注浆技术在某机场跑道大修工程中的应用

保旻韬

（同济大学/道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804）

随着国内基础交通建设规划的逐步深入，我国民用机场迎来了新的发展机遇。在今后一段时期内，我国的枢纽机场、支线机场等航空基础设施网将逐步完善，其数量逐渐增多，其飞行区场道建设和维护过程中采用注浆处治技术的工程也会随之增多。注浆是将一定材料配置而成的浆液，用压力泵将其灌入需要补强加固的脱空-空隙和被水软化的层级中，通过扩散、凝胶和固化，以达到加固的效果。注浆加固技术由于其环保、施工速度快和施工设备轻型化的优势，目前已广泛应用于机场站坪、跑道的大修工程中，尤其是在不关闭机场运行的施工条件下。

1 工程概况

某机场飞行区等级为4C，现有跑道长度2 800 m，宽度45 m。该跑道历经延长、加罩等改建，形成的道面主要为27 cm+15 cm厚双层水泥混凝土，基础为砖石煤灰54 cm。根据最新飞行区道面性能检测评估报告显示，现有跑道道面板底脱空严重，脱空率达到86%，并且呈现发展较快的趋势。2021年底启动大修工程，需注浆处理的跑道板数为3 740块，面积为74 800 m2，计划施工工期为90日历天。按每块跑道道面板5个钻孔计算，其钻孔数为18 700个；钻孔深度以进入基础结构底面以下10 cm为准，钻孔总长为19 822 m；预估注浆量达到9 537 m3。

该机场于2016年全年保障航班已达到12 402架次，年客货吞吐能力百万人次以上，每天进出场飞机航班较多，为保证不影响机场运行，机场方提出航后的施工要求，注浆施工时按照当天成孔、注浆和封孔流程进行控制[1]。

2 注浆浆液配置

2.1 原材料

本次注浆材料采用普通水泥配置的浆液，未采用超细水泥，材料组成较为简单，主要有水泥、水和外加剂。

（1）水泥：选取强度等级为42.5 MPa的普通硅酸盐水泥，按照GB 175—2020《通用硅酸盐水泥标准》的要求进行强度、凝结时间和安定性等技术指标检验，并检查厂家资质、出厂日期和出厂性能报告等技术文件，确保材料质量。

（2）水：采用当地自来水。

（3）外加剂：为改善浆液的扩散能力和早期强度，可采用早强型减水剂，其性能应满足GB 8076—2008《混凝土外加剂》的要求。掺量可按产品推荐掺量和试验确定，一般为水泥用量的0.5%~3%。不允许使用水玻璃，水玻璃会导致注浆浆液后期强度出现不同程度的衰减。

2.2 浆液配合比

本工程为不停航施工，为保证施工效率和施工效果，浆液采取机场外集中搅拌，现场不设置拌和点，现场设置浆液过滤筛网。

通过现场试验段确认浆液配合比为水泥∶水∶外掺剂等于1∶0.6∶0.02，其成型水泥浆块强度满足7 d强度不低于8 MPa和28 d强度不低于15 MPa的设计要求[2]。

3 注浆施工

3.1 不停航施工措施

本工程采用不停航施工管理，施工时段为每天午夜12时至次日凌晨7时，确保机场日常使用。

3.1.1 施工前道口关闭

在每日施工开始前，按MH 5001—2021《民用机场飞行区技术标准》相关规定设置道口关闭措施：对关闭区域内滑行引导标记牌、助航灯光予以遮蔽或熄灭；不适用地区灯光采用红色恒定发光灯，布设间距不超过3 m；不适用地区标志物采用高0.5 m且红白相间的锥体。

3.1.2 施工区域

本次施工区域位于跑道上，为加强施工现场安全管理，在每日施工区域周边，按5 m间距设置反光锥体，并在锥体上配置红色警示灯，以明确标示施工作业范围，禁止车辆和人员进入施工作业范围以外的区域。此外，在施工作业期间为加强现场监管，防止施工人员和车辆在跑道上随意移动[3]。

3.1.3 适航恢复

在每天施工结束后、撤场前，须将所有道口关闭措施予以撤除，并将障碍灯、三角架等设施集中堆放至机场方指定地点，同时恢复滑行引导标记牌和助航灯光等相关设施，以达到适航标准。

3.2 注浆施工流程

注浆开始前充分作好准备工作，包括机具仪表、注浆管、注浆材料、水、电和计量设备等，注浆开始后应连续施工，避免中断。注浆施工作业流程如图1所示。

图1 注浆施工作业流程图

（1）大面积施工之前，施工单位必须对施工区内和施工区周边的地下管线分布、走向和埋藏深度进行详尽细致的调查。针对不同用途的各种管线制订详尽周全的保护方案，方可实施[4]。

（2）道面钻孔选用气腿式风动凿岩机，直径不大于60 mm，钻透道面板和砖灰基础；钻孔钻至设计深度后，采用空压机进行吹孔，吹孔时间不得少于10 s，吹孔完成后方可进行注浆。注浆前应对注浆孔采取封孔措施，可防止注浆时浆液外溢。

（3）注浆时为防止浆液无序扩散，可先从外围注浆，再进行内部的注浆孔注浆；同时，注浆顺序不宜顺序进行，可按跳孔间隔方式进行，以提高充填的程度。

（4）在注浆过程中，随时关注道面板四周板缝或其他注浆孔的冒浆现象，当有大量浆液外溢时应停止注浆；同时监测注浆道面板及其附近道面板的抬升情况，以设计要求的道面抬升量不大于5 mm为控制指标；不以单孔注浆量作为控制指标。

