曹富貴
【摘要】機(jī)場場道施工的重點是處理好土基、墊層、基層的密實度,要求達(dá)到足夠的穩(wěn)定性、承載力以及剛度,然后在其基礎(chǔ)之上再去澆筑水泥混凝土層。傳統(tǒng)技術(shù)模式下,主要采用人工布點和專業(yè)設(shè)備檢測的方式獲取各層的壓實度參數(shù),但是其效率非常低下,還容易產(chǎn)生遺漏。本文主要研究利用數(shù)字化監(jiān)控技術(shù),實現(xiàn)實時監(jiān)控機(jī)場場道壓實效果的策略。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字化監(jiān)控技術(shù);機(jī)場場道工程;應(yīng)用
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.067
道面基礎(chǔ)的夯實效果對機(jī)場場道工程的施工質(zhì)量產(chǎn)生著非常深遠(yuǎn)的影響,在工程實踐中使用振動碾壓機(jī)等設(shè)備來夯實基層,但是為了提高質(zhì)量,必須檢測基層的壓實度、體積穩(wěn)定性以及其他一些重要的參數(shù)。利用數(shù)字監(jiān)控技術(shù)可在碾壓設(shè)備作業(yè)的過程中檢測到這些數(shù)據(jù),比人工檢測的方式更加準(zhǔn)確、嚴(yán)密和高效。
1、機(jī)場場道工程施工特點
1.1機(jī)場場道
第一,等級劃分。機(jī)場中服務(wù)的飛機(jī)具有多種類型,干線飛機(jī)的長度、翼展以及載客數(shù)量都比支線客機(jī)大得多,所以機(jī)場場道在設(shè)計規(guī)格上存在一定的差異,民航工程中將飛行區(qū)指標(biāo)劃分成兩個等級,分別為Ⅰ級和Ⅱ級,并且這兩個等級又按照不同的指標(biāo)細(xì)分成不同的類別。例如,在指示區(qū)Ⅱ中根據(jù)主起落架最外側(cè)間距或者飛機(jī)的翼展寬度劃分為A、B、C、D、E、F 這6種類別。第二,機(jī)場跑道的結(jié)構(gòu)特點。跑道具有對稱性,主體結(jié)構(gòu)為道面,采用水泥混凝土澆筑而成,其厚度可根據(jù)機(jī)場飛機(jī)服務(wù)能力來確定,一般可達(dá)到420mm,與道面臨近的部分是道肩,其澆筑厚度比道面略薄,一般在200mm之內(nèi),具體要根據(jù)工程項目特點來確定,最外層的是土面區(qū)[1]。
1.2機(jī)場場道工程的地質(zhì)要求
機(jī)場場道用于各型飛機(jī)的起降,其性能和質(zhì)量要求都非常高。場道按照結(jié)構(gòu)特點可分為土基、墊層、基層以及水泥混凝土層,其中任何一個構(gòu)成部分都會影響到場道的承載能力。表面上看,水泥混凝土層是最主要的承力層,但力的作用可傳遞到更下層的基層和土層,如果下層基土夯實不到位,道面也會因為承載力不足而出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞[2]。因此,在《民用機(jī)場水泥混凝土道面設(shè)計規(guī)范》中對這些關(guān)鍵的組成部分提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求。
第一,土基的要求。機(jī)場場道的施工范圍比較大,一條跑道的長度可達(dá)到上千米,在具體施工的過程中難免會遭遇一些不良的地質(zhì)條件,因此,在工程勘察階段必須嚴(yán)格檢查是否存在膨脹土、軟土層等不良的土壤地質(zhì)條件,同時還要預(yù)防地下水以及地表水的影響。
第二,道床填料要求。按照機(jī)場跑道的設(shè)計特點,道床是道面和道肩下方的主要承力層,道床的填筑、夯實效果對機(jī)場跑道的性能具有深遠(yuǎn)的影響。在工程規(guī)范中要求道床填料的粒徑范圍必須控制在20cm以下,含水量大的黏土、高液限粉土等都不能用于填筑機(jī)場跑道的道床。在工程實踐中大多采用水泥穩(wěn)定碎石來處理。
第三,墊層。墊層處于土基之上,同時位于基層之下,其主要作用是降低不良土基對機(jī)場場道工程的影響,主要原因在于機(jī)場的土基范圍比較大,有些不良土壤層的處理難度非常大,處理成本也很高,此時可直接在這些不良土壤之上鋪設(shè)墊層,一般將碎礫石、粗砂、粉煤灰或者粉碎后的建筑工程材料混合在一起,形成墊層,其作用也非常重要,在寒冷的地區(qū)可起到抗凍的效果,同時由于墊層使用的材料具有一定的孔隙,其防水效果也很突出,當(dāng)降雨量比較大時可直接通過墊層實現(xiàn)快速的排水,將雨水下滲到土壤中[3]。
