Общие положения

Общие принципы проектирования аэродромных покрытий

При проектировании аэродромных покрытий необходимо учитывать требования нормативных документов к их конструкции, материалам конструктивных слоёв, прочностным качествам, обеспечению безопасности взлёта и посадки ВС.

Выбор оптимальной конструкции аэродромных покрытий и определение их конструктивных слоёв должны производиться на основе сравнения технико-экономических показателей вариантов проектных решений.

Капитальные покрытия можно устраивать во всех дорожно-климатических зонах на участках местности I и II типов по условиям увлажнения. Капитальные покрытия на участках III типа не применяются, но при необходимости строительства покрытий на таких участках предусматриваются мероприятия по осушению и понижению уровня грунтовых вод с целью приведения условий ко II типу.

Искусственные покрытия, как правило, устраивают на искусственных основаниях из материалов, обработанных органическими и неорганическими вяжущими.

При II типе местности по увлажнению, в случаях, когда грунтовыми основаниями являются глины, суглинки, пылеватые супеси, в конструкциях оснований предусматривают слои из дренирующих материалов. Минимальные толщины дренирующих слоёв принимают в соответствии с табл. 1.

Таблица 1.

  Грунт естественного основания Минимальная толщина дренирующего слоя для дорожно-климатических зон, см
I II III IV
  Глина, суглинок Суглинок и супесь пылеватые       30/35   40/50   20/25   30/35     15/20

 

Примечание. Толщину слоя, указанную перед чертой, следует принимать для районов, расположенных в южной части ДКЗ, за чертой – в северной части.

 

В настоящее время в дорожном и аэродромном строительстве начали применяться конструкции покрытий с использованием геотекстиля – синтетических рулонных материалов. Эффективно применение геотекстиля при создании различных прослоек в естественных и искусственных основаниях. Кроме того, введение в конструкцию синтетических прослоек повышает прочность основания за счёт улучшения водно-теплового режима и восприятия прослойкой растягивающих и сдвигающих усилий. Малая материалоёмкость, экономичность и технологичность синтетических прослоек обусловит их широкое применение при строительстве аэродромов, особенно в неблагоприятных условиях.

Например, геотекстиль целесообразно применять для создания противозаиливающих прослоек, которые предусматриваются при устройстве оснований из крупнозернистых материалов, укладываемых на глинистые или суглинистые грунты, для исключения проникания грунта при его увлажнении в слой крупнозернистого материала. В действующих документах такие прослойки рекомендуют устраивать из обработанного вяжущим слоя песка, шлака или естественного грунта толщиной не менее 5 см.

При конструировании аэродромных покрытий на участках с неблагоприятными условиями увлажнения во II и III дорожно-климатических зонах предотвращение морозного пучения достигается следующими мероприятиями: обеспечением необходимого возвышения покрытий над уровнем грунтовых вод; использование грунтов, не подверженных зимнему вспучиванию и весеннему снижению сопротивления нагрузкам; устройством термоизолирующих прослоек, снижающих глубину промерзания.

Из материалов, применяемых для устройства термоизолирующих слоёв, наиболее перспективны пенопласты, обладающие низкой теплопроводностью и хорошей водонепроницаемостью. Также для этой цели используются керамзитобетон, шлакобетон и другие пористые материалы.

 

Жёсткие покрытия

Требуемую толщину монолитных цементобетонных слоёв определяют расчётом, но принимается она не менее 16см.

Для того, чтобы исключить произвольное расчленение покрытий при растрескивании под воздействием низких температур, их разделяют на отдельные плиты деформационными швами.

Расстояния между деформационными швами сжатия (длина плит) для монолитных покрытий не должна превышать, м:

бетонных толщиной менее 30см……………………. 25-кратной толщины

слоя (допускается

округление до

целых метров)

бетонных толщиной 30см и более………………………………………. 7,5

армобетонных при годовой амплитуде

среднемесячных температур, о С:

45 и выше…………………………………….. 10

менее 45…………………………………….... 15

железобетонных с арматурой в одном уровне……………………….. 7,5

железобетонных с арматурой в двух уровнях………………………… 20

Продольные технологические швы монолитных покрытий используются в качестве деформационных.

В деформационных швах необходимо предусматривать стыковые соединения, обеспечивающие передачу нагрузки с одной плиты на другую и возможность взаимного горизонтального смещения плит в направлении, перпендикулярном шву. Вместо устройства стыковых соединений допускается предусматривать усиление краевых участков плит армированием или утолщением либо применять подшовные плиты.

Нежёсткие покрытия

Асфальтобетон широко применяется на аэродромах для устройства покрытий низких категорий и при реконструкции покрытий.

Вместе с тем, имеются ограничения на использования их на участках, испытывающих длительное воздействие газовых струй от реактивных двигателей самолётов.

Требования к асфальтобетону, используемому для покрытий на аэродромах, различаются в зависимости от величины нагрузки и участков аэродромных покрытий. На ВПП и магистральных РД под нагрузки III категории и выше в верхних слоях применяются плотные асфальтобетоны из горячих смесей марки I, под нагрузки IV категории – марки не ниже II, под нагрузки V и VI категорий – не ниже III марки по прочности.

При назначении толщины слоёв проектируемых асфальтобетонных и других нежёстких покрытий следует выполнять требования по минимальной толщине слоёв в уплотнённом состоянии (табл. 2).

