温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响.pdf

总第 期交通科技 第期 收稿日期：第一作者：马正好（），男，工程师，硕士。温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响马正好（民航专业工程质量监督总站华东地区监督站上海 ）摘要为研究温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响，依据我国华东某机场实测数据，分析温度影响下刚性道面接缝传荷系数、板边及板角弯沉比的变化规律。结果表明，之内，接缝传荷系数波动较大，弯沉比受温度变化影响显著，且板角位置变化更大；温度影响可能导致截然相反的板底脱空评价结果。温度梯度是引起弯沉比变化的主要因素，可依据二者间良好相关性修正温度对板底脱空评价的不利影响。关键词机场刚性道面板底脱空弯沉接缝传荷中图分类号 板底脱空是机场刚性道面板与基层发生局部脱离，道面板底失去连续支撑的现象。基层材料局部流失、基础不均匀沉降，以及道面板因温度或湿度变化发生的翘曲变形是造成板底脱空的主要原因。板底脱空会劣化基层对道面板的支撑作用，导致混凝土板挠度和板内应力显著增加，进而引起裂缝、错台等病害，最终发育为道面板整体断裂，危害 道 面 结 构 性 能，形 成 机 场 安 全 运 营 隐患 。基于弯沉的刚性道面板底脱空评价方法具有检测设备普遍、判别方法简单，以及兼顾结构承载能力评价等优点，相比于其他技术方法被更广泛应用到公路和机场领域。基于不同的弯沉指标，国内外学者相继提出了多种板底脱空的评价方法，目前应用较为普遍的是截距法和弯沉比法。我国 民用机场道面评价管理技术规范 推荐使用弯沉比法。然而，水泥混凝土道面因为直接暴露在外界环境中，板内温度容易受环境影响而发生变化。当平均温度变化时，水泥混凝土道面板会发生胀缩变形导致接缝张开或闭合 ，这会导致接缝传荷系数计算结果发生改变，进而可能影响脱空判定标准的选取和脱空评价结果。当温度梯度变化时，道面板产生翘曲变形，一方面接缝截面转动改变了板间接触条件，另一方面道面发生翘曲直接影响弯沉测试结果 。因此，在使用弯沉比法进行机场刚性道面脱空评价时，应考虑环境温度变化对脱空评价结果的影响。但目前相关研究较少。本文通过分析我国华东某 级民用运输机场的现场原位测试数据，探究温度影响下刚性道面接缝传荷、板边弯沉比和板角弯沉比的变化规律，分析温度变化对机场刚性道面板底脱空评价结果的影响规律。以期得到相关结论为类似研究提供参考和借鉴。试验方案 试验对象本试验依托我国华东某 级民用运输机场；试验地属亚热带季风湿润气候，主要特点是四季分明，春秋短、夏冬长，日照时数和日照百分率偏低，年平均气温在 之间。试验板位于机场机坪内，南侧与道肩相邻，距机坪西端约，试验板平面示意见图。图试验板平面位置示意试验板平面尺寸为 ，板厚为 ；道面横缝为假缝，纵缝为企口缝。试验板道面结构自上而下为 水泥混凝土面层、水稳碎石基层，以及压实土基。测试设备温度测试设备。道面温度采用内部埋设传感器的方式收集。采集设备使用建大仁科 温湿度变送器，温度测试精度为。测试设备见图。图道面温度测试设备弯沉测试设备。使用 车载落锤式弯沉仪（）测试道面弯沉，承载板是半径 附带橡胶缓冲垫的刚性板，荷载脉冲时长 ，监测传感器为个带有动态位移校核的地震检波器。道面弯沉测试设备见图。图车载落锤式弯沉仪实物图 测试方法温度测试法。采用道面钻芯埋设温度传感器的方式收集道面温度信息。温度传感器埋设位置见图，钻孔深度为面层全厚度，即 。温度传感器竖向埋设个，距顶面分别为，采用支架固定，放置于钻芯孔内，传感器架设立面示意见图。图温度传感器架设立面示意图温度传感器架设完成后，采用快硬水泥对钻孔进行回填修复。由于快硬水泥硬化会产生大量的水化热，实际道面温度测试在传感器埋设周后开展，此时水化热已经基本消散。数据采集仪通过引线与温度传感器相连，采用 外接电源供电。弯沉测试法。弯沉测试按照 民用机场道面现场测试规程 要求进行。为保证数据具有可比性，采用原位监测方式进行：对测试板的板中、板边、板角个测试位置分别进行分时多次的重复测试；荷载等级按照 级机场不低于 要求设置为 。测试时，在同一测点重复测定次，取除第次测定值外其他次测定结果的平均值作为后续分析计算的依据。数据计算法。计算接缝传荷系数及脱空评价值。）接缝传荷系数。接缝传荷系数是接缝两侧未受 荷 板 弯 沉 与受 荷 板 弯 沉 之 比，以 式（）计算。犈 犇 犇 （）式中：犈 为接缝传荷系数，；犇 为未受荷板实测弯沉，；犇 为受荷板实测弯沉，。）脱空评价值。民用机场道面评价管理技术规范 推荐采用弯沉比为脱空评价值，其计算方法以板边或板角荷载中心弯沉与板中荷载中心弯沉之比作为脱空评价值，并根据接缝传荷等级选取的脱空判定标准值进行评价。