第四章-民航机场水泥混凝土道面设计

民航机场水泥混凝土道面设计1.道面结构层组合设计2、板厚设计（重点）3、分块设计4、接缝设计5、水泥混凝土加铺层设计民用机场刚性道面设计内容：根据机型、交通量大小、土基土质条件、水文地质情况、材料供应等情况，并结合当地自然环境等因素，初步确定面层、基层、垫层及土基等结构层类型、材料、厚度等，并进行技术经济分析比较。见《民用机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范》(MH5006-2002)将水泥混凝土道面分割成有限尺寸板，以减小混凝土内部的温度应力，防止混凝土道面出现断裂。分块原则：1）正方形或接近正方形，矩形板的长宽比1.25：1～1：1，板宽4-6m。2）平面尺寸种类不宜过多，以减少模板种类，便于施工。3）规则板的尺寸应与跑道、滑行道、停机坪等尺寸协调。4）双面坡跑道的中心线应与纵缝重合，切忌将跑道中心线位于板中。5）滑行道、联络道上的板，应保证使用该机场主要飞机的主轮位于板的中部6）分块接缝宜采用“井”字形。把独立的板块用适当形式的接缝联结为一个整体，使板间提供足够的传递荷载的能力，从而提高道面的整体强度。按功能划分：缩缝、胀缝、传力杆缝和拉杆接缝。按接缝形式：企口缝、平缝和假缝。道面出现严重缺陷、功能下降；或随着交通量增加，当初设计的加道面强度不能满足使用要求时，需要进行加铺。内容一、道面结构层组合设计二、普通混凝土板厚计算三、分块设计四、接缝设计五、水泥混凝土加铺层设计六、其他设计方法简介及进展面层基层垫层压实土基道面结构层指根据机型、交通量大小、土基土质条件、水文地质情况、材料供应等情况，并结合当地自然环境等因素，初步确定面层、基层、垫层及土基等结构层类型、材料、厚度等，并进行技术经济分析比较一、土基要求土基干燥、密实、有足够的承载强度及水稳定性。路基干燥状态？密实程度衡量？承载强度衡量？LmmLPwwBww1.20mB1.10mB1.05mB1.201.00mB1.100.95mB1.050.90mB85.000.1mB80.095.0mB75.090.0mB85.0mB80.0mB75.0mB表4-2土基干湿类型划分土基干湿类型砂质土粘质土粉质土干燥中湿潮湿过湿稠度表4-3道床最小强度要求填挖类型土基顶面以下深度（m）填料最小强度（CBR）(%)飞行区指标ⅡA、BC、D、E、F填方0～0.3680.3～0.845挖方及零填0～0.3680.3～0.8/4表4-4道床最小压实度要求填挖类型土基顶面以下深度（m）压实度（%）飞行区指标ⅡA、BC、D、E、F填方0～0.395960.3～0.89596挖方及零填0～0.394960.3～0.8/94表4-5土基填方压实度标准土基顶面以下深度压实度（%）飞行区指标ⅡA、BC、D、E、F0.8～4.094954.0以下9293二、垫层什么情况下设垫层？水、温或土质状况不良的地区；表4-6最小防冻层厚度土基干湿类型土基土质当地最大冻深（m）0.50～1.001.01～1.501.51～2.002.00中湿地段低、中、高液限粘土0.30～0.500.40～0.600.50～0.700.60～0.95粉土，粉质低、中液限粘土0.40～0.650.50～0.800.60～0.950.70～1.20潮湿地段低、中、高液限粘土0.40～0.650.50～0.800.60～1.100.75～1.30粉土，粉质低、中液限粘土0.50～0.800.60～0.900.80～1.200.90～1.50最小防冻层厚度与土基干湿类型、土质及当地最大冻深有关道面结构总厚度不满足最小防冻层厚度。垫层材料：可采用颗粒材料（砂、砂砾、碎石、炉渣、山皮石、混渣、分解稳定的钢渣等），也可采用石灰、粉煤灰稳定土或水泥稳定土等。压实度：比基层要求稍低。三、水泥混凝土道面板------机轮荷载主要靠道面板承受及扩散，主要受力构件。