某通航機場的業務量預測及場道設計摘要眾所周知，隨著"一帶一路"發展戰略的發展，民航承擔著構建我國與"一帶一路"沿線國家空中運輸大通道的建設、促進與沿線國家經濟社會層面深入合作的重任。建設通航機場是我國“十四五”規劃的重點項目，也是我國未來建設發展的熱點。在陜北某通航機場場道設計中，充分運用在校所學的土木工程道橋方向的專業知識，更深層次的理解并掌握在大學期間所學內容，讓學生對機場場道的設計流程熟悉了解，為今后的工作奠定了堅實的基礎。本次設計主要工作有以下幾點：找出與本次設計的通航機場周圍環境和運輸條件類似的且有較長歷史數據的陜北其他通航機場，調查該機場的歷史數據，從而掌握該機場的使用機型、年起飛架次等情況，然后運用趨勢外推法，通過直線模型和指數曲線模型相比較的方式，對設計的陜北某通航機場的航空業務量及其各機型的高峰每小時起落架次進行預測。根據預測所得出的結論，對機場停機坪、停機位個數進行設計。根據趨勢外推法預測得出來的結論，對跑道系統和滑行道系統進行設計。根據風力荷載等因素確定跑道方向，通過高程修正、溫度修正坡度修正，確定跑道長度。通過查詢民用機場飛行區技術標準（MH5001-2013），確定升降帶、跑道端安全區、道肩、防吹坪、滑行道寬度及其所需的滑行道數量的規范標準，并進行設計。調查陜北該地區的地質情況，并通過查詢相應的規范，確定使用強夯地基處理方法。設計三種道面結構設計方案，并分別確定其土基反應模量、基頂反應模量、相對剛度半徑。并通過諾謨圖法和板邊彎矩影像圖法確定各方案的疲勞損耗比，通過比較各方案所需的材料價格，選擇相對經濟的方案。采用當量單輪荷載法、評價機型法分別對道面進行道面強度通報并對兩者結果進行比較。通過查詢《民用機場排水設計規范》，確定暴雨強度公式、暴雨重現期、雨水流量計算公式，并對總匯流時間和設計流量進行計算，通過比較設計流量與輸出流量的大小，進行排水設計。關鍵詞：場道工程；航空業務量預測；飛行區設計;道面結構設計；排水設計目錄TOC\o"1-3"\h\u22636第一章緒論 緒論通航機場設計背景眾所周知，十四五期間將會出現機場建設的熱潮,相關航空樞紐建設進入各級"十四五"規劃的可能性很大。REF_Ref8542\w\h[1]隨著"一帶一路"發展戰略的發展，民航承擔著構建我國與"一帶一路"沿線國家空中運輸大通道的建設、促進與沿線國家經濟社會層面深入合作的重任。REF_Ref8902\w\h[2]我國現有的通用航空機場與其他發達國家相比，發展及其緩慢，機場數量無法滿足我國人民的需求。截止到2019年底，我國在冊的通航機場數量僅有246個，而美國公共機場目前約有5000多個，其中4000多個為通航機場REF_Ref9009\w\h[3]，我國的通航擁有數量遠遠低于美國等發達國家的水平。故此，前中國民航局局長李家祥在“一帶一路”通航發展戰略論壇上表示，中國將要實行“縣縣通”計劃。中國擁有接近2800個縣，而可以正常使用的通航機場僅有78個，所以必須加快通航機場建設，這對于拉動中國經濟將是很好的基礎投資，再加上其它配套設施建設，各方面的資金投入，將是一個巨大的拉動經濟增長的基礎建設增長點。設計依據根據所學的土力學、機場規劃設計、場道設計、基礎工程等相關知識，參考《場道工程理論技術》、《民用機場水泥混凝土道面設計規范》、《民用機場飛行區技術標準》、《國際民用航空公約（附件14）》、《地基處理手冊》等文獻，完成場道設計。設計任務依據項目任務書要求和給定資料，完成航空業務量預測分析，及對飛行區平面設計、地基處理及地勢設計、道面結構設計和排水設計。第二章航空業務量預測和分析2.1概述在人們進行機場機場道的規劃設計時，首先需要對該機場的未來航空業務量、高峰小時客運量進行預測和分析，并根據預測結果確定該機場所需的設施、規模及其等級。航空業務量的預測和分析是機場規劃和設計的基礎。REF_Ref9111\w\h[4]通常常用的預測方法包括專家判斷法、市場分析法、計量經濟法、類比法、趨勢外推法五種。本次設計主要采用趨勢外推法。2.2預測客運量趨勢外推法2.2.1直線1.年客運量直線模型參數計算表2-12010-2020年直線模型年份xyxxab2010-50.2936-1.468250.37240.02142011-40.2743-1.09716--2012-30.2981-0.8949--2013-20.3122-0.624442014-10.3459-0.34591--201500.371100--201610.39860.39861201720.42150.82304--201830.44361.33089--201940.45381.815216--202050.48322.41625N=114.09592.35431102.直線模型計算公式如下y=a+b×式中y——客(或貨）運量，單位萬人X——時間b——參數，為常數，由客運量求得為簡化計算，設2015年的X=0a=x2=b=n=所以，該機場每年客運量增加0.0214萬人該機場年客運量計算式為y=0.3724+0.0214X計算相關系數r值r=n==0.9757 預測2031年的航空業務量2031年X=16,y=0.3724+0.0214×16=0.7148萬人預測2041年的航空客運量2041年X=26,y=0.3724+0.0214×26=0.9288萬人2.2.2曲線模型1.