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摘要：该文基于项目实施过程中遇到的道面渗水问题，从多方面进行分析、论证，探索道面渗水的根本原因，进行质量评估,并给后续类似项目提供借鉴依据。
关键词：机场跑道；沥青道面渗水因素；分析论证
一、工程概况
南亚某国国际机场跑道盖被项目，为不停航施工项目，合同工期为一年，其中主跑道工期仅三个月，集中在该区域的旱季，平行滑行道及附属设施工期一年。
该国地处热带，属热带海洋性气候，全年只有雨季和旱季的差别，雨季为每年5月至8月和11月至次年1月。
该跑道上次扩建施工发生于1986年，距今已有30年。原跑道全场3.35km，全宽60m，其中主跑道宽45m，道肩宽15m。与之平行的有一条平行滑行道，全宽45m，主道面宽30米，道肩宽15m。主道面以中线为界向两边存在4%的双向横坡，以利于道面排水。其道面结构上部有约30厘米的沥青混凝土层，道肩部分沥青混凝土厚度约7-10厘米；下部为级配碎石稳定层，厚度约60厘米，级配碎石以下为沉积砂层。
该机场飞行区30年间未进行大范围施工维修工作，只是对裂缝进行灌封表面处理，至2017年施工前，原道面大面积出现裂缝，缝隙宽度最小约5毫米，最大约一两厘米，缝隙深度约8-10厘米。原道面表面沥青混凝土风化剥落严重，在飞机轮迹部位形成了较为严重的车辙和裂缝，透水情况严重
二、跑道盖被设计及施工工艺
1、跑道盖被设计
该跑道等级由4E级提高至4F级。主道面加宽至60米，两边各新扩建道肩7.5米。平行滑行道仅进行铣刨修补及盖被处理，宽度不做调整。
原跑道道面进行铣刨，根据设计高程，铣刨厚度1-3厘米，在此基础上进行同步应力封层撒布并摊铺AC20沥青混凝土找平层，厚度约7-10cm，上面层摊铺7.5厘米的SMA断级配沥青混凝土一次碾压成型。新扩建道肩基层为30厘米级配碎石稳定层，面层摊铺7.5厘米厚的AC16沥青混凝土。
将原平滑道道面飞机轮迹区域的裂缝进行铣刨修补，修补深度20-30厘米，采用AC25沥青混凝土逐层铺筑，修补完成后，对整个道面进行铣刨，厚度约1-3厘米，后表面铺筑一层AC16沥青混凝土，厚度7-10厘米。
2、施工工艺：
主跑道60米全宽采用五机连铺一次成型工艺，每台摊铺机梯队式作业，热接缝处理，保证面层结构的完整性。两侧各7.5米宽的道肩面层，各一台摊铺机一次摊铺完成。道肩与道面之间采用冷接缝处理。
平行滑行道车辙修补厚度在20-30厘米之间，分层铺筑，层与层之间采用热接缝处理。后整个面层包括道肩共计45米宽多机连铺，一次成型。与下层沥青混凝土撒布粘层油进行连接。
三、道面渗水出现
在整个主跑道道面施工过程中，道面渗水最先发现于主跑道表面层，即SMA面层上，表观现象为部分沥青混凝土表面出现了水渍，蒸发后道面上留下白色或棕黄色的印记，渗水点主要集中在道面和道肩冷接缝附近，且都出现于SMA面层内，道肩内未发现有渗水现象。主跑道施工结束后，紧接着进入雨季，降雨增多，道面上出现渗水的现象随着时间推移逐渐增多。
当平行滑行道施工完成后，随着时间推移，个别位置也出现了渗水的现象，但是相比较主跑道而言少了很多，且透水点也非常小。
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四、道面渗水因素分析
鉴于此现象的出现，项目部立即组织技术人员进行现场勘查、问题分析探索，并邀请国内相关专家进行现场取样检测等，分析总结沥青混凝土道面渗水的原因机理。
1.材料技术特性