材料要求：高强度、抗腐蚀、耐磨、抗冻（寒冷地区年最低月平均气温0～-10℃的地区，道面混凝土抗冻标号应不低于F200；年最低月平均气温小于-10℃的地区，道面混凝土抗冻标号应不低于F300）；厚度要求：新建道面水泥混凝土板的厚度，飞行区指标Ⅱ为A、B时不应小于200mm，飞行区指标Ⅱ为C、D、E、F时不应小于240mm。施工要求：纹理、刻槽五、道肩------保护飞机发动机；保护道面板、车辆交通、防止杂草遮掩灯。跑道横断面图内容一、道面结构层组合设计二、普通混凝土板厚计算三、分块设计四、接缝设计五、水泥混凝土加铺层设计六、其他设计方法简介及进展要点：1、临界荷位：主起落架机轮位于半无限大板自由边的边缘（在板底产生的弯拉应力最大）。2、采用“板边弯矩影响图”计算多轮荷载产生的荷载应力；3、接缝传荷系数采用0.25（考虑实际道面接缝情况，近似认为25%的荷载传到邻板上）；4、根据混凝土的疲劳方程分别确定各种飞机容许作用次数Nei，设计的板厚应使各机型叠加的疲劳程度比等于1左右。10.81.1meiieinN一、设计参数二、新修道面厚度计算三、道面减薄四、板厚设计例题1.设计荷载2.设计年限3.累计作用次数4.土基反应模量k05.基层顶面反应模量kj6.水泥混凝土设计强度fcm、弯拉弹性模量Ec及泊松比uc一、设计参数tcwGpPnn设计飞机主起落架上的轮载1.设计荷载tPGpcnwn-飞机主起落架上的轮载（KN）；-飞机重量（KN）；-主起落架荷载分配系数；-主起落架个数；-一个主起落架的轮子数2.设计年限水泥混凝土道面设计寿命宜为30年，也可按特定使用要求确定。3.累计作用次数0.75100wtesnWnNtTne—设计年限内某机型累计作用次数；WT—飞机主起落架一个轮印宽度(mm)；nw—一个主起落架的轮子数T—通行宽度(m)，是指飞机主起落架75%轮迹所占的宽度，可取2.3m；Ns—设计年限内该飞机年均运行次数，根据调查和预测确定；t—设计年限，水泥混凝土道面的设计年限宜采用30年，也可按特定使用要求确定。4.土基反应模量k0试验方法测试设备：承载板直径D=76cm。k值与承载板直径也有关，D越小，k越大，但当D≧76cm时，k趋于稳定。测试方法：采用一次加载法分级逐级加载，得到P-l曲线。K0取值：软基，取l=1.27mm；坚硬地基，取P=0.07MPa时的值。70.000.00127BuuBPKKl或不利季节修正：0uudKKd5.基层顶面反应模量kj可根据土基反应模量k0和基层当量厚度hje查图确定。jK基层当量厚度hje由基层各材料层厚度乘以其当量系数相加而得。1mjejjjhh材料名称当量系数材料名称当量系数天然砂砾0.6～0.9石灰粉煤灰碎（砾）石1.2～1.4混石0.6～0.8水泥砂砾1.2～1.4级配碎（砾）石0.8～1.0水泥碎石1.3～1.5干压碎石（填隙碎石）0.9～1.1沥青碎石1.3～1.5石灰土0.9～1.3沥青混凝土1.6～1.8二灰土1.0～1.3贫混凝土1.6～1.8石灰碎（砾）石土1.1～1.3碾压混凝土1.8～2.06.水泥混凝土设计强度fcm、弯拉弹性模量Ec及泊松比uc0.15cu设计强度ƒcm(MPa)4.55.05.5弯拉弹性模量Ec(MPa)360003700038000水泥混凝土弯拉弹性模量飞行区指标Ⅱ为A、B的机场，其水泥混凝土设计强度不应低于4.5MPa；飞行区指标Ⅱ为C、D、E、F的机场，其水泥混凝土设计强度不应低于5.0MPa。准备数据：1、交通调查及预测。确定机型（m种）及相应的年均运行次数Ns；2、土基模量k0→基顶模量kj。