年客運量指數曲線模型參數計算表2-22010-2020年指數曲線模型年份xYlnxab2010-50.2936-1.2266.130.09871.1442011-40.2743-1.2945.176--2012-30.2981-1.213.63--2013-20.3122-1.1642.3282014-10.3459-1.0621.062--201500.3711-0.9910--201610.3986-0.920-0.92201720.4215-0.864-1.728--201830.4436-0.813-2.439--201940.4538-0.79-3.16--202050.4832-0.727-3.635N=11∑X=0∑y=4.0959∑lny∑xlnyyabx為了計算方便，直接把指數方程轉化變成直線方程計REF_Ref9339\w\h[5]。因此，指數方程兩邊需要取對logy=loga(logb)xlogy=y',loga=a',logb=b',代入上述公式，即可獲得直線方程式如下，用直線法求出a',b'a,b的值a’=x2y'?=a=log?1a’=log?1（-1.0055）=0.0987b’=n=0.0586b=log?1b’=log?10.0586=1.144客運量每年增長b-1=14.4%年客運量計算式為y=0.09871.144x計算相關系數r值r=n=預測2031年的航空業務量2031年X=16，y=0.8494萬人預測2041年的航空業務量2041年X=26，y=3.2613萬人因為直線模型的相關系數為0.9757，相比之下，直線模型相關系數小于指數曲線相關系數，相比較而言，指數曲線模型預測更加精準。所以，2031年的陜北某通航機場航空客運量為0.8494萬人，2041年的陜北某通航機場航空客運量為3.2613萬人。2.3高峰小時客運量和起降架次2.3.1高峰小時客運量高峰小時客運量為高峰月份日均高峰小時客運量，一般使用年最大高峰小時客運量。但是，如果數據缺少或丟失，不能數據進行分析REF_Ref9545\w\h[6]，高峰小時客運量也被允許采用當年客運量的0.03％~0.05％。但隨著年客運量的增加，采用百分數應遞減。本次設計的陜西某通航機場，因資料不全，采用當年客運量0.05％來計算其高峰每小時客運量。2031年高峰每小時客運量為4.247人2041年高峰每小時客運量為16.3人2.3.2高峰每小時飛機的起降架次本次設計的陜西某通航機場，為A1級通航機場。該機場主要為SF3、YU7、AN4、SA365、EC155等機型。表2-3預計2031年機型組成表機型(人數)機種比例滿座率YU7(50)10%70%AN4(50)15%70%SF3(30)30%70%EC155（14）22%70%SA365（13）23%70%預計2031年陜西某通航機場平均客座數：（50×0.1+50×0.15+30×0.3+14×0.22+13×0.23）×0.7飛機起降架次：8494÷19.3≈表2-4預計2041年機型組成表機型(人數)機種比例滿座率YU7(50)30%70%AN4(50)20%70%SF3(30)30%70%EC155（14）10%70%SA365（13）10%70%預計2041年陜西某通航機場平均客座數：(50×0.3+50×0.2+30×0.3+14×0.1+13×0.1)×0.7=25.69座飛機起降架次：32613÷25.69≈1270架表2-52041年高峰小時各機型起降架次表機型總起降架次機型比例年起降架次高峰小時起降架次高峰小時年起降總架次YU7127030%3810.171AN420%2540.11SF330%3810.17EC15510%1270.057SA36510%1270.0572.4航站樓和機坪停機位數量2.4.1航站樓通常，航站樓面積的大小由高峰每小時客運量來決定。2041年的高峰小時的客運量經預測是16.3人，按照規定建筑面積配置標準為24㎡/人，24×17=408㎡。由于客運量過少，因此不能按照此標準執行，所以航站樓建筑面積定為1000㎡。2.4.2機坪停機位數量按照規定，機坪所需的停機位數量由高峰每小時飛機起落架次決定，用以下公式計算在式中N－機坪所需的停機位數量U－機位所得到利用的系數，一般U取值為0.7~0.5ni—第i類飛機高峰時間的出動架次最大值；ti——i類飛機所占用機坪所需的時間本次設計中飛機起降架次占飛機總起降架次的0.65倍，機位利用系數0.62041年陜北某機場所需停機位數量YU7:N=,取1機位AN4:N=,取1機位SF3:N=，取1機位EC155:N=,取1機位SA365:N=,取1機位表2-62041年各機型所需的機位機型占用時間高峰小時起降架次機位YU70.90.171AN40.90.111SF30.80.171EC1550.750.0571SA3650.750.05712041年陜西某通航機場機坪停機位需要5個。第三章飛行區平面設計通常飛行區平面設計包括以下幾個部分，跑道、跑道端安全地區、凈空道、滑行道、升降帶等等。