李 柯， 邵 斌， 何小科， 陈奇奇

(1.空军工程大学航空工程学院,陕西 西安 710038；2.中国人民解放军91867部队， 浙江 金华 322000；3.中国人民解放军91727部队，浙江 宁波 315020)

近年来，运输机奔赴国内外陌生机场执行各种军事行动，如参与抢险救灾、战略投送等。对于机场而言，道面是最重要的基础设施，应满足机型的使用需要，即道面应具有适航性。道面适航性需要通过一定的技术手段评价，构建科学合理可行的基于适航要求的机场水泥混凝土道面(以下简称“水泥道面”)性能评价指标体系是快速、准确评价道面适航性的前提和基础。

国内外研究者对机场道面性能、公路路面性能等方面做了大量的研究，取得丰富的成果。美国长期以来致力于机场道面管理评价研究。1970年，美国陆军建筑工程研究所经过数年调查研究，提出了道面状况指数(PCI)作为道面损坏状况的评价指标，并给出一整套调查、计算、分析和评价的方法，相关研究成果已被世界上许多国家和机构采纳[1]。美国国防部更新了《运行和维护手册：道面损坏状况调查标准规程》[2]，美国联邦航空局(FAA)以咨询通告的形式发布了多个技术文件，主要有：《机场道面强度报告标准方法—PCN》[3]《机场道面无损检测评估技术》[4]《机场道面平整度测量的准则和程序》[5]《机场道面抗滑测量、施工和维护》[6]。

我国道面管理评价标准体系，上世纪末从国外引入，借鉴ICAO、FAA的标准规范，经过20 a左右的发展，逐步形成了比较完整的管理评价规范，主要包括：军用机场水泥混凝土道面评价体系[7-8]、《民用机场道面评价管理技术规范》[1]《民用机场道面现场测试规程》[9]等成果，用于指导道面管理评价工作。

2012年，张罗利[10]从道面性能指标检测、评价、预测、维护决策等方面全面分析了军用机场道面评价体系。2016年，袁捷等[11]以机场管理系统为平台，提出了中国机场道面管理系统分析优化理论模型，涵盖了道面性能评价、性能预估模型及维护决策模型。2017年，凌建明等[12]采用MATLAB/Simulink仿真，综合评价国际平整度指数(IRI)对于机场道面平整度评价的适用性。2019年，凌建明等[13]分析了PCI的计算方法，建议取消现场道面“单元”划分，在道面“区块”的基础上计算道面PCI，按照面积大小加权平均计算道面“部位”PCI。2020年，凌建明等[14]基于世界范围内机场道面的平整度数据，分析了IRI与三米直尺最大间隙平均值(S)的相关性。

大多数学者研究主要集中在道面性能方面，但机型的针对性考虑较少，道面性能的影响因素多、评价指标多。因此，基于适航要求的水泥道面性能适航评价指标体系研究，应在分析现行军民用机场水泥道面评价体系的基础上，满足快速准确要求，考虑机型特点，从结构性能、功能性能等方面遴选评价指标，立足现有调查测试仪器、评价方法，构建科学合理可行的评价指标体系。

1 现行水泥道面性能评价指标体系

现行的水泥道面评价体系，可分为军用标准和民用规范。军用标准，从外观质量、平整度、防滑性能和承载强度等四个方面评价道面性能；民用规范，从道面损坏状况、道面结构性能、道面功能性能(含抗滑性能、平整度、排水性能)评价道面性能，评价指标体系见表1。

表1 现行水泥道面性能评价指标体系

2 基于适航要求的水泥道面性能评价指标体系初建

道面性能评价一般包括损坏状况调查与评价、结构性能和功能性能(平整度、抗滑性能等)测试与评价。通过对比分析，军民用机场水泥道面评价指标体系在各自行业发挥重要的作用，从评价内容上看，两者基本一致，但具体的评价指标及标准有所不同。综合水泥道面评价指标体系，构建了基于适航要求的水泥道面性能评价指标体系初步框架，如图1所示。