由于跑道渗水泛白主要出现在面层，所以主要针对面层以及下面层的材料做材料性能分析。上面层为SMA断级配沥青混合料，下面层为AC20密集配沥青混合料，在AC20下面层以下，原道面铣刨完后，有铺筑同步应力封层。道肩部分为AC16沥青混凝土。
1.1沥青材料
沥青混凝土所用材料及沥青混合料技术指标参照《民用机场沥青混凝土道面设计规范》（MH5010-1999）要求。
沥青道面所采用的沥青标号，根据机场所在的地理位置和气候条件选用AB70标号的基质石油沥青。为提高沥青混凝土的使用寿命，采用改性沥青，基质沥青添加相关添加剂后通过沥青改性研磨设备制备，随配随用，为了减少改性沥青离析现象，配置好的改性沥青最大储存时间不超过12小时。
1.2碎石骨料材料
三类岩石中火成岩的强度高，耐摩擦性能好，故本项目碎石骨料采用的是当地产的花岗岩碎石骨料，是一种钢硬的晶状体石材，由长石、石英而形成且夹杂着一种或多种黑色矿物质，在结构上平整排列，花岗岩以石英、长石和云母为主要成分。其中长石含量为40%-60%，石英含量为20%-40%，因为其二氧化硅含量较高，故呈酸性。其结构致密，抗压强高，吸水率低度，表面硬度大，化学稳定性好，耐久性强，是很好的机场跑道道面材料。
因为上面层是SMA断级配沥青混合料，其骨料最大粒径为13mm，集配不连续，属于骨架密实型沥青混合料。而下面层为AC20沥青混合料，连续密集配，最大骨料粒径为20mm，属于悬浮-密实型混合料。
1.3添加剂
花岗岩属酸性岩石，与改性沥青的粘结性不好，为了改善其与沥青的粘结性能，故在沥青混合料中又添加了抗剥落剂、矿粉、水泥等，同时为了改善沥青混泥土的物理力学性能，还添加了抗车辙剂以及SBS木质纤维。如此，形成了强度较高的摩擦力大、抗车辙性能好、抗风化、剥落性能好更适合于机场跑道的沥青混凝土。
然而因为矿粉的主要成分是消石灰氢氧化钙，属于碱性材料；水泥中也含有部分碱性材料，在热拌沥青混凝土拌和过程中，随着沥青、骨料、添加剂三者的添加比例不同，其会发生复杂的化学反应，从而形成相应性能的沥青混凝土。
2.施工技术工艺
施工技术方面，主要分为配合比设计和沥青混凝土摊铺碾压两个方面
2.1配合比设计
SMA沥青混凝土是断级配的，级配不连续，某一规格粒径的矿物骨料缺失，由沥青、矿粉、各种纤维添加剂等填充于骨料空隙的沥青混凝土，属于骨架-密实型混合料。本项目面层采用的是最大粒径13毫米的SMA沥青混合料，摊铺厚度50mm。
AC20沥青混合料，是连续集配的骨料最大粒径为20毫米的密实型沥青混合料，属于密实-悬浮型结构的沥青混凝土，位于本项目SMA面层下面，摊铺厚度60-100mm。
以上两种沥青混合料各种原材料的混合比例通过目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段最终确定
同步应力封层，位于AC20层下面，原道面铣刨面以上，其主要做法为在原道面铣刨清扫干净后，用同步应力封层车进行粘层油和碎石同时撒布。其碎石和粘层油的撒布量通过试验检测确定，以封层车的行驶速度进行控制。
2.2沥青混凝土的摊铺碾压工艺
本项目拓宽后的新道面全宽60米，SMA面层采用多机连铺一次碾压成型，各摊铺机之间采用热接缝梯队式连续施工作业。摊铺机采用平衡梁法进行全自动高程控制。碾压紧随摊铺机进行，采用多台20T双钢桶压路机联合静压，一次成型。
两侧道肩及跑道两端防吹坪部分采用的是AC16沥青混凝土，道肩面层与主道面的SMA面层之间采用的是冷接缝处理。
同步应力封层，随着封层车前移，其撒油和撒碎石同步完成，紧接着采用双钢轮压路机进行静压2-4遍，确保在沥青乳液破乳之前完成碾压，在其上进行AC20密实型沥青混凝土摊铺碾压。
3.施工环境