REF_Ref9689\w\h[7]關于飛行區平面設計最重要的部分為跑道長度設計。3.1跑道設計3.1.1風力荷載表3-1陜西某地區全年風向風頻率統計表風速風向北北東北東北東東北東東東南東南南東南南0.5~1.86.0~7.93.10003.104.3008.0~9.90001.50000010.0~12.900000000013.0~14.900000000015.0~17.9000000000≥18.0000000000共計風向風速南西南西南西西南西西西北西北北西北無風共計0.5~1006.0~00000008.0~9.900000000010.0~12.900000000013.0~14.900000000015.0~17.9000000000≥18.0000000000共計8.58.7100根據相關規定，飛機在起飛降落時遭遇的最大逆風風速不得超過15m/s，遭遇的最大90°側風風速不得超過8m/s，如果超過該規定，飛機可能會遭遇危險，固不能正常起飛降落。REF_Ref9760\w\h[8]根據對陜西某地區全年風速風向頻率統計，全年風速均為超過8m/s，故可認為無論機場跑道的方向如何布置，飛機均可正常起飛降落，不會受到風速影響。3.1.2跑道長度的確定由預測的2041年陜西某通航機場航空業務量和高峰小時飛機起降架次可知，高峰小時總起降架次為1，由于航空量較小，設計的通航機場構型較為簡單，因此不需要設計平行滑行道。該機場預計所使用飛機為SF3、YU7、AN4、SA365、EC155等機型。表3-2各機型數據YU7AN4SF3最大載油量4790Kg4600Kg3200Kg最大商載4700Kg5500Kg3850Kg起飛所需滑跑距離640m600m385m最大起飛重量21800Kg21000Kg5000kg該機場所需的YU7、AN4、SF3等機型飛機的年起降次數均達到250架次/年，因此，按照規范要求，可認定以上三種型號飛機均為關鍵飛機。其中，YU7起飛所需距離最長，為640m。所以通常不記降落滑行跑道的長度。所以該機場預設跑道長度為1000m。經過查詢數據，陜西某地區的標高為48.5m，所以修正后的機場場地長度為FL=1.07H300因此，該機場跑道起飛高程修正后為647.03m。該機場基準氣溫為20°，根據規范，海拔升高1000米，溫度降低5度，該區域海拔48.5米，因此標準大氣溫度降低為0.25°。所以經過溫度修正后跑道長度為647774.82/647.03=1.198<1.35因此，按照規范所定的修正長度與原長度對比校核的要求校驗，高程與溫度的修正長度滿足此規范要求。該通航機場的跑道有效縱坡，設計按照預計有效縱坡0.5%和加長10%跑道長度來修正跑道的長度。774.82×所以，經過坡度修正后的跑道長度為813.56m。因為修正后的跑道長度為813.56m，小于預設跑道長度1000m，所以預設跑道長度滿足要求。3.1.3跑道寬度設計表3-3跑道的最小寬度飛行區等級ABCD1181823-2232328-3282828454--4545經查詢，國際民航組織公約規定，A1級通航機場的跑到寬度不得小于18m。REF_Ref9865\w\h[9]跑道最小寬度公式為式中：——外側輪間距,經檢查，該機場飛機外側車輪間距為4米至7米——飛機主起落架的外輪與機場跑道道邊之間的凈距，按照規范要求，飛行區指標為A的跑道凈距為1.5m所以跑道最小寬度為6+2×1.5=9m故此，設定機場跑道寬度為30m。3.2跑道系統設計3.2.1升降帶為了避免飛機沖出跑道，釀成重大安全事故，為保證飛機可以正常起飛，故設置升降帶。該機場為A1級通航機場，按照相關規范向外延伸30m為60m。表3-4升降帶寬度飛行區基準代碼4321每側擴展距離(距儀表跑道150757575非儀表跑道75754030m3.2.2跑道端安全區設計跑道端安全區場地必須平整壓實，不能有雜物或障礙物在安全區內。根據相關規范要求，通航機場飛行區指標Ⅰ為機沖出跑道對飛機造成巨大損傷伸90m，并且寬度至少為跑道的兩倍以上設計為30m。跑道端安全寬度為60m。3.2.3道肩設計按照規范要求，A1級通航機場其跑道道肩寬應為1.5m。道肩的顏色應與跑道顏色有所區別，有明顯不同，方便辨認。3.2.4防吹坪設計根據相關規范要求，A1級通航機場未設計停止道和凈空道，但需要設計防吹坪，防止飛機的發動機氣流對地面進行吹蝕，所以在跑道端外進行加固。通常防吹坪的長度應沿著跑道端向外繼續延伸不少于60米。3.3滑行道系統設計滑行道在設計中，應遵循以下設計要求：節約經濟滑行道應既暢通又短，盡量延直線設計，避免轉彎、交叉、穿越跑道應符合設計規范，使設計的滑行道可以安全使用與機場的其他設施系統能夠相互適應，不會對跑道、導航設備造成影響3.3.1滑行道寬度表3-5滑行道面、道肩滑行帶最小寬度飛行區基準代字ABCDE滑行道面7.510.515/1818/2323最小寬滑行道面和道肩--253844度(m)滑行帶2739578593滑行帶平整部分2225253844主起落架外輪緣到滑行道邊緣最小凈距（m） 4.54.5因為本機場為A1級通航機場，經查表可得知，滑行道的直線部分的最小寬度為7.5米，且當滑行道的寬度為飛機正處于中線位置時，飛機的主起落架外輪緣到滑行道邊緣的最小凈距為1.5米。