图1 基于适航要求的水泥道面性能评价指标体系初步框架

3 水泥道面性能评价指标分析

道面性能评价指标多，测试手段多，计算方法不尽相同，各个评价指标的侧重点和适用范围也有所不同。在军用飞机使用机场道面的背景下，需要选择更合适的评价指标及相应的测试手段或计算方法，满足准确、快速评价道面适航性的要求。

基于适航的道面评价指标体系的构建是一项复杂系统的工作，指标的遴选是构建指标体系的关键，指标应当满足科学性与可行性、系统性与层次性、全面性与代表性、独立性与相关性、导向性与前瞻性、定量与定性、动态和静态的统一等原则，不能随意选取[15]。也就是说，基于适航的道面评价指标体系，既要针对机型、满足适航需要，科学合理、层次清晰，快速高效、准确可行，同时指标也不能冗余繁杂。下面，从调查测试手段、计算原理、适用性、优缺点等方面具体分析道面性能各个评价指标。

3.1 道面损坏状况

在机轮荷载和外界环境的作用下，随着使用时间的推移，道面会逐渐出现填缝料损坏、板底脱空、板块断裂、补丁补块等各种病害，道面性能逐渐降低，通常采用道面损坏状况来表征。道面损坏状况的评价指标有PCI、SCI、L，经过调查、识别、统计道面病害，计算得到评价指标的数值。一般情况下，采用人工目视的方式，进行全面调查。军用标准要求调查10种损病害类型，民用规范要求调查15种损坏病害类型，两者均涵盖了裂缝类、接缝类、竖向类、表层类、修补类等五大类损坏类型，仅个别病害类型有所差异。从病害类型、调查分区、计算方法、指标分级及差异、优缺点等方面对比分析了评价道面损坏状况的3个指标PCI、SCI、L，总结如表2所示。

表2 道面损坏状况调查与评价

由表2可知，PCI、SCI、L均可评价道面整体的损坏状况，SCI主要反映道面的结构损坏状况；PCI、L反映道面整体的损坏状况，与道面结构性能、功能性能均有一定的相关性。与L相比，PCI要求对道面病害鉴别更细致，对道面状况的描述更准确，也更贴合道面性能实际。因此，可以利用PCI评价道面的损坏状况。

3.2 道面结构性能

道面结构性能，是道面承受机轮荷载和抵抗温度作用的能力，是道面最重要的性能[1,16]。道面承载能力反映道面结构的整体性能和综合性能，能够表征机型对道面强度的要求，选择道面承载能力作为道面结构性能的评价内容。评价道面承载能力的方法主要有两种：一种是ACN-PCN评价法，评价指标为PCN值；另一种是道面设计厚度复核法，评价指标为道面结构适应性厚度(he)。从评价方法、计算模型及参数、主要特点、测试方法、优缺点等方面对比分析了两种评价方法的各自特点，总结如表3所示。

由表3可知，道面测试是承载能力评价的前提，道面承载能力测试内容较多，其中弯沉测试最为复杂繁琐。以落锤式弯沉仪(FWD)和重锤式弯沉仪(HWD)为代表的弯沉测试，通过道面的荷载响应准确反映道面的基础情况和道面面层的材料性能，是世界上各个国家最主要的道面结构测试方法，具有原位测试、速度快、不破坏道面结构等优点，是一种高效的道面无损检测方式，测试时应优先选用。

通过对比分析可知，ACN-PCN评价法是国际通用的道面承载能力评价方法，能够反映道面结构的整体性能，侧重于机型的适应性分析；而道面设计厚度复核法按照设计的流程计算一定交通量所需的道面厚度，侧重于航空交通量的适应性分析，因此采取PCN值评价道面承载能力。

表3 道面承载能力评价方法

3.3 道面功能性能

道面功能性能包含3个方面的内容，主要是指平整度、抗滑性能、排水性能。

3.3.1 平整度

平整度是表征道面表面特性的重要指标，也是道面一项重要的功能性能。道面平整度，是指道面表面相对于理想平面的偏差，对飞机滑跑的动力性能、行驶质量和道面承受动力荷载的数值特征起着决定性作用[5,15]。道面的不平整给飞行任务带来潜在的不安全因素，加速飞机机械性能的衰减和道面的损坏。但机场道面不可能是理想的平面，一是由于施工的允许偏差，道面产生固有的不平整；二是受机轮荷载和环境因素的长期反复作用，道面会产生新的不平整度。