该国地处南亚印度洋，靠近赤道附近，属于热带海洋性气候，机场所在的地区，位于该国西部，紧靠海岸线，该地区受海洋季风气候影响，分为明显的旱季和雨季。施工从1月开始到4月初结束，正值该地区旱季，期间几乎没有降雨，天气炎热。四月中下旬开始到7月份该地区进入雨季，随着时间推移，每天降雨量越来越多。
五.道面渗水原因归纳、斑点成因
当了解清楚以上三点因素后，综合分析考虑，就会发现道面渗水发生的原因是复杂的，多因素共同引起的。
1.原道面下部水上移渗出表面
原道面在盖被修补之前，裂缝严重，雨季时候大量雨水顺着裂缝渗入道面以下地层，而道面以下该地区全部为沉积砂层，有利于地下蓄水。
在施工过程中，根据设计要求，只对原道面表面进行了1-3厘米的铣刨，其下的道面裂缝未做处理，铣刨完直接加铺同步应力封层以及下面层沥青混凝土。在沥青摊铺过程中，压路机的震动，会扰动道面以下的砂层，使得砂层内蓄积的水在毛细作用以及震动影响下，上移，最终在面层结构的薄弱位置通过空隙渗出。
考虑到道面沥青混凝土结构特性，个人认为其影响力很小，只有极少的水会上移渗出道面。
2.雨水下渗
2.1道面渗水在施工接近结束时逐渐出现，集中出现在四月施工完成以后，也就是进入雨季后，问题逐渐严重，充分说明自然界外来降雨对问题的出现有诱发、促进作用。
2.2道面渗水刚出现时，沥青混凝土表面有细小的透明水珠出现，随着水珠被蒸发掉，该位置就会呈现出白色、泛黄或黄褐色的斑点状、片状痕迹。说明从下面渗出来的水珠不是纯净的雨水，而是溶解夹杂了某些化学物质，当渗出表面后，随着水汽蒸发，相应的化学物质被析出留在了道面上。
2.3主道面全宽60米，外加道肩75米，从中线开始有4%的双向横坡，以保证道面排水。降雨落在道面后，大部分雨水顺着道面表面流向道肩以外的土面区，同时会有部分雨水从SMA表面的空隙下渗，当下渗到下面的AC20时，由于其密实度较好，无法继续下渗，因此只能沿着上下面层间结合软弱点顺着横坡向两侧道肩流动。
2.4现场主要的渗水点都集中在主道面与新道肩接缝位置的道面一侧。说明SMA道面的结构软弱点比道肩AC16混凝土多，正好符合这两种沥青混凝土的特性；再者，摊铺过程中摊铺机的边角部位发生了沥青混凝土的离析，导致粗骨料聚集，细粉料偏少，加之SMA面层采用的是双钢轮静压，没有胶轮碾压的泵吸作用，表面孔隙较多。所以水才会从有空隙的位置渗出。
3.道面斑点成因
碎石骨料为酸性，而添加剂中的消石灰、水泥等为碱性材料，在拌和过程中发生相应的化学反应。由于各种误差的存在，残留物必然存在。
3.1当下渗到SMA面层空隙内的水在流动的过程中，氢氧化钠、氢氧化镁等易溶于水的碱性物质会溶于流动的水中，然后随着该部分水流出表面，氢氧化钠等物质会与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙、碳酸镁等白色固体物质，水则会被大气蒸发掉，从而在道面上形成白色的斑点。
3.2由于氢氧化钙、水泥等物质可以增加沥青的粘附性，因此难免有部分氢氧化钙等物质在和沥青相互作用过程中被污染，随着雨水上渗析出后经过反应成为偏黄、黄褐色等的固体碳酸钙或者碳酸镁等。
平行滑行道由于材料的原因，其道面内空隙少，渗水点自然就比主跑道少。
六.渗水原理试验论证
根据道面透水的分析推测，我们对透水典型位置进行了钻芯取样。对取芯样品做了沥青混凝土常规试验，包括沥青混凝土马歇尔试验、抽提筛分试验、厚度、压实度试验、孔隙率检测等。
经检测对比，沥青混凝土的配合比符合设计要求，不同试件经过抽提筛分试验发现油石比基本一致，但是矿粉等添加剂的含量有非常细微的差别；沥青混凝土压实度符合设计规范要求，孔隙率略有差别，渗水位置的的孔隙率略大于其他位置沥青混凝土的孔隙率；平行滑行道面层沥青混凝土的个别点孔隙率平均值小于跑道SMA面层沥青混凝土的平均孔隙率。
