FWD在机场刚性道面结构检测评价中的应用

第11卷第3期中国水运V ol.11
N o.3
2011年3月Chi na W at er Trans port M arch 2011
收稿日期：2011-02-07作者简介：卢
状（），男，深圳人，深圳市道桥维修中心桥梁检测站，硕士研究生，研究方向为路桥力学、路桥
试验及检测。

FWD 在机场刚性道面结构检测评价中的应用
卢
状
（深圳市道桥维修中心桥梁检测站，广东深圳518024）
摘
要：对FWD 和机场道面强度评价做了介绍，同时结合工程实例对FWD 在机场道面结构检测评价中的应用情
况进行了描述。

采用FWD 可以快速、安全、准确地采集到大量弯沉盆信息，是机场道面弯沉检测和结构性能评价的理想工具。

关键词：FWD ；道面强度；PCN ；CAN 中图分类号：U 416.2
文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）03-0237-02
一、FW D （落锤式弯沉仪）简介
FWD （落锤式弯沉仪）是目前应用较为广泛的弯沉检测设备，它可以快速、安全、准确地采集到大量弯沉盆信息，是机场道面弯沉检测和结构性能评价的理想工具，该设备以前主要从丹麦、瑞典等国进口，现在已有多个国内仪器生产厂家开
始生产FWD 并投入使用，在我国，越来越多的检测单位开始
采用它进行弯沉检测。

它的基本原理是通过液压系统提升和释放重锤对道面施加冲击荷载，荷载大小由落锤质量和起落高度控制，其系统构成以KUAB-150型FWD 为例，如图1所示。

图1K U A B 落锤式弯沉仪系统组成（双锤）
1—导向架；2—落锤；3—框架；4—定向钢轴；5—上部橡胶缓冲器；6—下部橡胶缓冲器；7—支撑脚；8—底部重块；9—承载板；10—橡胶板
二、机场道面强度
机场道面强度对于保证飞机起降安全有着至关重要的作用，国际民用航空组织早在1981年就在国际民用航空组织公约中，规定了各会员国对向外开放的飞机场必须施行道面强度通报制度。

通报方法采用PCN-ACN 法：即对于重量大于5700公斤的重型飞机使用的道面，用飞机等级序号（ACN ）-道面等级序号法（PCN ）通报。

ACN 表示飞机在规定的标准地基强度的道面上的相对影响序号，PCN 表示运行次数不受限制的道面承载强度的序号。

当飞机的ACN 等于或小于道面的PCN 时，表明这种飞机可在该道面上不受限制地运行。

国际民用航空组织已制定了现在使用的飞机等级序号ACN 的资料，部分典型机型的飞机等级序号见表1。

道面等级序号PCN 一般通过现场检测并经计算后确定。

表1部分机型的飞机等级序号（A C N ）
机型ACN 机型ACN A300B4-60044B757-30035A320-20040B767-300ER 48A330-30046B777-200ER 53A340-500，60060B777-200X 61B737-80051B777-300X 61B747-400
54
MD-90-30
46
三、刚性道面PCN 计算方法
按照国际民航组织的规定，刚性道面PCN 按威斯特卡德公式计算，公式表示如下：
3
24
0.275G Eh =
1+log[]h Kb σ（）（1）
式中，σ为混凝土的容许抗弯工作应力（kg/m 3），为90天的弯拉强度除以安全系数1.8；G 为道面能安全承受的推导单轮荷载（kg ）；h 为当量混凝土板厚度（cm ）；E 为水泥混凝土的弹性模量（cm ）；K 为基础反应模量（kg/cm 3）；a 为轮胎接触面积的半径（cm ），由假定单轮荷载和标准轮
胎压力1.25MPa 求得；b 为荷载作用面积当量半径（cm ），
22
b= 1.6a 0.675h h +；u 为水泥混凝土泊松比，取0.15。

求得刚性道面的推导单轮荷载G 后，利用公式（2）计算道面的PCN 。

PCN=G ×2
（2）
四、机场道面结构检测评价工程实例
华中某机场为4E 级大型机场，机场跑道长3.4k m ，为刚性道面，可起降波音747等各类机型，机场设计年客运量420万人次，是华中地区规模最大、功能最齐全的现代化航空港，也是全国四大货运中心之一。

该机场于1995年正式启用至今运营时间已达十多年之久，如不及时检测与维修保养，跑道正常使用及起降安全将难以保障。

受相关方委托，对该机场道面进行了FWD （落锤式弯沉仪）弯沉检测和强度评价。

检测范围包括跑道（R1、R2、R3）、滑行道（B 、B1、B2、B3、B4、C ）、停机坪（1号、2号、3号、5号）和联络道，现场检测板中弯沉后再进行了模量反算和PCN 计算。

