0.   引言

机场跑道沥青混凝土盖被和公路沥青路面的铺筑有所不同, 主要区别是机场跑道比公路宽, 中间没有分隔带, 施工的纵向接缝及横向接缝均较多, 停工后要保证飞机的安全使用, 因此, 混合料摊铺机械的配置与铺筑方法, 是机场旧道面采用沥青进行盖被需要解决的重要问题。本文对摊铺机械的特性及其铺筑施工组织中如何对其选型与配置, 并对摊铺机作业的宽度、铺筑的幅数、作业段的长度等问题进行了系统分析, 提出了机场道面沥青盖被摊铺机械的配置、铺筑方法和不停航施工措施, 以便提高道面沥青盖被的质量。

1.   摊铺机的性能分析与配置

1.1   摊铺机的性能分析

摊铺机的组成主要有基础车、供料设备、工作装置和操纵机构等部分。按行驶装置的不同, 可分为轮胎式和履带式^[1]。除底盘不同外, 两种类型摊铺机的其他部分的构造基本相同。履带式沥青混合料摊铺机的优点是接地面积大, 具有较大的牵引力, 爬坡性能好, 摊铺宽度大; 由于履带具有滤波作用, 对平整度差的旧道面不太敏感, 即使旧道面有些错台或坑凹也不影响摊铺质量; 其缺点是制造成本高, 机动性能差, 行驶速度较慢。轮胎式摊铺机与履带式摊铺机比较, 其优点是构造比较简单, 制造成本较低, 机动性能好, 行驶速度快, 但对旧道面(或基层)的平整度要求较高。由于是机场旧道面的沥青盖被, 一般情况下旧道面的平整度较差, 摊铺机是直线行驶, 要求摊铺宽度大等特点, 所以机场道面沥青盖被施工大都采用履带式摊铺机进行摊铺作业。

1.2   摊铺机的选型与配置

目前, 国内外制造的摊铺机有多种规格和型号可以使用, 应选择具有自动找平, 带有加热装置和振动功能, 摊铺宽度较大等性能的摊铺机。如ABG421型、ABG422型、ABG423型等, 这些摊铺机的特点是性能优良稳定, 摊铺效率高, 最大摊铺宽度可达12 m, 并且摊铺宽度可根据需要进行调节。由于沥青道面接缝处往往不密实, 整体性较差, 容易发生裂缝与剥落等损坏, 因此, 摊铺机的选型与配置是以减少施工接缝为原则。机场跑道沥青铺筑的总宽度、厚度及拌和站沥青混合料的生产能力等因素是配置摊铺机的依据。对于总宽度小于40 m的机场, 飞机往往不大, 荷载作用较小, 故沥青盖被层较薄(厚度为4~10 cm, 分1~2层铺筑), 需要沥青混合料的数量较小, 属于中小型工程, 投资相对较小, 沥青拌和站的生产能力一般采用150 t/h以下, 因此, 铺筑作业配置2台摊铺机是不经济的, 配置1台即可满足使用, 如配置1台ABG422型或ABG423型的摊铺机或1台同类型的其他摊铺机均可^[2]。

对于总宽度大于40 m的机场, 飞机往往较大, 荷载作用强, 故沥青盖被层较厚(厚度10~16 cm, 分2~3层铺筑), 需要沥青混合料的数量大, 属于大中型工程, 投资相对大, 配置的沥青拌和站生产能力越大、摊铺机数量越多越好。一般采用150 t/h以上的沥青拌和站, 并配置足够大(大于300 t)的沥青混合料的保温储料仓, 所以铺筑需要配置多台摊铺机以梯队的方式进行作业, 最少应配置2台摊铺机同时作业。如配置2台ABG422型或2台ABG423型摊铺机, 也可配置2台其他类型的摊铺机, 这样纵向施工缝可以保证一部分热接, 另一部分半热接, 保证沥青道面的铺筑质量^[3]。

2.   摊铺机作业宽度与幅数的确定

机场跑道铺筑的总宽度确定以后, 摊铺机作业的宽度应尽量大, 而摊铺的幅数越少越好, 这样可以减少纵向接缝。机场跑道沥青铺筑的总宽度若为B, 配置X台摊铺机进行作业, 每幅的作业宽度为b, 每台摊铺机铺筑n幅, 共铺筑N幅, 则有下列函数

$B=f(b,n,X)(1)$

摊铺机作业的台数X、每幅的作业宽度b和共铺筑的幅数N都是依据机场跑道沥青铺筑的总宽度B的大小确定的。而对于具体工程, B的值是一定的, 盖被厚度也是一定的, 即沥青混合料的工程量是固定的, 一般在沥青拌和站的生产能力确定以后, 摊铺机可按前述1.2的方法选型与配置。b和N的值可依据机场道面横坡度的情况确定。