综合分析以上结果：矿粉、添加剂等含量的细微差别，主要是由于矿粉和添加剂是在拌合前人工称重装好袋子，在沥青混凝土拌和过程中采用人工投放，而且投进搅拌楼后可能存在拌和不均匀的情况，因此产生了不同位置矿粉、添加剂的含量稍有差别。渗水位置的孔隙率大于不渗水位置的孔隙率，主要是在摊铺过程中沥青混凝土在渗水位置可能存在离析的情况，导致压实度不好，孔隙率偏大，如此就给水流上渗提供了通道。平滑道与主跑道孔隙率的差异是由于沥青混凝土本身特性决定的。
综合以上分析，由于沥青混凝土的拌和、摊铺、碾压等工序存在不同程度的差异，导致沥青面层在个别位置出现了薄弱点，给水的流动和上渗提供了通道。2水质检测
我们将水质样品送往该国国家水局实验室进行第三方独立检测，其水质检测结果如下：
1号和2号样品的PH较小，在7.2左右（要求为6.5-8.5），而3号样品具有较高的PH值11.0（要求为6.5-8.5）；1号和2号样品COD值明显小于3号样品；1号和2号样品的色度、总溶解固体明显小于3号样品，其氢氧化物（以HO-计）以及氯化物（以CI-计）值也都小于3号样品。渗水位置总溶解固体值平均507（要求为500mg/L），色值为2000（要求为15），浊度值为30.8（要求为2）。
根据以上检测结果，分析可发现：渗水点的水质明显呈现很高的碱性，自然降雨水呈现若碱性趋于中性；渗水位置的水在沥青面层内部发生了某些化学反应，导致其溶解了大量其他物质；由于渗水点的水质COD值较高，说明其内部同时溶解了一些有机质，其需氧量增大。此结果正好印证了上述渗水原因形成的论点。3.水流路径验证
为了进一步确认水的流动通道，我们在跑道及平行滑行道四周做了六个点的探坑，检测地下水位，经过持续三周的监测发现，地下水位的平均深度在2.5米左右，若遇到降雨，地下水位会略有升高，但幅度不大。
原道面裂缝较多，且部分裂缝位置有膨胀上鼓的情况，说明底下有某种向上的力，从裂缝位置释放，造成了裂缝上鼓的现象。如此结合地下水的毛细作用，可得出结论，部分地下水在毛细作用和某种向上的力的综合作用下沿着原道面裂缝上升，从道面薄弱点穿过新盖被沥青层渗出。
综上所述，该国际机场新盖被跑道道面渗水来源主要为自然降雨从道面表层渗入，次要来源为地下水在毛细作用和某种上升力综合作用下上升最后从面层渗出。
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七.结束语
整体而言，该国际机场跑道渗水的成因是综合复杂的，是各种客观因素和施工技术工艺等综合作用的结果。但是其主要渗水来源是自然界降雨，且随气候变化明显。由于该机场地处亚热带，常年温度较高，一旦SMA面层内有降雨积水流动，也会很快被高温蒸发消失，对跑道沥青混凝土质量不会产生明显影响，可保证沥青混凝土道面的设计使用年限及要求。
如果想避免类似问题再次出现在机场跑道上，一方面可考虑将主跑道和道肩面层均设计为SMA沥青混凝土，且全部采用热接缝处理，如此道面上将不会出现渗水泛白泛黄的现象，但是造价可能会有所上升。另一方面，原道面病害处理过程中，一定要分析原因，处理彻底，避免留下质量缺陷的隐患。
参考文献
[1]民用机场跑道道面检测与评价体系研究.吴志心，茹小磊.山西建筑，2015，16（6）,167-168
[2]厦门高崎机场跑道道面损坏评价及其成因分析[J]，王显祎，刘玉海，袁捷.中国民航学院学报，2006，23（6）48-52.
作者简介
姓名：赵宏博，出生日期：19870909，籍贯：陕西旬邑，民族：汉，性别：男，学历：大学本科，职称：中级，毕业学校：河北工程大学，研究方向：机场跑道不停航施工衍生质量问题。