王甫来，刘海伦

(1.青岛国际机场集团有限公司， 山东青岛，266108;2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海市200092)

无损检测方法在机场注浆工程中的应用研究

王甫来1，刘海伦2

(1.青岛国际机场集团有限公司， 山东青岛，266108;2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海市200092)

机场注浆工程属于地下隐蔽工程，对施工质量的把控尤为重要。采用FWD弯沉仪的无损检测方法具有原位测试、速度快、不破坏道面结构等优点，可以对注浆效果进行有效评价。对现有无损检测方法进行了综述，并依托山东某机场实际注浆工程，介绍了基于FWD弯沉测试的注浆效果评价实施方案，提出了机场注浆效果评价的方法。

无损检测;机场;注浆工程;FWD;注浆效果评价

0 引言

通过对道面的不断改扩建，机场道面的使用寿命得以延续。道面基础属于隐蔽工程，通常采用注浆的方法对基础进行处置。注浆具有对道面破坏小，可以在不停航条件下施工的优点，在国内多个机场得到成功应用。由于注浆工程属于地下隐蔽工程，对施工质量的把握及注浆效果的评价尤为重要。相比于有损检测方法，无损检测方法具有原位测试、速度快、不破坏道面结构、检测后不需修补等优点，可在注浆效果评价中发挥重要作用。本文依托实际注浆工程，详细讨论了无损检测方法在注浆效果评价中的应用。

1 无损检测方法综述

机场道面结构检测主要分为无损检测(Non-destructive Testing，NDT) 和 有 损 检 测(Destructive Testing-DT)两类。有损检测技术一般是指现场钻取道面试件的芯样，通过室内实验获得道面结构的参数;无损检测主要包括弯沉检测、地探雷达(Ground-Penetrator Radar，GPR)、瑞雷波法(Spectral Analysis of Surface Waves，SASW)、红外热成象法(Infrared Thermography，IR)等方法。主要无损检测设备及其分类如图1所示。由于无损检测具有原位测试、速度快、不破坏道面结构，检测后不需修补等优点，在机场道面检测方面有很大优势，因此机场道面结构强度检测多采用无损检测。美国联邦航空局(FAA)在民用机场道面评价技术研究方面处于领先地位，其咨询通报AC (Advisory Circulars):150/5370-11(1976)［1］用于指导基于无损检测方法的道面荷载适应性评价，近年来在道面结构无损检测与评价技术方面开展了较多研究。如AC:150/5370-11 a(2004)［2］介绍了道面弯沉的无破损测试设备和方法，并给出道面结构参数反演方法和程序BACKFAA。国内道面评价技术起步较晚，2009年中国民用航空局颁布《民用机场道面评价管理技术规范》［3］。中国民航机场工程科研基地开展了道面无损检测技术研究，编制了《民用机场飞行区场道现场测试规程》(报批稿)。

图1 无损检测设备分类图

由于挠度能够直观地反映道面结构整体刚度，在道面结构设计与评价中获得了广泛的应用。在各种弯沉检测方法中，以重型落锤式弯沉仪(FWD)为代表的弯沉检测设备能够提供多点弯沉(弯沉盆)信息，而且现场测试速度快，荷载级位调整方便，加载形式与“轮载-道面”相互作用形式较好的吻合，在机场特别是繁忙机场道面检测中具有很大优势，因此，基于FWD弯沉测试的道面结构检测方法已经成为目前国内外道面结构检测的主要手段。FWD通过计算机控制下的液压提升并释放一重锤，从而对道面施加脉冲荷载。荷载大小通过改变锤重和提升高度来调整，并通过刚性圆盘作用到道面上。在离荷载中心一定范围内设定5～9个弯沉传感器，以记录道面表面各点的变形，即动态弯沉盆。根据弯沉盆特性可反算路基道面各层材料的动态弹性模量，作为道面结构性能的评价依据。对于水泥混凝土道面，还可用来判定接缝传荷能力以及板底脱空状况。脉冲式弯沉仪测试示意图见图2。

图2 FWD弯沉测试示意图

GPR探地雷达是近年来发展起来的一种快速无损探测技术。以往通常是采用钻芯方法获取道路的内部信息，如材料损伤、厚度、裂缝和结构分层等。钻芯取样得到的信息准确、直接，但其缺点是只能得到取样点局部的信息，且取样过程费时费力、成本高，还会对道路造成损坏，因此，通常钻芯数量很有限，对大面积评价代表性不足。探地雷达为获取道路内部信息提供了一个较好的方法。该方法是利用介质电性不同原理进行探测的一种电磁波探测方法，具有探测速度快、对探测对象无损害、可得到连续成像信息等优点，在浅层地层结构、地下隐蔽物或隐蔽缺陷的探测方面得到了广泛的应用。探地雷达主要由主控系统和收发系统组成。典型的探地雷达系统如图3所示。然而，探地雷达实际应用中最有效的是道路面层结构与厚度检测，而在道路面层下的隐伏病害的探测与识别解释上存在一定问题，故实际应用较少。

图3 探地雷达系统

2 依托注浆工程介绍

2010年，山东某机场道面检测评估结果显示，停机坪A2区、A3区、A4区和A5区的脱空率高达100%、94.6%、51.7%和100%。脱空区域位置示意见图4中阴影部分。

图4 脱空区域位置示意(阴影部分)

道面板底脱空的存在使得基层对道面板块的支撑作用降低，从而使道面板块内的荷载应力增大，导致道面结构承载能力下降。研究表明，脱空严重时道面板块内的荷载应力会增大80%以上。脱空板块在飞机荷载作用下易产生突发性断板现象，严重影响飞机正常运行安全。