2.1   机场道面的横坡度为双面坡

双面坡的道面多数是干线机场, 沥青加铺层往往较厚, 混合料的数量较大, 属于大中型工程, 沥青拌和站混合料的生产能力大, 通常需要配置2台以上的摊铺机才能匹配作业。由于铺筑作业面的横断面是双面坡, 摊铺机要沿跑道中线两边梯队作业, 所以X值为偶数; 然后确定摊铺机作业的宽度, 取b的值尽可能大; 结合摊铺机的组配情况, 适当调整摊铺宽度值, 再取每台摊铺机的作业幅数n为整数。

例如, 甲机场跑道沥青盖被的宽度为60 m, 沥青拌和站安装2台设备, 每台拌和机的生产率为150 t/h, 拌和站沥青混合料的生产能力共计为300 t/h; 配置2台ABG423型摊铺机进行作业, 即X=2台。对于这种情况, 可取n=3幅, 故N=6幅, b=10 m, 也就是说摊铺机的作业宽度为10 m, 共摊铺6幅, 每台摊铺机分别沿跑道中线的一边摊铺3幅。

又例如, 乙机场跑道沥青盖被的宽度为50 m, 沥青拌和站混合料的生产能力为240 t/h, 配置2台ABG422型摊铺机进行作业, 即X=2台。对于这种情况, 由于是双面坡, N不能取奇数, 即不能取N=5幅, b=10 m, 而应该取N=6幅, 即n=3幅, b=8.5 m。也就是取摊铺机的作业宽度为8.5 m, 共摊铺6幅, 每台摊铺机沿跑道中线的一边各摊铺3幅, 但在摊铺作业中每幅需要交插重叠10~20 cm。铺筑作业中为了避免横缝在一条直线上, 要求横缝必须错开50~100 cm, 铺筑方法见图 1。

图  1  横坡度为双面坡时沥青盖被铺筑方案

Figure  1.  Asphalt covering plan of double-edged horizontal grade

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2.2   机场道面的横坡度为单面坡

机场道面的横坡度设计为单面坡, 一般是受地势或净空的限制, 或属于支线机场, 沥青混合料的数量往往较小, 属于中小型工程, 选择的沥青拌和站混合料的生产能力较小, 通常配置1台摊铺机即可满足施工要求。这时要先确定摊铺机作业的宽度, 在取b的值尽可能大时, 结合摊铺机的组配情况, 适当调整其值, 但应取摊铺机的作业幅数N为整数。

例如, 丙机场跑道沥青盖被的宽度为35 m, 配置的沥青拌和站混合料生产能力为100 t/h, 该工程配置了1台ABG422型摊铺机进行作业, 即X=1台。对于这种情况, 同样应取b的值尽可能大, 结合摊铺机的配组情况, 可取N=3幅, b=12 m, 即摊铺机的作业宽度为12 m, 共摊铺3幅, 第1幅要从道面横坡高的一边开始摊铺, 在摊铺作业中每幅需要交插重叠30~35 cm。铺筑方法见图 2。

图  2  横坡度为单面坡时沥青盖被铺筑方案

Figure  2.  Asphalt covering plan of single -edged horizontal grade

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3.   摊铺机作业长度的确定

3.1   计算公式

摊铺机作业长度为^[4-5]

$L=k\frac{vt}{Xnrbh}(2)$

式中: L为摊铺机作业的长度(m); k为拌和机械工作时间利用系数(0.85~0.95);v为沥青拌和站的产量(t/h); t为沥青拌和站每个工作日的工作时间(h); X为摊铺机的数量(台); n为摊铺机作业的幅数(幅); r为沥青混合料的密度(t/m³); b为摊铺机作业的宽度(m); h为每层沥青混合料的铺筑厚度(m)。

3.2   工程算例

以丙机场跑道沥青盖被工程为例, 工程的要求与配置不变, 按前述2.2节摊铺机的配置结果, 即X=1台, n=N=3幅, b=12 m, 若沥青混合料的类型为AC-16-1, 铺筑厚度为0.045 m, 沥青拌和站每天计划正常工作时间t为10 h, 机械工作时间利用系数取0.9, 沥青混合料的密度经测定为2.39 t/m³。将有关数据代入式(2), 计算出摊铺机作业每幅的平均长度为239 m。但在施工中为了避免横缝在一条直线上, 故在摊铺作业中每幅的摊铺长度应递减0.5~1.0 m, 因此, 该机场沥青道面的铺筑, 第1幅摊铺长度取239.5 m, 第2幅取239.0 m, 第3幅取238.5 m。