Таблица 2.

  Материал конструктивного слоя нежёсткого покрытия и искусственного основания     Минимальная толщина слоя, см  
  Асфальтобетон при внутреннем давлении воздуха в пневматиках колёс воздушных судов, МПа: менее 0,6 от 0,6 до 0,7 свыше 0,7 до 1,0 свыше 1,0   Щебень, гравий, грунты, обработанные вяжущими, в том числе щебень, обработанный органическими вяжущими по способу пропитки   Грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные минеральными вяжущими; щебень или гравий, не обработанные вяжущими и укладываемые на песчаное основание            

 

 

При проектировании облегчённых аэродромных покрытий необходимо соблюдать следующие принципы:

следует максимально использовать местные каменные материалы и побочные продукты промышленности;

конструктивные слои следует располагать с учётом затухания напряжений по глубине;

число конструктивных слоёв в покрытиях не должно быть слишком большим, чтобы не усложнять технологию их устройства;

верхний слой покрытия устраивают из прочных материалов, хорошо сопротивляющихся нагрузкам от колёс ВС и воздействию струй газов реактивных двигателей.

 

3. Основные принципы расчёта прочности покрытий

Покрытия аэродромов, включая слои искусственных оснований, рассчитываются по методу предельных состояний на многократное воздействие вертикальных нагрузок от воздушных судов как многослойные конструкции, лежащие на упругом основании.

Расчётным предельным состоянием бетонных и армобетонных покрытий является предельное состояние по прочности.

Расчётными предельными состояниями нежёстких покрытий являются:

для покрытий капитального типа – предельные состояния по относительному прогибу всей конструкции и по прочности слоёв из асфальтобетона;

для покрытий облегчённого типа – предельное состояние по прогибу всей конструкции.

Развитие авиации сопровождается ростом массы воздушных судов и соответственно увеличением нагрузок на покрытия. Этот рост был бы ещё быстрее, если бы создателей самолётов не сдерживало требование, чтобы новые самолёты могли базироваться на существующих аэродромах. Для удовлетворения этого требования они вынуждены увеличивать у новых самолётов количество основных стоек шасси и количество колёс на стойках. Дело в том, что увеличение количества колёс, через которые нагрузки от самолёта передаются на покрытие, позволяет снижать необходимую толщину покрытия. Так, если толщина покрытия, рассчитанная для самолётной опоры, оборудованной одним колесом, равна Н, то для передачи той же нагрузки через стойку, имеющую два колеса, потребуется покрытие толщиной 0,7Н – 0,8Н, а при установке четырёх колёс – даже 0,5Н. Поэтому на современных воздушных лайнерах увеличивают количество стоек, а стойки оборудуются многоколёсными тележками. В результате мы имеем сейчас разнообразные схемы передачи нагрузок от самолёта на покрытия (рис. 3).

 

 

 

Рис. 3. Варианты схем основных опор самолётов

 

На основе обобщения нагрузок от опор самолётов определены семь категорий нагрузки, которые используются при расчёте покрытий (табл. 3).

Таблица 3.

Категория нормативной нагрузки Нормативная нагрузка на основную (условную) опору самолёта, кН Внутреннее давление в пневматических шинах, МПа
четырёхколёсную одноколёсную
Внекатего-рийная I II III IV V VI   - -   - - - - -   1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,6 0,4

 

При расчёте покрытий на внекатегорийную нагрузку и нагрузки I – IV категорий в качестве расчётной принята опора с четырёхколёсной тележкой с расстоянием между смежными колёсами 70 см и между рядами колёс – 130 см.

Допускается расчёт аэродромных покрытий на воздействие нагрузок от самолёта конкретного типа.

В процессе эксплуатации аэродромов выявлено, что появляющиеся дефекты распределяются по поверхности покрытий неравномерно. Это объясняется тем, что частота и характер воздействия опор самолётов в различных местах покрытия существенно отличаются. Чтобы учесть этот фактор при проектировании, покрытия аэродрома делятся на группы участков (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Схема деления аэродрома на группы участков А, Б, В и Г:

А – магистральная РД, концевые участки ИВПП; Б – участки ИВПП, примыкающие к концевым её участкам, вспомогательные и соединительные РД, МС, перроны и другие аналогичные площадки для стоянки воздушных судов; В – средняя часть ИВПП шириной, равной ½ её общей ширины; Г – краевые по ширине участки в средней части ИВПП, за исключением примыкающих к соединительным РД

 

Для этих групп участков установлены различные значения коэффициентов динамичности, разгрузки и условий работы, в результате чего покрытия имеют различную несущую способность за счёт отличия в толщине несущих слоёв, степени армирования и по другим показателям.

 

Заключение

Проектирование аэродромных покрытий имеет ряд отличий от проектирования дорожных одежд. Прежде всего, нагрузки на покрытия аэродромов высоких классов существенно выше, чем на дорожные одежды. Для восприятия таких нагрузок целесообразно использовать жёсткие покрытия, что и предопределило более широкое их распространение на аэродромах по сравнению с дорогами.

Повышенные требования к надёжности аэродромных покрытий заставляют особенно строго соблюдать нормы и правила, изложенные в нормативных документах.

В ограниченных рамках одной лекции раскрыты только самые общие принципы и основные особенности проектирования аэродромных покрытий.

 

 

Старший преподаватель кафедры № 4

 

к.т.н. И. Барышников