第四章民航机场水泥混凝土道面设计

3、混凝土道面板刚度半径
lp

4
D k

4
Ec h3 103 12 1 uc2 k j
－Winkler地基板的相对刚度半径
Ec 混凝土的弯拉弹性模量(MPa) K j 基层顶面反应模量(MN / m3)
4、板边弯矩及应力计算
根据板边弯矩影像图 中比例尺，在透明质 上绘制一个轮印：

0.75nwWt 100T
Nst
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。
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
Lt
Pt 104 5.227q
Wt 0.6Lt
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)。
民航机场水泥混凝土道面设计
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。
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
稠度
Bm

wL wL
wm wP
表4-2 土基干湿类型划分
土基干湿类型 干燥 中湿 潮湿 过湿
砂质土
Bm 1.20
粘质土
Bm 1.10
粉质土
Bm 1.05
1.20 Bm 1.00
1.10 Bm 0.95 1.05 Bm 0.90
1.00 Bm 0.85 0.95 Bm 0.80 0.90 Bm 0.75
石灰土 二灰土 石灰碎（砾）石土
当量系数 0.6～0.9 0.6～0.8 0.8～1.0 0.9～1.1 0.9～1.3 1.0～1.3 1.1～1.3
材料名称 石灰粉煤灰碎（砾）石
水泥砂砾 水泥碎石 沥青碎石 沥青混凝土 贫混凝土 碾压混凝土
当量系数 1.2～1.4 1.2～1.4 1.3～1.5 1.3～1.5 1.6～1.8 1.6～1.8 1.8～2.0
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
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。
6.水泥混凝土设计强度fcm、弯拉弹性模量Ec及泊松比uc
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。
水泥混凝土弯拉弹性模量
设计强度ƒcm (MPa) 弯拉弹性模量Ec(MPa)
4.5 36000
(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。
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
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
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：
6、板厚验算
m nei 0.8 1.1
N i1 ei
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：
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。
1.设计荷载
设计飞机主起落架上的轮载
Gp Pt ncnw
Pt -飞机主起落架上的轮载（KN）；
G -飞机重量（KN）； p -主起落架荷载分配系数；
nc -主起落架个数；
nw -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
ne
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
－板边弯矩影响图法
Lt

l pLt lp
Wt 0.6Lt
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
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。
板边弯矩影响图
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。
Ku

PB 0.00127
0.30～0.50 0.40～0.65 0.40～0.65 0.50～0.80
0.40～0.60 0.50～0.80 0.50～0.80 0.60～0.90
1.51～2.00 0.50～0.70 0.60～0.95 0.60～1.10 0.80～1.20
>2.00 0.60～0.95 0.70～1.20 0.75～1.30 0.90～1.50
或Ku

70.00 lB
不利季节修正：
K0

d du
Ku
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。
Kj
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。
m
hje hj j
j 1
材料名称 天然砂砾
混石 级配碎（砾）石 干压碎石（填隙碎石）
Bm 0.85
Bm 0.80
Bm 0.75
填挖类型 填方 挖方及零填
表4-3 道床最小强度要求
土基顶面 以下深度（m）
填料最小强度（CBR）(%) 飞行区指标Ⅱ A、B
C、D、E、F
0～0.3
6
8
0.3～0.8
4
5
0～0.3
6
8
0.3～0.8
/
4
表4-4 道床最小压实度要求
填挖类型 填方
5.0 37000
5.5 38000
uc 0.15
二、新修道面厚度计算
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
第2种机型ne2
ห้องสมุดไป่ตู้
第m种机型ne
板边弯矩影响图→ Me1 →σe1 → σp1
板边弯矩影响图→ Me2 →σe2 → σp2
厚应使各机型叠加的疲劳程度比等于1左右。 m nei 0.8 1.1
N i1 ei
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
一、设计参数
1.设计荷载 2.设计年限 3.累计作用次数
4.土基反应模量k0 5.基层顶面反应模量kj 6.水泥混凝土设计强度fcm、弯拉弹性模量Ec及泊松比uc
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。
疲劳方程：Ne1 1014.04815.117 p1 fcm 疲劳方程：Ne2 1014.04815.117 p2 fcm
ne1
ne2
N e1
Ne2
NO
m nei 0.8 1.1
N i1 ei
OK
h
板边弯矩影响图→ Me2 →σe2 → σp2
N 1014.04815.117m fcm em nem N em
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
面层 基层 垫层 压实土基
道面结构层
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？
二、垫层
什么情况下设垫层？ 水、温或土质状况不良的地区 ； 道面结构总厚度 不满足最小防冻层厚度。
土基干 湿类型
中湿地 段
潮湿地 段
表4-6 最小防冻层厚度
土基土质
当地最大冻深（m）
0.50～1.00
1.01～1.50
低、中、高液限粘土
粉土，粉质低、中液 限粘土
低、中、高液限粘土
粉土，粉质低、中液 限粘土
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
Me

ql
2 p
Nb
1010
板边应力
e

6M e h2
104
p (1 ) e
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
N 10 14.04815.117 p fcm e
挖方及零填
土基顶面 以下深度（m）
0～0.3 0.3～0.8 0～0.3 0.3～0.8
压实度（%）
飞行区指标Ⅱ
A、B
C、D、E、F
95
96
95
96
94
96
/
94
表4-5 土基填方压实度标准
土基顶面以下深度
0.8～4.0 4.0以下
压实度（%） 飞行区指标Ⅱ A、B 94 92
C、D、E、F 95 93