关于机场水泥混凝土道面最小防冻层厚度的再讨论

请浏览岑国平机场工程人家2024-01-2409:16发表于北京的文章关于机场水泥混凝土道面最小防冻层厚度的再讨论

《民用机场水泥混凝土道面设计规范（征求意见稿）》

讨论之十五

在2023年12月27日民航局发布的《民用机场水泥混凝土道面设计规范（征求意见稿）》（以下简称征求意见稿）4.2.9条中，对季节性冰冻地区最小防冻层厚度进行了修改，较大幅度地提高了防冻层厚度。笔者根据自己的研究，并对照了相关的规范，提出如下意见进行讨论。

1、土基土质问题

道面冻胀量的大小，与土基土质有极大关系。在现行《民用机场水泥混凝土道面设计规范》及征求意见稿中，土质一栏只有低、中、高液限粘土和粉土，粉质低、中液限粘土两栏，见表1和表2。也就是说，只有遇到这种类型的土才需要满足规范中最小防冻层厚度要求，其它土质没有明确要求。

表1现行《民用机场水泥混凝土道面设计规范》中最小防冻层厚度（m）

注：

1冻深大或挖方及地下水位高的地段，或基、垫层为隔温性能稍差的材料，应采用高值；冻深小或填方地段，或基、垫层为隔温性能良好的材料可采用低值；

2在冰冻地区的潮湿地段，不应采用石灰土作基（垫）层；

3冻深小于0.50m的地区，可不设防冻层。

表2《民用机场水泥混凝土道面设计规范》征求意见稿中最小防冻层厚度（m）

注：

1冻深大或挖方及地下水位高的地段，或基、垫层为隔温性能稍差的材料，宜采用高值；冻深小或填方地段，或基、垫层为隔温性能良好的材料可采用低值。

2冻深小于0.50m的地区，可不设防冻层。

3挖方区采用非冻胀材料换填、填方区采用非冻胀材料填筑时，按()内取值。

4为防止不均匀冻胀，新建道面、道肩结构层总厚度宜相同。新老道面相接处、道面与其他硬化铺筑面和构筑物相接处宜设置变厚度的过渡段，避免不均匀冻胀造成错台。

在某高原机场，土基为砂砾石，但含泥量比较高。跑道建成后，出现了明显的冻胀，道肩与道面出现明显的错台，最大达4cm，如图1。为此，我们开展了《青藏高原机场防冻害研究》项目，列入了民航科研专项基金资助项目，并获民航科学技术奖。研究发现当砂砾石含泥量超过一定比例后，冻胀量比较明显。尤其是道肩部位，由于施工期间雨水和施工水的渗入，土基含水量很高，会出现明显的冻胀。因此，对含泥量较大的砂砾石土基，也必须设置防冻垫层。

图1某高原机场砂砾石土基道肩错台

实际上，国内外很多规范都将含泥砂砾石都划分为冻胀土。如我国《公路工程抗冻设计与施工指南》中，细粒土质砾、粘土质砂，粒径小于0.075mm的含量超过15%，且土基处于中等潮湿和过湿时，划分为冻胀土或强冻胀土。《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）中防冻厚度如表3，细粒土质砾、细粒土质砂划分为易冻胀土，极细粉土质砂划分为很易冻胀土，都必须满足最小防冻厚度要求。即土基无论是砾还是砂，粒径小于0.075mm的含量超过15%时都需要考虑防冻层厚度问题。

表3公路水泥混凝土路面结构层最小防冻厚度（m）

注：

1.易冻胀土——细粒土质砾（GM、GC），除极细粉土质砂外的细粒土质砂（SM、SC），塑性指数小于12的粘质土（CL、CH）；

2.很易冻胀土——粉质土（ML、MH），极细粉土质砂（SM），塑性指数大于12小于22的粘质土（CL）；

3.冻深小或填方路段，或者基、垫层采用隔温性能良好的材料时，可采用低值；冻深大或挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层采用隔温性能稍差的材料时，应采用高值；

4.冻深小于0.50m的地区，可不考虑结构层防冻厚度。

无论是现行《民用机场水泥混凝土道面设计设计规范》，还是这次征求意见稿，均没有考虑这一问题，有可能导致前述某高原机场冻胀问题再度出现。因此，建议新规范中将细粒土质砾和细料土质砂土基也列入需要设置防冻垫层的范围。