本機場預計起飛降落的最大機型為YU7 型號飛機。根據相關參數，該機型飛機翼展是29.2m，兩側輪距是5.2m。滑行道直線部分寬度=5.2+1.5×2=8.2m>7.5m所以，設計的滑行道寬度為8.2m3.3.2滑行道數量設計由于本次設計的為陜西某地區A1級通航機場，預計2041年客運量為3.2613萬人，高峰小時總起降架次為1架，因此，如下圖所示，僅需設計一條聯絡滑行道，即可滿足該機場需求。第四章地基處理陜西某地區地質情況本次設計的陜西某通航機場選址陜西中部某地區，該地區區別于陜西北部的黃土高原區和陜西南部的秦巴山區，該地勢較為平坦，屬于關中平原地區。由于該地區屬于平原，地勢平坦土地肥沃，盛產糧食木材。該地區屬于低級黃土塬，地層土質分布較為穩定，主要為濕陷性黃土層，厚度高達20m。且由于陜西地區黃河水沖洗，且雨季長，降水量大，故而對濕陷性黃土造成一定的影響,REF_Ref21402\w\h[10]土質的結構較為松散，孔隙比較大。濕陷性黃土的顆粒一般為粉土顆粒，質量約占總體的50％－70％。在濕陷性黃土上進行通航機場場道設計，必須要考慮由地基濕陷而引起的附加沉降等問題。由于地基沉降會給通航機場場道帶來很大的問題和苦腦，所以必須進行地基處理，徹底消除因地基濕陷帶來的危害，以提高地基承載力。4.2地基處理4.2.1地基處理的目的在工程中，一般通過地基處理對地基內的軟弱土進行改善，以達到：提高地基土的地基承載力和抗剪強度，增加地基的穩定性減小滲流量，改善土質的滲透性，避免地基遭到破壞減少震動反應，以改善土的動力性能，避免土質液化4.減小土質壓縮性，防止且避免地基變形REF_Ref22924\w\h[11]4.2.2地基處理的方法通過查詢規范和技術比較，確定采用強夯法來對地基進行處理。表4-1處理規定處理方法適用范圍一般處理濕陷性黃土厚度強夯S<60%的濕陷性黃土3~6重錘夯實S<60%的濕陷性黃土3~6擠密法底下水位以下5~15墊層法地下水位以下1~3強夯法具體施工過程中，夯擊設備會將重量在10-25噸范圍內的重錘提高至10-25米的高度，然后讓其自由下落，借助于比較強大的沖擊波和夯擊作用力對土壤進行夯擊處理，REF_Ref16784\w\h[12]從而可達到提高地基承載力、對地基加固、消除濕陷性的作用。強夯因為其處理工藝簡單、施工方便，且對比其他濕陷性黃土地基處理辦法具備明顯的工期短、費用低等特點，被廣泛應用于濕陷性黃土地基的處理。REF_Ref18860\w\h[13]REF_Ref19236\w\h[14]REF_Ref19242\w\h[15]經過粗略計算，強夯法與傳統的換土墊層和樁基進行比較，工期大約縮短4個月，造價節約50%。REF_Ref22191\w\h[16]當然，由于強夯法本身自有的特點，會產生巨大的噪音，對周圍居民平時的生活起居造成較大的影響。但由于本次通航機場的選址在陜西某地郊區，離周圍居民區和商場較遠，因此不會對其造成較大影響。4.2.3夯點布置根據規范，第一遍的夯點間距為夯錘的直徑的2.5——3.5倍。重錘直徑為2.52m，錘底面積5m2。REF_Ref20389\w\h[17]第一遍夯點間距設置為7.5m，采用正方形矩陣排列。同時第二遍、第三遍夯點間距在第一遍之間，盡量使處理范圍內的地基夯點分布均勻，以達到消除濕陷性、提高地基承載力的目的。4.2.4強夯的有效加固深度采用單點夯擊能量為2000KN?m進行單點夯擊，滿夯時采用1000KN?m進行夯擊。根據查詢強夯法的有效加固深度表格可得知，本次強夯的預計有效加固深度為4.0m至5.0m，滿足要求。第五章道面結構設計5.1交通量根據第二章對航空業務量的預測，陜西某通航機場未來在2041年預計飛機年起降架次達到1270架。故此，2041年各型號飛機起降架次如下：表5-1預計2041年飛機機型起降架次機型(人數)機種比例起降架次YU7(50)30%381AN4(50)20%254SF3(30)30%381EC155（14）10%127SA365（13）10%127按照ICAO的國際標準分類的機型情況為：表5-2ICAO標準分類的機型情況機型分類：ICAO（A、B、C、D、E、F）ASA365、EC155BYU7、AN4、SF3因此，預計2041年，A類機型占總比重的20％，共254架，B類機型占總比重的80％，起降1016架。該通航機場場道使用水泥混凝土道面結構。5.2道面結構層設計5.2.1水泥混凝土的道面土基設計根據規范和標準，土基應滿足緊湊、密實、均勻的特點。通過排水設計減少地下水冰凍等情況對土基的危害。在經過處理后的土基的工作區深度范圍內的回彈模量預計可達到30MPa左右。5.2.2基層設計基層需要滿足抗凍性和水穩定性的特點，起到穩定跑道路面的作用。表5-3不同等級飛行區基層厚度飛行區等級基層厚度A、B150mmC、D、E300mm經過查詢規范，可知該機場基層厚度為150mm。5.2.3墊層設計由于設計的該陜西某通航機場選址地處于低級黃土塬，土基較為濕潤，為了改善土基的狀況條件，滿足所需的要求，所以需要設計墊層。墊層法為傳承多年的黃土地基處置措施，廣為運用。