机场沉陷道面的地质聚合树脂地基处理技术研究
根据中国民航发展规划,我国机场建设将快速发展.例如,到十三五末我国运输机场数量将达到260个,比2016年增加62,平均每年增加13个机场.但由于现在城市用地短缺,机场大多兴建在地质条件较差的地区,例如滨海或填海软土、山区或丘陵的高填方地区等,在这样的地质条件下,场道地基的沉降控制成为工程成败的关键.许多机场往往在竣工投入使用后道面产生沉降超标,甚至由此导致道面大面积破损,给机场的安全高效运行带来巨大隐患,若对道面停航修复或重建则造成极大的经济损失及社会影响.因此,如何对沉降道面进行不停航修复,恢复其平整性并提高其承载力,是民航机场领域迫切需要解决的重要问题.基于以上背景,本文主要研究内容和成果如下:1、选用在建筑领域最新引进的国外新型地质聚合树脂作为拟采用的机场沉陷道面处理材料,对其物理力学性能进行了试验研究.首先,制作了材料膨胀性能、试件成型模具.在聚合树脂加注成型过程中,测试不同密度条件下的膨胀力.最后对不同密度的聚合树脂试件在万能试验机上进行了力学性能试验.试验结果表明,与传统聚合树脂相比,该新型地质聚合树脂在同样密度条件下膨胀力最大偏高1.5%;弹性模量偏高13.8%,抗压强度偏高25%.上述参数为后续的研究分析提供基本参数.2、采用聚合树脂处理沉陷道面时,道面承载能力改善的程度主要受注浆加固体刚度大小、均匀性等参数影响.对于同一种地质聚合树脂材料,其抗压模量及强度指标与凝固体的密度直接相关.而在同样环境温度、材料加注速度等条件下,凝固体的密度取决于材料膨胀时受到的约束作用.因此,通过理论分析获取在道面在不同变形状况、不同部位等工况下采用高聚物处理时能够获取的凝固体的密度,是沉陷道面聚合树脂处理技术的关键之一.采用有限元方法分析了板边、板中、板角三种注浆部位及不同道面结构参数条件下的树脂膨胀的约束力变化规律,建立了约束力求解方程.结合实际案例进行测算,结果表明:采用板角部位注浆的抬升量为4 mm时,高聚物的密度为0.3728 g/cm~3,高聚物的弹性模量为166 MPa;采用板中部位注浆的抬升量为1.7 mm时,高聚物的密度为0.25 g/cm~3,高聚物的弹性模量为106 MPa;采用板边部位注浆的抬升量为3.2 mm时,高聚物的密度为0.315 g/cm~3,高聚物的弹性模量为138MPa.3、利用前述两方面的研究成果,采用有限元方法研究了道面承载能力改善的程度.采用有限元方法分析了机场沉陷道面附加应力主要受沉降量和沉降范围的影响.在一定沉降范围下,针对不同沉降量加注高聚物加固调平,针对不同工况及轻、中、重型飞机荷载作用,进行大量计算.计算结果表明:以50 m为度量距离,当机场沉陷道面沉降量达到5 cm时,机场沉陷道面不能满足重型飞机的正常起降,随着差异沉降量的增加机场沉陷道面不能满足中型飞机的正常起降,当差异沉降量达到10 cm时,轻型及以上飞机都不可以正常起降.经过高聚物注浆加固调平使机场沉陷道面结构承载力显著提升达到各型飞机的正常起降需求,且差异沉降量在5 cm以内进行注浆治理可以使机场道面承载力恢复到设计值的74%~84%左右.
- 作者：
- 陈鹏鹏
- 学位授予单位：
- 中国民航大学
- 专业名称：
- 交通运输工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 程国勇
- 中图分类号：
- V351.11
- 关键词：
- 机场道面；差异沉降；地质聚合树脂；地基处理；板底弯拉应力
- airport pavement； differential settlement； geopolymer resin； foundation treatment； slab bottom tensile stress