2、最大防冻层厚度值

从表1与表3的对照可看出，现行《民用机场水泥混凝土道面设计规范》中的最小防冻厚度，与现行《公路水泥混凝土路面设计规范》的差异不是很大。但在这次征求意见稿中，出现了两组数值，第一组无括弧，第二组有括弧，其中有括弧的数值与现行规范一致，而无括弧的数值比括弧内的数值有大幅度增加。

首先看括弧内数值的适用场合，表注3中“挖方区采用非冻胀材料换填、填方区采用非冻胀材料填筑时，按()内取值”。这条说明很难理解。如果在冻深范围内全部用非冻胀材料换填或填筑，那么就不需要设置防冻垫层。如果只在括弧数值范围内用非冻胀材料换填或填筑，以下仍为冻胀土，那么括弧外的数据就无意义。因此不知规范起草者为何意？

在《公路路基设计规范》中，用式（1）计算路基土的总冻胀量：

对水泥混凝土路面，规范中要求高速公路、一级公路的允许总冻胀量≤20mm，二级公路的允许总冻胀量≤30mm。

这一方法的关键是确定路基土的冻胀率，规范中给出了各种土在不同含水率和地下水位条件下的冻胀率范围，可以根据实际情况选取。

笔者认为这一方法概念清晰，方法比较科学，避免了盲目选取防冻垫层厚度带来的浪费。对机场水泥混凝土道面的允许总冻胀量，可参考高速公路的要求，按≤20mm控制，或结合机场的特点，提出更合理的控制指标。

如果设计人员根据《公路路基设计规范》的方法确定防冻垫层的厚度比较困难，仍希望采用简单的查表法，那么可由规范编写人员根据这一原理对不同土质条件、不同土壤湿度和地下水位情况进行分类计算归纳，得出更加科学合理的查算表。

3、防止道肩冻胀问题

季节性冰冻地区，机场道面与道肩产生冻胀错台的现象非常普遍。在征求意见稿的注释中，提出了道肩与道面结构总厚度一致的要求，以减小不均匀冻胀。但实践表明，仅是道肩与道面结构层总厚度一致是不够的。如果道肩面层的厚度比道面厚度薄得多，仍然会出现道肩错台问题。主要有以下两个原因：一是道肩较薄，且混凝土强度要求低，一般不会与道面同时施工，而是在道面施工完成后，再进行道肩混凝土的浇筑。在道面施工过程中，雨水和施工用水顺坡流到道肩区，往往会在道肩附近形成积水，如图2，使土基含水量增大，造成道肩的冻胀大于道面，从而产生错台。

图2施工过程中道肩部位积水

二是道肩一般采用水泥稳定碎石等不透水基层，会阻碍渗入道面基层表面的雨水排出，如图3所示，从而在道面与道肩交界附近积水，加剧道肩的冻胀。

如果道肩与道面采用完全相同的结构，且同步施工，就可避免上述两个问题。对4C类机场，跑道道肩宽仅1.5m，道肩采用不同结构施工非常麻烦。采用同结构可大大简化施工，增加的造价也不多。因此建议在冻胀较严重地区，宽度较小的道肩采用与道面同结构，且整体施工，以标志线区分。而对宽度较大的道肩，主要做好施工过程临时排水措施，避免在道肩附近积水；同时道肩上基层采用透水性材料，使渗入道面内部的雨水能顺利排出。

图3道肩基层阻碍道面渗水的排出

4、结语

对冻深较大的季节性冰冻地区机场，道面防冻层厚度对道面的使用性能和造价有很大影响。征求意见稿还存在不少问题，希望规范编写人员对这些问题开展深入的研究，认真总结机场建设的经验，充分借鉴国内外其它标准规范，使设计更加科学合理。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.民用机场水泥混凝土道面设计规范（MH/T5004-2010）[S]
[2]中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范（JTGD40-2011）[S]
[3]中华人民共和国行业标准.公路路基设计规范（JTGD30-2015）[S]
[4]吉林省水利厅.公路工程抗冻设计与施工技术指南[M].北京：人民交通出版社，2006
[5]岑国平，龙小勇，洪刚等.青藏高原季冻区砂砾土冻胀特性试验[J].哈尔滨工业大学学报，2016年第3期

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