REF_Ref27015\w\h[18]墊層一般用灰土、碎石或混凝土組成。按照相關規定，設計的墊層應該比設計的基礎層至少寬300mm，并且設計墊層的厚度應該不小于150mm。5.2.4面層設計由于水泥混凝土板具有一定的強度，同時具有抗腐蝕性能、抗裂性、耐磨性、耐久性、抗凍性，故此選用水泥混凝土作為面層。根據規范，查詢下表可得知，該機場的水泥混凝土拉彎強度為4.5MPa，REF_Ref27064\w\h[19]水泥混凝土板的最小的厚度為200mm。表5-4飛行區水泥混凝土設計規范飛行區等級水泥混凝土設計強度水泥混凝土板最小厚度A、B4.5MPa200mmC、D、E5.0MPa240mm5.2.5道面結構設計方案根據相關規定和要求，共設計出三種不同的方案。表5-5道面結構設計方案方案編號基層墊層方案一水泥穩定碎石2級配碎石20方案二水泥穩定220片石、卵石20方案三碾壓混凝土180石灰205.3土基的反應模量K0確定根據之前對道面結構層的設計，確定該機場的水泥混凝土強度為4.5MPa，回彈模量預估可達30Mpa，水泥混凝土的泊松比為0.35，承載板的直徑為74cm，用圓形承載板來測試計算土基回彈模量，公式如下：EK0為土基反應模量，K0=D－承載板直徑P－承載板的壓力值L－回彈變形E0－μ0－水泥混凝土K5.4道面結構計算由之前計算可得以下表格：表5-6ICAO標準分類的機型情況機型分類：ICAO（A、B、C、D、E、F）ASA365、EC155BYU7、AN4、SF3因此，預計在2041年，A類機型占總比重的20％，共起降254架，B類機型占總比重的80％，共起降1016架，客運量年增漲量為14.4％。已知該通航機場場道的道面設計壽命為30年，則在設計年限內的年均運行次數Ns為：N表5-6交通組成機型PG(kN)St(m)SL1(m)q(MPa)NsncnwYU70.95218.000.401.21490322AN40.95210.000.301.19326822EC1550.957163422SA3650.957163422SF30.95158.000.301.13490322表中：－主起落架的荷載分配系數；－飛機起飛時最大重量；－起落架輪之間的凈距；－起落架輪軸之間的凈距；－飛機主起落架輪胎的壓力；－在設計年限內飛機年均運行次數；－主起落架的個數；－單個主起落架的輪子數5.4.1基頂反應模量Kj為基層頂面的反應模量，K0為土基的反應模量，?je為基層的當量厚度。Kj由K表5-7基層反應模量因為水泥穩定碎石的當量系數為1.5，水泥穩定沙礫的當量系數為1.4，碾壓混凝土的當量系數為2.0，所以可求得：方案一的基層當量厚度：hje1=方案二的基層當量厚度：h方案三的基層當量厚度:h由前文計算可得，土基反應模量K0為58.8MN/m3，方案一的基層頂面反應模量：75MN/方案二的基層頂面反應模量：78MN/方案三的基層頂面反應模量：83MN/m表5-8基層頂面反應模量最低值飛行區指標ⅡA、BC、D、E、F基層頂面的反應模量kj（MN/m3）5080經過查詢規范，三種方案的基層頂面的反應模量均大于50，故此三種方案均滿足要求。5.4.2各類機型的輪印尺寸及其累計作用的次數1、YU7機型主起落架輪載：；輪印：；；累計作用次數：次。2、AN4機型主起落架輪載：；輪印：；累計作用次數：次。3、SF3機型主起落架輪載：；輪印：；累計作用次數：次。4、EC155機型主起落架輪載：；輪印：；累計作用次數：次。5、SA365機型主起落架輪載：；輪印：；累計作用次數：次。由此可得：機型（kN）(m）（mm）（次）YU751.78286.13171.6816469AN449.88283.18169.910863SF337.53252.07151.2414508EC15511.69144.5786.742773SA36510.09134.3280.5925765.4.3各方案板厚的相對剛度半徑方案一：板厚h=200mm，基頂的反應模量為75MN/?，水泥混凝土的泊松比為0.15，水泥混凝土的拉彎強度為4.5MPa，彎拉彈性模量為35000MPa。則它的相對剛度半徑為：l方案二：板厚h=220mm，基頂的反應模量為78MN/?，水泥混凝土的泊松比為0.15，水泥混凝土的拉彎強度為4.5MPa，彎拉彈性模量為35000MPa，則它的相對剛度半徑為：l方案三：板厚h=200mm，基頂的反應模量為83MN/?，水泥混凝土的泊松比為0.15，水泥混凝土的拉彎強度為4.5MPa，彎拉彈性模量為35000MPa。