，行走速度快，灌缝均匀，质量及表观效果好，比人工灌缝效率高。
五、应用实例和反馈
5.1上海浦东国际机场三跑道工程
上海浦东国际机场三跑道建设中，首次采用扩缝、倒角施工工艺，从2007年8月初开始施工，至9月底完工，共扩缝、倒角15．62万m。在三跑道投入运营1年后的工艺效果鉴定中，统计发现进行扩缝、倒角施工的三跑道仅发生接缝损坏8处，而同期未扩缝、倒角的二跑道发生接缝损坏120余处。可见，倒角工艺可大大降低道面接缝处的损坏。
5.2上海虹桥国际机场扩建工程
上海虹桥国际机场扩建工程，包括新建二跑道和滑行道、联络道及停机坪等附属设施。五标段所含的施工内容有二跑道、滑行道、停机坪等，水泥混凝土道面面积31万m。该项目于2008年10月进场，2009年10月完工。二跑道、滑行道均采用倒角施工工艺。虹桥国际机场二跑道于2010年3月投入运营。虹桥国际机场是我国的重要门户机场，跑道使用频繁、负荷量大，而且起降大多为Boeing747，Boeing777和Airbus330，Airbus340等大型E类飞机。2011年5月，组织的业主反馈调查显示，二跑道、滑行道尚未出现接缝损坏。
5.3海军1600工程跑道盖被工程
海军1600工程跑道盖被工程位于我国东北地区某地，为国防重点工程。海军1600工程跑道盖被工程I标段项目包括主跑道、滑行道、停机坪水泥混凝土盖被，以及新建中央集体停机坪。其中，主跑道、滑行道均采用倒角施工工艺。该项目于2009年6月开工，同年10月竣工并投入使用。该机场驻有某飞行学院，飞行训练频繁，跑道使用率高。2011年5月，组织的业主反馈调查显示，主跑道、滑行道盖被项目尚未出现接缝损坏。
结论
水泥混凝土道面倒角施工工艺质量可靠，降低了道面接缝的损坏率，直接降低了维修费用，减少了维修时间，提高了跑道的使用效率，也降低了因跑道损坏而关闭跑道造成的损失，效果显著，尤其是在繁忙的大型民航机场，其产生的间接经济效益和社会效益非常可观。
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论文作者:冯军委
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
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