不同接缝传荷等级时弯沉比判定标准见表。接缝传荷能力等级评价标准见表。表道面板底脱空状况判定标准接缝传荷能力板边弯沉板中弯沉板角弯沉板中弯沉“好”或“中”“次”或“差”表道面接缝传荷能力等级评定标准评定等级好中次差犈 数据分析 温度变化规律温度梯度采用线性温度梯度（板顶与板底传感器温度差传感器埋设间距），平均温度采用同一时刻各传感器测试数据平均值。试验板温度梯度和平均温度随时间变化规律见图。年第期马正好：温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响图试验板温度梯度及平均温度变化规律由图可知，道面平均温度及温度梯度按日呈周期性变化。道面平均温度在上午：开始最低，下午：左右到达最高。道面正温度梯度极值在下午：之间出现；负温度梯度出现在夜间：次日：之间，并在上午：左右达到极值。温度对接缝传荷的影响鉴于道面接缝传荷系数主要受平均温度变化影响，将试验板接缝传荷系数随平均温度变化的趋势列于图。图接缝传荷系数随平均温度变化趋势由图可知，上午时分，当平均温度升高时，试验板接缝传荷系数随之增大；下午时分，平均温度逐渐降低，试验板接缝传荷系数也随之降低；表明试验板接缝传荷能力与平均温度间呈正相关关系。之内接缝传荷系数极大值与极小值之差可达 。温度对板边脱空评价结果的影响测试期内道面板边弯沉比变化趋势见图。由图可知，之内，：板边弯沉比减小，：板边弯沉比增大；板边弯沉比最大值为 ，最小值为 ，之内变化率达到 。同时，参照规范方法依据弯沉比评价同一位置板底脱空情况可知，随着道面温度不同，夜间：次日：之间，评价结果“脱空”（占测点总数的 ）；其余时段则评价为“不脱空”（占测点总数的 ）。即在内道面温度不同时，使用弯沉比评价板边同一测点的板底状况，出现了完全相反的评价结果。图测试板板边弯沉比随时间变化趋势为分析道面温度梯度与道面平均温度对板边弯沉比的影响。以一次函数形式分别拟合温度梯度、平均温度与板边弯沉比的关系，结果见图、图。图测试板板边弯沉比与温度梯度的关系图测试板板边弯沉比与平均温度的关系由拟合结果可知，板边弯沉比和温度梯度及平均温度间均呈负相关关系。温度梯度、平均温度与板边弯沉比的拟合系数犚分别为 和 ，这表明的时间周期内板边弯沉比主要受温度梯度变化影响。同时，鉴于板边弯沉比与温度梯度间拟合效果较好，可依据二者间拟合关系式修正温度对板马正好：温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响 年第期边弯沉比的影响。温度对板角脱空评价结果的影响测试板板角弯沉比随时间变化趋势见图。图 测试板板角弯沉比随时间变化趋势由图 可见，内板角弯沉比最大值为 ，最小值为 ，变化幅度达 ，变化率达到 。这 表 明 相 比 板 边 位 置（变 化 率 ），板角波动受温度影响程度更为显著。同理，参照规范方法评价之内不同时刻的板角脱空状况可知，受温度变化影响，同一道面不同时刻测试也会得到截然相反的结果。与板边类似，将温度梯度、平均温度与板角弯沉比的关系分别用一次函数进行拟合，结果见图、图。图 测试板板角弯沉比与温度梯度间关系图 测试板板角弯沉比与平均温度间关系由图、图 拟合结果可知，温度梯度、平均温度与板角弯沉比的拟合系数犚分别为 和 ，表明温度梯度是引起板角弯沉比变化的主要因素。同样的，也可依据温度梯度与板角弯沉比间良好拟合关系修正温度变化对板角评价结果的影响。结论）机场刚性道面板的平均温度及温度梯度按日呈周期性变化。）刚性道面板的接缝传荷能力受平均温度变化影响较大，二者间呈正相关关系。）板边及板角弯沉比受温度变化影响明显，其中板角受影响更为显著。受温度变化影响，不同时刻测试可能得到截然不同的板底脱空评价结果。）温度梯度是引起弯沉比波动的主要因素，且温度梯度与弯沉比间拟合程度较高，可依据二者间良好相关关系修正温度变化对板底脱空评价结果的影响。参考文献赵鸿铎，曾孟源，吴荻非，等脱空对刚性道面板应力分布的影响及临界脱空状态同济大学学报（自然科学版），（）：袁益军水泥混凝土路面不同脱空类型受力特性研究江苏建筑，（）：，黄烨敏旧水泥混凝土路面板底脱空判别指标的研究武汉：湖北工业大学，刘海伦，凌建明基于弯沉的刚性道面板底脱空判定方法综述中国民航大学学报，（）：刘海军，赵政水泥混凝土路面结构温度分布特征研究交通科技，（）：凌建明，刘海伦，石蓉，等机场水泥道面日周期温度效应同济大学学报（自然科学版），（）：赵鸿铎，马鲁宽基于实测数据的机场水泥道面变温效应分析同济大学学报（自然科学版），（）：民用机场道面评价管理技术规范：北京：中国民航出版社，包聪灵，许新权，谢光宁，等基面层局部黏结失效对半刚性基层沥青路面拉裂破坏的影响分析武汉理工大学学报（交通科学与工程版），（）：年第期马正好：温度对机场刚性道面板底脱空评价的影响