,則它的相對剛度半徑為：l5.4.4邊板彎矩的計算已知方案一的板厚相對剛度半徑為751.1mmEC155機型EC155機型，G=49.2KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M表5-9諾謨圖由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nSA365機型SA365機型，G=42.5N,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nYU7機型YU7機型，G=218KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nAN4機型AN4機型，G=210KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nSF3機型SF3機型，G=158KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：n方案二：已知方案二的板厚相對剛度半徑為798.9mmEC155機型EC155機型，G=49.2KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nSA365機型SA365機型，G=42.5KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nYU7機型YU7機型，G=218KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：Ne疲勞損耗比：neAN4機型AN4機型，G=210KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：Ne疲勞損耗比：neSF3機型SF3機型，G=158KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：ne方案三：板厚相對剛度半徑為732.3mmEC155機型EC155機型，G=49.2KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nSA365機型EC155機型，G=42.5KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：nYU7機型YU7機型，G=218KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：Ne疲勞損耗比：neAN4機型AN4機型，G=210KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：Ne疲勞損耗比：neSF3機型SF3機型，G=158KN,通過查詢諾謨圖，得到其板邊彎矩M由此可得;板邊彎拉應力為σ板邊計算應力：σ飛機的容許作用次數為：N疲勞損耗比：neNe5.4.5板邊彎矩影響圖法方案一：板厚h=200mm，基頂的反應模量為75MN/?，水泥混凝土的泊松比為0.15，水泥混凝土的拉彎強度為4.5MPa，彎拉彈性模量為35000MPa。相對剛度半徑為751.1mm，采用直尺量板邊彎矩影像圖上的剛度半徑L′p=118mm。EC155機型，該機型的輪印為144.57mm。LWt表5-10數據統計放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直2021252389輪子與0相切25232729104臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：nSA365機型，該機型的輪印為134.32mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直1819232181輪子與0相切2221242592臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：neNYU7機型，該機型的輪印為286.13mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直81518356271輪子與0相切89668661302臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：neAN4機型，該機型的輪印為283.18mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直80498152262輪子與0相切87668561299臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：Ne疲勞損耗比：neSF3機型，該機型的輪印為252.07mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直63456844220輪子與0相切76538066262臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp=飛機容許作用次數為：Ne=疲勞損耗比：ne方案二：板厚h=220mm，基頂的反應模量為78MN/?，水泥混凝土的泊松比為0.15，水泥混凝土的拉彎強度為4.5MPa，彎拉彈性模量為35000MPa，相對剛度半徑為798.9mm，采用直尺量板邊彎矩影像圖上的剛度半徑L′p=118mm。