拟定板厚h第1种机型ne1板边弯矩影响图→Me1→σe1→σp1114.04815.117110pcmfeN疲劳方程：11eenN第2种机型ne2板边弯矩影响图→Me2→σe2→σp2214.04815.117210pcmfeN疲劳方程：22eenN第m种机型ne板边弯矩影响图→Me2→σe2→σp214.04815.11710mcmfemNememnN10.81.1meiieinNNOOKh二、新修道面厚度计算1、临界荷位临界荷位为飞机荷载在半无限大弹性地基板内产生最大弯拉应力时的荷载位置，一般为机轮位于板缝处且与板缝相切或成垂直的位置，具体要通过计算确定。2、轮印计算4105.227ttPLq0.6ttWLLT—轮印长度(mm)；WT—轮印宽度(mm)；Pt—主起落架上的轮载(kN)；q—飞机主起落架轮胎压力(MPa)。3、混凝土道面板刚度半径－Winkler地基板的相对刚度半径3344210121cpcjDEhlkuk3()(/)cjEMPaKMNm混凝土的弯拉弹性模量基层顶面反应模量4、板边弯矩及应力计算－板边弯矩影响图法根据板边弯矩影像图中比例尺，在透明质上绘制一个轮印：pttplLLl0.6ttWL按照上述比例尺将一个起落架按照比例（轮距）绘制在透明质上：0点板边弯矩影响图1951年G.皮克特和G.K.雷将H.M.S.韦斯特加德和A.H.A.霍格的理论公式,制成24张影响图，其中最有用的为板边弯矩影响图和板中弯矩影响图。将带有轮印的透明纸0点与板边弯矩影响图0点叠合，数轮印覆盖格数Nb：板边弯矩21010epbMqlN板边应力42610eeMh(1)pe考虑接缝传荷能力的影响5、根据各机型的计算应力计算容许作用次数14.04815.11710pcmfeN6、板厚验算10.81.1meiieinN三、道面减薄跑道端部、平行滑行道以及其它主要滑行道可采用相同的混凝土板厚度。跑道宽度不小于45m并且设有平行滑行道时，跑道中段（距离跑道两端入口的距离不小于800m的范围）的混凝土板可减薄至跑道端部混凝土板厚度的0.9倍。跑道宽度不小于45m并且设有平行滑行道时，跑道横断面两侧的混凝土板经技术经济比较可适当减薄，并满足以下要求：(1)距跑道中心线0.3倍跑道宽度范围内不应减薄；(2)在有滑行道或者规划滑行道穿越处，减薄后的混凝土板厚度不应小于相连接的滑行道混凝土板厚度；(3)两侧混凝土板减薄后的厚度不应小于同一横断面处中部混凝土板厚度的0.8倍；(4)两侧混凝土板的减薄应采用一块或两块过渡板，不应突变，并且减薄后基层顶面应有坡向跑道外侧的横坡。四、板厚设计例题内容一、道面结构层组合设计二、普通混凝土板厚计算三、分块设计四、接缝设计五、水泥混凝土加铺层设计六、其他设计方法简介及进展1、基本要求水泥混凝土板宜具有矩形。矩形板的平面尺寸变化宜尽量减少。位于边、角及弯道处的非矩形板，其短边长不宜小于1m，板角不宜成锐角或大于180°的角。分块裂缝不应错缝，在道面交接、交叉处出现错缝时，应采取胀缝或平缝隔开。滑行道的分块宜使主要飞机的主起落架在板的中部通过。双面坡跑道的中心线应与纵缝重合，切忌将跑道中心线位于板中。2、板的平面尺寸板的平面尺寸应根据当地气温、板厚、所采用的集料和施工工艺确定。矩形板板宽宜取4～5m，板宽与板长之比以1:1～1:1.25为宜。板长不宜小于3m。厚度小于250mm的板，板长不宜超过5m；厚度等于或大于250mm的板，板长不宜超过6m。当遇到下列情况时应采用钢筋混凝土板。(1)板的平面尺寸超过了上述规定的尺寸；(2)板下埋有排水管沟或其他设施，使板内可能产生应力集中而造成板的破坏；(3)预计基础可能产生不均匀沉陷或在不良地质条件的地段。3、道肩分块当采用现浇水泥混凝土作道肩面层时，其分块应视道肩宽度以及相邻道面板的分块尺寸而定，尺寸以1.5～3m为宜。分块宜接近或为正方形。一、道面结构层组合设计二、普通混凝土板厚计算三、分块设计四、接缝设计五、水泥混凝土加铺层设计六、其他设计方法简介及进展内容接缝的作用隔离（避免不规则断裂、施工）；连接（将板块连接成一个整体，共同受力）；密封（防止漏水）按照方向分：纵缝(longitudinaljoint)、横缝(transversejoint)按照功能：施