第四,基層。在水泥混凝土層之下就是基層,跑道上的載荷通過混凝土層直接傳遞到了基層,因而基層的性能必須非常突出,良好的剛度、強(qiáng)度以及抗剪能力將會提升基層的性能,并且在冬季低溫條件下不得出現(xiàn)冰凍、膨脹之類的問題,否則水泥混凝土層下方將會受到比較嚴(yán)重的應(yīng)力作用。另外,不同的飛行區(qū)指標(biāo)對基層的厚度提出了不同的要求。表1中列舉了基層厚度的具體指標(biāo)(以飛行區(qū)指標(biāo)等級Ⅱ為例),數(shù)據(jù)來自民航工程機(jī)場跑道的建設(shè)規(guī)范?;鶎拥木唧w壓實度與其施工材料之間具有密切的聯(lián)系,采用礫石作為基層的主要材料時,其壓實度不得低于96%(A、B)和98%(C、D、E、F)。如果基層的填料為粉煤灰和石灰的細(xì)粒土構(gòu)成,那么以上的壓實度分別控制為不低于93%和96%[4]。
第五,水泥混凝土面層。道面和道肩都采用現(xiàn)澆混凝土的技術(shù)來施工,根據(jù)機(jī)場跑道所在地區(qū)的年最低氣溫可將其混凝土材料的標(biāo)號控制為F200以上和F300以上,前者對應(yīng)的溫度范圍是0到零下10攝氏度,后者對應(yīng)的溫度范圍是零下10攝氏度以下?;炷翆釉诰唧w施工時要注意控制好面層的平整度,并且要具備足夠的耐磨性和防滑性。(詳見表1)
2、數(shù)字化監(jiān)控技術(shù)在機(jī)場場道施工中的應(yīng)用場景
從場道工程的施工特點可知主要的工程活動在于處理好土基、墊層、基層,排除不良的地質(zhì)條件,為后續(xù)的水泥混凝土層施工打好基礎(chǔ)。以下重點從場道的壓實處理來分析數(shù)字化技術(shù)的具體應(yīng)用方法。
2.1數(shù)字化監(jiān)控技術(shù)的主要用途和優(yōu)勢
第一,傳統(tǒng)壓實方法存在的弊端。在機(jī)場場道的壓實處理中,傳統(tǒng)技術(shù)主要在整個作業(yè)場地上設(shè)置一系列檢測點,然后在壓實處理結(jié)束之后,再以人工檢測的方式逐一去測量每一個點位的具體壓實度,顯然這種方法應(yīng)用了數(shù)學(xué)中的統(tǒng)計學(xué)原理。當(dāng)大量的檢測點滿足技術(shù)要求之后,即可判斷壓實度滿足了工程設(shè)計需求。但是,從理論上講,這種方法必然存在一定的漏洞,主要缺陷在于采樣點并不能完全反映出每一個點位的具體壓實度,而且這種測量方式的效率也非常低下,難以滿足大范圍施工。尤其在當(dāng)前的信息化時代,非常不利于提高工程效率[5]。另外,這種處理方法是在整體壓實結(jié)束之后才開展的,是一種典型的事后控制方法。
第二,基于數(shù)字化技術(shù)的連續(xù)過程壓實監(jiān)控技術(shù)。西方發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)后期設(shè)計了一種可用于監(jiān)控連續(xù)壓實質(zhì)量的信息化系統(tǒng),主要用在公路工程、鐵路工程的地基處理,后來將其擴(kuò)展到民航工程建設(shè)中,實際上工程原理都非常相似,只不過發(fā)揮作用的場景發(fā)生了變化。這種技術(shù)被稱為CPMS。其工作原理如下:施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件基本上比較接近,并且基層以及墊層都采用相同的填料來鋪筑,碾壓時使用傳統(tǒng)的振動壓路機(jī),在碾壓過程中不斷向基層產(chǎn)生一定強(qiáng)度的作用力,同時基層也會產(chǎn)生一定的反作用力,而這些力的作用都可借助專業(yè)的傳感器來測量,這樣就可實現(xiàn)對振動碾壓過程的有效監(jiān)控。因此,在具體應(yīng)用時要在振動碾壓機(jī)械設(shè)備上布置一定數(shù)量的傳感器,進(jìn)而建立起相關(guān)的力學(xué)模型。力的測量主要圍繞壓路機(jī)上的振動輪,這種技術(shù)的具體實現(xiàn)原理可參考圖1。