4.   沥青盖被施工不停航铺筑方法^{[2, 6-7]}

4.1   不停航铺筑的接坡措施

机场沥青盖被不停航施工, 采取的主要技术措施是分层沿跑道纵向全断面式推进的方法进行铺筑, 每个工作日铺筑结束前, 在沥青盖被层末端的整个横断面上沿纵向一定的范围内做一个临时的接坡(图 3、图 4), 以便使当日铺筑的沥青层同底层道面有一个平缓的过渡, 满足道面的技术要求, 从而保证白天飞机的正常飞行与安全。

图  3  底层临时接坡纵向剖面

Figure  3.  Longitudinal cutaway view of bottom layer temporary connection

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图  4  中层与上层临时接坡纵向剖面

Figure  4.  Longitudinal cutaway view of middle layer and upper layer temporary connection

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临时接坡要求平缓顺直, 坡脚齐平并碾压密实, 若接坡做得过陡, 将会影响飞行安全, 但若接坡过缓, 不但需要增加施工时间, 而且还要增加工程量, 并造成材料的浪费。根据机场道面飞行的技术要求, 当沥青盖被的厚度小于5 cm, 临时接坡的纵向坡度为0.5%~1.0%;当沥青盖被的厚度大于5 cm时, 临时接坡的纵向坡度应小于0.5%。临时接坡应采用同层的沥青混合料, 摊铺以后将坡脚表面较粗大的骨料清除, 然后碾压密实。

4.1.1   底层的临时接坡

沥青盖被是分层进行铺筑的, 铺筑底层沥青混合料时临时接坡的具体做法见图 3。图中的i表示纵向坡度, 临时接坡的坡脚线宜设置在反射裂缝防裂层的位置上。如设置在粘贴改性油毡处, 这样可以使沥青混合料与改性油毡较好地粘结在一起, 从而不仅使接头的坡脚整齐, 而且能有效地防止坡脚被飞机喷气气流吹起, 以保证飞行安全。

4.1.2   中层或上层的临时接坡

铺筑中层或上层沥青混合料时也需要做临时接坡, 见图 4, 其临时接坡与底层临时接坡的做法有所不同。这一层临时接坡的脚坡应先在下层沥青道面上铣刨一条长约100 cm, 深约2~3 cm的凹糟, 使坡脚嵌入下层中, 这样能够使上层沥青混合料能很好地与底层结合在一起, 以防止脚坡被吹起。

4.1.3   施工中断时的临时接坡

施工时天气可能突然发生变化, 机械也可能发生故障, 出现这些不测情况时, 沥青混合料的铺筑必须中断。若在短时间内又不能恢复继续施工, 为了保证不影响机场的使用与飞行安全, 对已铺筑的沥青道面边缘也必须做临时接坡。接坡的横向坡度要求不大于5%, 纵向坡度要求不大于1%。

4.1.4   临时接坡的铣刨处理

每个施工日铺筑沥青混合料前, 必须对临时接坡进行铣刨处理, 见图 3、图 4, 图中B表示铣刨的宽度, h表示铣刨的深度。用铣刨机沿坡顶线开始铣刨, 铣刨的宽度以B=h/i+0.5为宜, 使沿跑道纵向的铣刨槽的底坡为零或更小些, 即铣刨成楔形, h的值不宜小于2~3 cm。凡是用铣刨机处理的位置, 除将废料扫除外, 还需要用空压机将粉尘吹干净, 并涂刷一层快凝稀释液体沥青作为粘层油, 以保证上下两层沥青混合料紧密结合。由于每个施工日作业时间是有限制的, 所以, 临时接坡铣刨处理应在短时间内(约1 h)快速完成, 以免耽误混合料铺筑的作业时间。

4.2   不停航铺筑的其他措施

(1) 沥青铺筑施工中, 应在整个作业地段内设置足够的临时照明设施, 指派专人负责管理, 满足夜间施工照明的需要。

(2) 进入作业区的所有人员必须配戴夜间反光标志, 确保人身安全。

(3) 施工车辆按规定路线行驶, 行驶路线应设置明显的交通标志, 以保证施工畅通与安全。

(4) 每个工作日铺筑完毕要及时划好道面的临时标志线, 并做好开放飞行前的安全检查。

(5) 新铺筑的沥青混凝土道面的表面温度冷却至低于50℃时, 方可开放机场, 允许飞行使用。如果道面温度较高, 自然降温时间紧迫, 必要时可用洒水车洒水冷却, 以便将沥青跑道尽早交付使用与保证飞行。

5.   结语

空军及民航等机场成功地对旧水泥混凝土道面采用沥青进行盖被, 不但取得了明显的经济效益和社会效益, 而且沥青道面表现出了经久耐用、无接缝、飞行平稳舒适、维修方便等优点, 故中国越来越多的机场采取这种方法对旧道面进行改造。结合多个机场沥青盖被工程的实践, 对沥青混合料摊铺机械的配置与铺筑方法进行了系统的分析, 为机场道面沥青盖被的施工组织与设计提供技术依据与方法, 提高了道面沥青盖被的质量。