（5）在施工过程中，注浆压力按设计要求进行控制，须密切观测道面抬升量，以确保道面安全。

（6）为确保飞行安全，所有钻孔当天封孔。注浆结束后，待孔内水和浆体压力消解后，采用快凝快硬硫铝酸盐水泥浆进行封孔，夯实至道面板平齐或略低于道面2 mm。

3.3 注浆主要技术参数

注浆深度以砖灰基础以下10 cm（最佳是进入土体）为控制线，注浆压力设置为0.3~0.5 MPa，注浆流量按7~10 L/min控制。

注浆孔布置方式结合板块的几何信息，主要的注浆孔布设方案如图2所示。

图2 注浆孔布设示意图

水泥混凝土板块注浆顺序：在当天的施工区域中，应先注四周的外排孔，再注内排中心孔（每板块4+1，中心孔作为补浆孔）。

3.4 施工过程控制

3.4.1 施工工序安排

为保证工程安全、顺利地推进，在满足机场运行要求的情况下，每日正常施工流程安排如图3所示。

图3 注浆施工工序安排示意图

3.4.2 施工进度计划及资源配备

考虑天气和机场管控等因素，本次注浆施工计划按72 d设置。按每台注浆设备每小时平均完成1.5块道面板的注浆，每天有效注浆时间3 h，现场配备12套注浆设备，另备2套更换。

本工程监测以人工控制为主，在注浆实施时，配备人员见表1。

表1 监测人员配备

3.4.3 施工质量控制

根据钻孔、注浆的动态位置，现场及时调整空压机和注浆泵的位置，不宜过远，保证实际的工作输出满足要求。对于浆液严格控制浆液出厂与注浆的时间间隔，宜控制在2 h以内。在注浆中，采用电子水准仪监测抬升量，以提高精度和效率。注浆压力按照设计要求控制，当注浆压力超过1.0 MPa时，应密切观测道面抬升量，当道面出现抬升量时适当降低注浆压力，以确保道面安全。

4 注浆过程异常情况应急处置

本工程施工对象为跑道，其过程中发生的异常情况，可能会影响到适航恢复，应提前做好应急处置措施，确保跑道开放使用。

4.1 钻杆或者注浆管卡住及钻杆断裂应急处置

钻杆或者注浆管卡住：可采用工具钳固定钻杆或注浆管，然后用叉车将钻杆或者浆管抬升拔出。若上述措施无效，提前向机场有关部门申请办理动火证，将钻杆或者注浆管采用氧气乙炔割断（低于道面5 cm），然后再采用正常的封孔形式进行道面修补和封堵。

钻杆断裂：将断裂的钻杆直接向下打入道面，并低于道面5 cm；或者事先向相关管理部门申请动火证，采用氧气乙炔割断切除，并低于道面5 cm，然后采用正常封孔形式进行孔洞封堵。

卡杆或断杆应急预案实施的流程如图4所示。

图4 卡杆或断杆应急处置流程

4.2 注浆道面抬升过量过大的应急处置

在注浆施工过程中，采用电子水准仪实时监测道面抬升量，当抬升量一旦达到设计标准时立即停止注浆。施工过程中严格控制浆液流量，严禁流量过大。

若出现道面抬升量过大而产生凸起现象，则先对该区域进行打孔，释放出道面下的压力后，用压路机在该区域反复碾压，直至道面恢复原状。

4.3 注浆道面区域发生冒浆应急处置

在注浆施工过程中，严格按设计标准控制注浆压力和流量，同时在施工现场安排专人进行道面巡视，一旦发现道面区域出现冒浆现象，启动应急处置对策包，主要包括：

（1）关闭临近冒浆区域的注浆泵，立即停止注浆。

（2）利用土工布擦除遗留在道面上的浆液，然后采用待命的洒水车对道面区域进行彻底清洗，以达到适航标准。

（3）采用沥青灌缝料对道面冒浆区域进行灌缝密封。

5 检测与评估

本次注浆施工按计划完成了所有施工任务，未出现工程质量和安全事故。在现场注浆施工一个月后，按设计要求对注浆效果进行钻芯取样，并采用重型落锤式弯沉测试设备（HWD）进行测试，检测结果满足设计要求。

5.1 水泥浆体强度检测

本次现场依据施工计划，每日在现场成型水泥净浆试块，参照水泥胶砂强度试验方法，采用40 mm×40 mm×160 mm的长条试件，进行抗压强度测试，检测结果表明：7 d强度大于10 MPa，28 d强度大于15 MPa，均满足设计要求。

5.2 现场芯样检测

芯样属于有损检测，按每10 000 m2钻取1个，选取检测位置时，考虑到注浆最不利工况，从注浆孔点位处和2个注浆孔中间进行取芯，检测浆液填充度和密实情况，以及浆液的凝结情况，从而直观地判断其注浆效果。

现场钻芯检测时，可取出基本完整的芯样，有浆液结石，芯样的空隙基本填充密实，仅在层间结合部位有少许气泡，可认为注浆浆液在整个基础（注浆深度）已形成了一个改善层，提高了道面的整体承载能力。满足设计不低于80%的要求。

5.3 HWD试验检测

按MH/T 5110—2015《民用机场道面现场测试规程》HWD试验方法，在注桨完成28 d后，选取不同时期注浆板块进行测试，测试板块比例为注浆板块总数的20%，测试数据显示跑道层间较为密实，未发现显著脱空，达到设计要求[5]。