EC155機型，該機型輪印為144.57mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直2319231984輪子與0相切2216221676臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：nSA365機型，該機型輪印為134.52mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直2117201775輪子與0相切2015201469臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：nYU7機型，該機型的輪印為286.13mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直65546554238輪子與0相切76577657266臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：neAN4機型，該機型的輪印為283.18mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直62526250226輪子與0相切75547453256臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：neSF3機型，該機型的輪印為252.07mm。LW放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直57455447203輪子與0相切63566155235臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：ne方案三：板厚h=200mm，基頂的反應模量為83MN/?，水泥混凝土的泊松比為0.15，水泥混凝土的拉彎強度為4.5MPa，彎拉彈性模量為35000MPa。它的相對剛度半徑732.3mm。采用直尺量板邊彎矩影像的圖上的剛度半徑L′p=118mm。EC155機型，該機型輪印為144.57mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直32242619101輪子與0相切2422251889臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：nSA365機型，該機型輪印為134.32mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直2922251894輪子與0相切2017231676臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：N疲勞損耗比：nYU7機型，該機型的輪印為286.13mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直78667663283輪子與0相切95718967322臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：Ne疲勞損耗比：neAN4機型，該機型的輪印為283.18mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直75617358267輪子與0相切87688463302臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：Ne疲勞損耗比：neSF3機型，該機型的輪印為252.07mm。LWt放置方式左下左上右下右上匯總輪子與0垂直66476249224輪子與0相切73527553253臨界荷位0點和影響圖0點垂直時，輪印覆蓋格數Nb板邊彎矩M板邊彎拉應力：σe板邊計算應力：σp飛機容許作用次數為：Ne=疲勞損耗比：neN方案一諾謨圖法和影響圖法邊板彎矩對比機型諾謨圖Me影響圖法Me差值EC1550.0090.006280.00363YU70.0220.02060.0014SA3650.0090.005550.00345AN40.0220.020070.00193SF30.0190.016730.00227方案二諾謨圖法和影響圖法邊板彎矩對比機型諾謨圖Me影響圖法Me差值EC1550.0110.005740.00526YU70.0240.02050.0035SA3650.0110.00450.0065AN40.0240.02020.0038SF30.020.0170.003方案三諾謨圖法和影響圖法邊板彎矩對比機型諾謨圖Me影響圖法Me差值EC1550.0080.00580.0022YU70.020.02090.0009SA3650.0080.005390.00261AN40.020.01930.0007SF30.0180.01530.0027表5-11各機型疲勞損耗值對比EC155YU7SA365AN4SF3疲勞損耗比第一種方案2.754×0.008990.005550.020070.016730.03127第二種方案3.800.008230.00450.02020.0170.04993第三種方案4.020.01160.005390.01930.01530.05159上述所設計的的三個方案，由于他們的疲勞損耗比均小于0.8，而規范中疲勞損耗比為0.8~1.1，故此三個方案均不滿足規范的要求。