世界各国曾提出很多道面平整度测定的方法和仪器，可以分为三类：一是断面类平整度指标，二是反应类平整度指标，三是主观评估法。从指标主要特点、测试方法、优缺点等方面对比分析道面平整度的评价指标，总结如表4所示。

由表4的对比分析可知，道面平整度评价指标众多，BBI、IRI、S及邻板差等较为常用。从测试设备的角度来看，三米直尺法和纵剖面高程变量均方差法所用设备简单常用；IRI法在道路和机场领域应用广泛，测试设备可行；BBI法为我国民航借鉴国外标准提出最新的道面平整度评价指标，目前国内针对BBI的适用性研究不多，多以仿真为主，测试设备相对较少，应用案例相对较少。从测试效率的角度来看，三米直尺法和纵剖面高程变量均方差法均是手动量测、统计计算，BBI、IRI均是自动采集数据计算，较三米直尺法和纵剖面高程变量均方差法更加高效。从相关性来看，有研究表明，S与IRI高度线性相关，相关系数为0.96[14]，IRI在一定程度上能够替代S。从适用性的角度来看，三米直尺法最适用于道面施工质量控制，BBI、IRI适用于运营阶段道面性能的管理评价。因此，从可行性、适应性、测试与评价效率等方面分析，选用IRI评价道面平整度，并采用激光平整度仪测试。

表4 道面平整度评价指标

3.3.2 抗滑性能

道面抗滑性能影响飞机着陆滑跑安全，道面抗滑性能不良时，会造成飞机行驶和制动困难，必须保证飞机对道面抗滑的要求[1,6]。评价道面抗滑性能的指标主要有摩擦系数(f)、构造深度(Hs)。经查阅道面设计、施工、评价标准规范以及相关文献，从指标主要特点、测试方法、优缺点等方面对比分析道面抗滑性能的两个评价指标，总结如表5所示。

通过表5对比分析，抗滑性能评价指标为摩擦系数和构造深度，但测试方法和设备多样。从测试设备的角度来看，铺砂法、摆式摩擦仪，测试仪器携带方便、方法简单，是定点测试道面抗滑性能的方法，能够反映道面测点处的抗滑性能，但在反映一段距离道面整体的抗滑性能时不如连续式抗滑性能测试方法，测试工作量大，难以满足高效便捷的测试要求。水泥道面通常采取刻槽的方法以满足道面横向排水的需要，而最常用的铺砂法不适用于刻槽的水泥道面；摆式摩擦仪测定摩擦系数的方法更适用于沥青道面。从相关性来看，有研究表明，f与Hs线性相关，相关系数为0.74，f在一定程度上能够替代Hs[15]。跑道摩阻测试车作为最常用的连续式摩擦系数测试设备，数据采集、传输、记录和处理均由专业软件自动控制，测试速度快，能够模拟道面与轮胎摩擦的状态，通过车载计算机分析，快速给出道面摩擦系数，更加适应于运营管理阶段道面抗滑性能评价。

表5 道面抗滑性能评价指标

因此，从可行性、适应性、测试与评价效率等方面分析，选用连续式抗滑性能测试设备测试的摩擦系数评价道面抗滑性能，并采用跑道摩阻测试车测试。

3.3.3 排水性能

民用规范将排水性能作为道面功能性能的一个评价指标，排水性能主要与道面横坡相关，通常水泥道面采取刻槽等手段快速排水，排水性能与承载能力、平整度、抗滑性能等指标相比，重要性相对较低。因此，在道面性能适航评价方面，可不将其作为评价内容。

4 基于适航要求的水泥道面性能评价指标体系的建立

通过道面各个方面性能和评价指标的比对筛选，可以构建基于适航的水泥道面性能评价指标体系。指标体系共分为3层:第1层为目标层，总目标为水泥道面适航能力；第2层为准则层，是道面适航的评价内容，包括承载能力、平整度、抗滑性能；第3层为评价指标层，具体为：PCN值(ACN-PCN评价法)、IRI(测试设备激光平整度仪)、f(测试设备跑道摩阻测试车)。