第三,基于CPMS的信息化監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點。使用了CPMS技術(shù)之后,機(jī)場跑道壓實施工的監(jiān)控程度實現(xiàn)了大幅度的改善。1)過程實現(xiàn)可控。由于使用了精確的傳感器測量振動輪和土壤的反作用力,精度上非常高,壓實程度和力的大小具有直接關(guān)系。除了關(guān)注壓實度之外,還會非常重視壓實的均勻性,如果不同的施工位置在壓實度上產(chǎn)生了顯著的差異,那么后續(xù)的混凝土墊層澆筑施工也會受到嚴(yán)重的干擾,后期運維階段會出現(xiàn)不均勻沉降的風(fēng)險。另外,壓實的穩(wěn)定性也是重要的監(jiān)控參數(shù)之一,這一點主要通過基層的反作用力來判斷,初期階段,基層的反作用力比較明顯,但是隨著其不斷壓實,幾乎不會在反彈,也就不會產(chǎn)生明顯的反作用力,達(dá)到足夠的穩(wěn)定性。2)效率大幅提升。由于這種壓實監(jiān)控技術(shù)會跟隨振動壓路機(jī)的運行而實時進(jìn)行,檢測到的參數(shù)會及時存儲在數(shù)據(jù)庫中,幾乎在碾壓結(jié)束時就已經(jīng)完成了壓實度的檢測,并且在具體實施的過程中就可判斷上一階段的碾壓效果是否達(dá)標(biāo),此時可借助這些參數(shù)實時調(diào)整后續(xù)的壓實操作。顯然,相對于傳統(tǒng)的人工檢測方式,其效率早已大幅度提升。(詳見圖1)
2.2數(shù)字化監(jiān)控技術(shù)的具體應(yīng)用方法
第一,確定關(guān)鍵參數(shù)。CPMS是一種有效的壓實質(zhì)量監(jiān)控措施,但是在分析具體的壓實效果時,該方法非常依賴于幾個關(guān)鍵的參數(shù),其一是參數(shù)k,涵義為常規(guī)控制指標(biāo),其二為VCV,涵義為連續(xù)壓實控制指標(biāo),其三為ε,其含義為相關(guān)系數(shù)。但是這三個參數(shù)并非常數(shù),而是和地質(zhì)條件息息相關(guān),在碾壓的準(zhǔn)備階段要通過對比試驗,測定這些參數(shù)值。工程實踐中要求相關(guān)系數(shù)ε的數(shù)值不低于0.7[6]。第二,建立參數(shù)之間的關(guān)系。在工程實踐中,根據(jù)試驗確定出現(xiàn)場壓實系數(shù)K,這一參數(shù)作為常規(guī)質(zhì)量控制指標(biāo),然后利用測量所得的其他數(shù)據(jù),繪制直角坐標(biāo)圖,橫坐標(biāo)為常規(guī)控制指標(biāo)K,縱坐標(biāo)為VCV,通過點的分布觀察整個數(shù)據(jù)的斜率,這一參數(shù)就是ε。第三,質(zhì)量控制。通過實際的檢測數(shù)據(jù)獲取K、VCV以及ε之后,即可根據(jù)這些參數(shù)開展進(jìn)一步的判斷,研判連續(xù)壓實的均勻性、穩(wěn)定性等是否達(dá)到了相關(guān)的技術(shù)要求。這種基于大范圍、連續(xù)作業(yè)所形成的數(shù)據(jù)極大地提升了機(jī)場場道壓實度監(jiān)控的信息化水平。
結(jié)語:
數(shù)字化監(jiān)控技術(shù)利用先進(jìn)的傳感器和計算機(jī)平臺獲取機(jī)場場道基層的壓實數(shù)據(jù),這種基于信息化的技術(shù)顯著地提高了質(zhì)量控制的效率和精度,其中比較典型的方法為CPMS,將傳感器布置在振動碾壓設(shè)備上,根據(jù)振動輪的受力特點來判斷壓實度、穩(wěn)定性等參數(shù)。
參考文獻(xiàn):
[1]謝華.數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在民航機(jī)場的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2018,143(21):32.
[2]張磊.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在成都雙流國際機(jī)場T2航站樓中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2017,000(020):4464-4465.
[3]葉濤,鄭鶴.視頻監(jiān)控系統(tǒng)在機(jī)場場道工程振動沉管砂礫石樁施工中的應(yīng)用[J].城市住宅,2016,23(001):122-124.
[4]汪海洋.機(jī)場軟土地基處理施工方法和數(shù)字化質(zhì)量控制探析[J].建筑與裝飾,2018(12):125-125.
[5]史文杰.連續(xù)壓實過程監(jiān)控系統(tǒng)(CPMS)在機(jī)場場道填筑中的應(yīng)用[J].電視技術(shù),2019,v.43;No.528(21):70-71.
[6]梁軍平,趙文斌,馬萬良.連續(xù)壓實過程監(jiān)控系統(tǒng)(CPMS)在機(jī)場場道填筑中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè),2015,035(003):61-63,73.