目前，对道面板底脱空较为有效的处治方式是注浆。通过注浆，可以填充道面板与基础间空隙，使道面板底的支撑条件得到有效改善，道面结构的受力条件得到改善，同时可以增强基础整体稳定性，而且可以提高基层的强度和刚度。注浆法具有对道面破坏小，可以在不停航条件下施工的优点，在国内多个机场得到成功应用。本次采用注浆法处治停机坪区域脱空现象。由于注浆是将水泥或其它浆液注入道面板底基础空隙之中，通过挤压等方式填充道面板基础中存在的空隙，属于地下隐蔽工程，对施工质量的把控尤为重要。

3 FWD检测实施方案

采用FWD落锤式弯沉仪原位测试的方法可以对注浆效果进行评价。具体方法为:在注浆前对施工区域道面进行抽样弯沉测试，并对所有测点进行精确定位和现场标注，待注浆养护后再对这些点位进行原位测试。

现场测试时，现场测试起点应设置明显标注，便于注浆完成后进行原位测试。A2-A4区域沿相应道面滑行线两侧各布置一条测线，相邻测试板块拟平均间隔2块板，中线两侧测点交叉布置;A5布置4条测线覆盖注浆区域。每条测线测点间平均间隔3块板。现场测线分布示意见图5。

对每块测试板选取板边中点、板块中心以及板角3个测点分别进行弯沉测试(见图6)。综上，A2～A5停机坪注浆区域共计测试板块约260块，单次测试测点总数约780组，注浆前后总计测点约1 560组。

图5 FWD测线布设方案

图6 板块FWD荷载点位布置示意图

4 注浆效果评价方法

基于注浆前后的两次FWD弯沉原位测试，注浆效果可以通过以下3个方面进行评价:基础均匀性、脱空及接缝传荷、道面结构承载能力。

4.1 基础均匀性评价

对所有测点弯沉测试数据(D0点弯沉)的分布规律进行统计分析，通过前后两次测试数据的变异系数的变化可以反应基础均匀性的变化，注浆后D0点弯沉变异系数较注浆前变小则表明基层均匀性得到了提高;通过对每个测点的注浆前后弯沉测试数据(D0点弯沉)的对比来评价注浆效果。

4.2 脱空及接缝传荷评价

飞行区板块的接缝传荷能力以弯沉比传递系数Lw作为评价指标，现场测试时传感器布置如图7所示。板边、板角脱空情况的判定指标采用“板边/板中”和“板角/板中”弯沉的比值，判定标准采用《民用机场道面评价管理技术规范》(MH/T5024-2009)［3］中推荐的技术标准(见表1)。

图7 接缝传荷能力测试传感器布置示意图

表1 接缝传荷能力分级标准(Lw标准)

考虑到接缝传荷性能对道面弯沉以及脱空判定结果的影响，脱空状况修正标准进行脱空判定，标准见表2。

表2 道面板底脱空状况评价结果

4.3 道面结构承载能力评价

通过弯沉分析、结构层模量反算以及ACNPCN计算评价注浆后的道面结构承载能力，以验证注浆处治效果。

4.3.1 弯沉分析

通过对每个测点的注浆前后弯沉测试数据(D0点弯沉和D8点弯沉)的对比，以及FWD弯沉盆形态分析来评价注浆效果。其中D0值主要与道面整体结构强度有关，而D8值主要与基础刚度有关。

4.3.2 结构层模量评价确定

水泥混凝土弹性模量、基层顶面反应模量等参数宜通过FWD弯沉测试数据进行反演分析和计算。其中，基层顶面反应模量K值的大小是注浆评估中的重要技术参数。根据FWD弯沉盆数据进行模量反演时，宜采用基于弯沉盆面积指数的结构参数反演方法计算，弯沉盆面积指数的技术要求可参照《民用机场道面评价管理技术规范》，水泥混凝土的弹性模量Er和基层顶面的反应模量K的反演计算公式如下:

式中:K为基层顶面的反应模量，MN/m3;q为FWD测试承载板接地应力，MPa;r为FWD测试承载半径，取值为0.15 m;(l)为荷载中心位置处的弯沉

式中:Er为水泥混凝土板的弹性模量，GPa;μ为水泥混凝土材料的泊松比，取值为0.15;l为道面结构的相对刚度半径，m;h为道面结构的有效厚度，m。

4.3.3 ACN-PCN技术评价

国际民航组织于1983年在《机场设计手册》(Aerodrome Design Manual， Part 3)［4］中正式公布ACN-PCN评价方法，作为通报机场道面强度的标准方法。通过对比机场道面注浆前后的道面PCN数值对注浆效果进行评价。系数，m-1;d0为荷载中心处弯沉值，m。

［1］ Advisory Circular 150/5370-11 Use of Nondestructive Testing Devices in the Evaluation of Airport Pavements［S］， dated 6/5/1976. Federal Aviation Administration， USA Department of Transportation， Washington， D.C.

［2］ Advisory Circular 150/5370-11a Use of Nondestructive Testing Devices in the Evaluation of Airport Pavements dated 2004［S］. Federal Aviation Administration， USA Department of Transportation， Washington， D.C.

［3］ MH/T 5024-2009，民用机场道面管理与评价规范［S］.

［4］ ICAO. Aerodrome Design Manual， Part 3， Pavements， 2nd ed［M］. Montreal: International Civil Aviation Organization， 1983.

U415

B

1009-7716(2015)04-0184-03

2014-12-05

王甫来(1980-)，男，山东胶南人，工程硕士，工程师，从事民用机场工程建设管理工作。