1979-
238中国水运第11
卷
图2机场道面平面图
本次试验所采用的落锤式弯沉仪为瑞典产150型KUAB 2m-FWD，该设备精度高，操作简洁，适用于科学研究和常规应用，其主要技术指标为：（1）荷载范围：30~170kn；（2）弯沉传感器分辨率：1m；（3）弯沉传感器数量：8个；（4）荷载盘直径：30cm。

计算采用瑞典KUAB PVD落锤式弯沉仪数据分析软件进行道面结构参数的计算，得到不同区域道面基层顶面反应模量、面层混凝土的弹性模量和道面强度等级PCN（其中跑道模量反算及PCN计算结果汇总见表2。

该软件PCN计算采用威斯特卡德公式，计算方法为：首先在一个圆形的区域上作用5,000k n的力，根据威斯特卡德公式计算出板底最大应力，如果计算应力小于已知的允许应力，PCN设定为1；然后将荷载增加到10,000kn，如果计算应力仍然小于已知的允许应力，PCN设定为2；以此类推，直到计算应力大于已知的允许应力。

表2跑道模量反算及PCN计算结果汇总表
跑道位置面积
A
相对刚度半径R RS
cm
基层反应模量k
M N/m3
厚度
m
混凝土弹模Emod
MPa
PCN
R1东侧321271120.385474771
R2东侧321121450.345960157
R3东侧321221090.384648271
R1西侧321181280.384941373
R2西侧321101500.345850657
R3西侧321101490.384375676从表中可以看出，跑道R2东、西侧基层反应模量、面层混凝土弹模均比跑道R1和跑道R3高，但是PCN值较R1和R3低。

主要是R2经过长时间使用，地基较密实，使得基层反应模量高于新修建的R1和R3；R2混凝土龄期较长，弹模较大；但是R2混凝土板厚度仅为0.34m，小于R1和R3，因此计算得到PCN小于后者。

R1区和R3区基层反应模量较低，检测发现脱空情况也较为严重，在日常养护中应引起重视。

通过对比表1和表2可以发现，A340和B777等重型飞机飞机等级序号ACN大于PCN计算值，即该机场跑道道面强度不满足A340和B777等重型飞机的承载要求。

五、结论
对于刚性机场道面，本文对PCN计算的理论公式做了介绍，并结合工程实例对机场道面结构的检测和评价方法做了详细描述。

FWD除了对机场刚性道面进行强度评价外，还可以评价刚性道面接缝传荷能力和板底脱空情况。

总而言之，采用FWD可以快速、安全、准确地采集到大量弯沉盆信息，是机场道面弯沉检测和结构性能评价的理想工具。

参考文献
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第四届国际道路和机场路面技术大会第四届国际道路和机场路面技术大会论文集.2002.
[5]Road Data Presentation Program KUAB er manual.
KUAB，2006，04.
（上接第236页）
2．平台浮性计算
拖航就位过程中，如采用充气，按照桶形基础尺寸，考虑2m干弦，内外水头差4m，桶内水面距离下缘1m。

内外水头差每米提供的浮力为973.6k n，则4m水头差提供的浮力3,894.4k n。

考虑随时补气，吃水4m，可以达到上述同样效果。

与表1中的结构重量相比较，在无上部负载的情况下，浮力略大于自重，浮性满足要求。

在上部负载5,000k n的情况下，充气拖航浮力不满足要求，必须采取辅助措施。

采用2艘5,000hp三用拖轮绑拖，按照常规数据5,000hp三用拖轮的载重量在4,000kn左右，2艘拖轮提供的最大浮力达到8,000kn，在充气的情况下用5,000h p三用拖轮绑拖，可以满足要求。

3．平台拖航稳性
平台不带上部负载，可以采用充气拖航，吃水为4m，初稳性高为5.22m，满足拖航稳性要求。

拖航过程中需要随时补气。

当拖航吃水为5m时，水线面不变，仍满足拖航要求，一般不需要随时补气。

当航道（或港口）水深受限时，可以先采用随时补气方式拖航，待进入正常航道时再进行不补气的充气拖航。

在带有上甲板及平台全部设施时（上部载荷5,000kn），设计的典型平台本身浮力无法满足浮性要求，此时采用2艘5,000h p三用拖轮绑拖，两侧绑定的拖轮提供了较大的水线面面积，回复力矩较大，合理调整绑扎的布局，容易满足拖航稳性的要求。

如采用更大吨位的三用拖轮（如7,000h p），取消充气，拖航稳性也可以获得充分的保证。

五、结束语
通过理论分析计算，工作水深17m的典型自施工式桶基平台具有良好的拖航稳性，证明该平台在拖航状态是安全的。

自施工式桶基平台是一种新型平台，经过精心设计和精心施工是完全可以实现的，既节省了投资，又加快了施工进度，将具有明显的经济效益和社会效益。

参考文献
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北京：人民交通出版社，5：3
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