由于本次設計的是陜北某通航機場，級別為A1級，而小型通航機場的跑道設計需要考慮荷載和溫度影響，所以需要考慮溫度疲勞的影響因素。溫度應變會對跑道道板產生脹應力、縮應力、翹曲應力。道面板的線膨脹系數αc=0.00001。經查詢，陜西某地區的年平均氣溫為6.8°，Vc=0.15，故此，溫度應變產生的應力為：σ飛機容許作用次數為：NeEC155機型，EC155的ne=2873疲勞損耗比：neYU7機型，YU7的ne=16469疲勞損耗比：neAN4機型，AN4的ne=10863疲勞損耗比：neSF3機型，SF3的ne=14508疲勞損耗比：neSA365機型，SA365的ne=2576疲勞損耗比：ne經計算，溫度疲勞損耗比總和為1.037，在0.8至1.1之間，三種方案均滿足規范的要求。5.4.6技術經濟分析經查詢，陜西某地區的材料價格如下：表5-12材料價格材料水泥穩定碎石水泥穩定沙礫碾壓混凝土石灰穩定粒料片石卵石級配碎石價格220元/m3270元/m3680元/m3450元/m3150元/m3500元/m3擬定的方案為：方案編號基層墊層方案一水泥穩定碎石2級配碎石20方案二水泥穩定220片石、卵石20方案三碾壓混凝土180石灰20方案一：0.2×220+0.2×500=144元/㎡方案二：0.22×270+0.2×150=89.4元/㎡方案三：0.18×680+0.2×450=212.4元/㎡經對比，方案二價格實惠，故選用方案二為最終方案。5.5PCN通報值計算5.5.1PCN通報要素道面類型表5-13道面類型道面類型代號剛性道面R柔性道面F該通航機場的跑道為水泥混凝土路面，查上表可得知，該道面類型為剛性道面，代號為R。土基的強度類型（K0=58.8MN/m3）表5-14土基強度類型土基強度剛性道面土基反量柔性道面CBR值土基強度號高強度150（>120）15（>13）A中強度80（60~120）10（8~13）B低強度40（25~60）6（4~8）C特低強度20（<25）3（<4）D之前算定土基的強度類型K0=58.8MN/m3，屬于低強度，經查詢表格，代號為C。跑道道面的最大允許胎壓表5-15胎壓類型胎壓類型胎壓限制代號高胎壓無限制W中1.0~1.5MPaX低0.5~1.0MPaY特低<0.5MPaZ因為前文所設計的道面上面層為水泥混凝土，經查閱規范，水泥混凝土的最大允許胎壓為胎壓無限制，代號為W。評定方法表5-16評定方法評定方法代號經驗評定U技術評定T本次評定方法為技術評定，代號為T。5.5.2評價機型法評價機型法是對于在當今的機場中現運行的各類機型以及該機型的年起落架次。確定對于機場場道的道面結構厚度要求最高的機型，一般會通過比較該機場的各機型的疲勞損耗比，疲勞損耗比最大的即為評價機型。REF_Ref32560\w\h[20]經過比較，YU7機型是該機場所有機型中的疲勞損耗比是最高的，故此該機型對于通航機場場道的道面結構厚度要求也是最高的，所以YU7為本次設計的陜西通航機場的評價機型，評價期確定為5年。1.確定評價期內年運行次數將評價期內設計的陜西某通航機場內所有機型的起落次數通過軸載公式進行換算，轉化為評價機型YU7當量運行次數。Ns=Ns－評價機型的年運行次數Ni－將要換算的機型的年運行的次數Pi－將要換算的機型的輪載（KN)Ps－評價機型的輪載（KN)注：PiPs<0.75表5-17飛機主起落架換算系數δ機型的年運行的次數為16469。Pi—飛機主起落架的單個飛機輪所分配的荷載G－飛機的最大重量P－飛機的主起落架荷載的分配系數nc－飛機主起落架的個數nw－飛機主起落架的輪數因為YU7為評價機型，所以Pi/Ps=1。將上述所求數據代入公式，求得Ns=16469AN4機型δ機型的年運行的次數為10863。Pi—飛機主起落架的單個飛機輪所分配的荷載G－飛機的最大重量P－飛機的主起落架荷載的分配系數nc－飛機主起落架的個數nw－飛機主起落架的輪數Pi/Ps=0.96將上述所求數據代入公式，求得Ns=8585。SF3機型δ機型的年運行的次數為14508。Pi—飛機主起落架的單個飛機輪所分配的荷載G－飛機的最大重量P－飛機的主起落架荷載的分配系數nc－飛機主起落架的個數nw－飛機主起落架的輪數Pi/Ps=0.72由于Pi/Ps=0.72<0.75,所以不計入到評價其內的年運行次數。EC155機型δ機型的年運行的次數為2773。Pi—飛機主起落架的單個飛機輪所分配的荷載G－飛機的最大重量P－飛機的主起落架荷載的分配系數nc－飛機主起落架的個數nw－飛機主起落架的輪數Pi/Ps=0.23由于Pi/Ps=0.23<0.75,所以不計入到評價其內的年運行次數。SA365機型δ機型的年運行的次數為2576。Pi—飛機主起落架的單個飛機輪所分配的荷載G－飛機的最大重量P－飛機的主起落架荷載的分配系數nc－飛機主起落架的個數nw－飛機主起落架的輪數Pi/Ps=0.19由于Pi/Ps=0.19<0.75,所以不計入到評價其內的年運行次數。表5-18數據統計機型起落架的構型δPi(KN)Pi/PsNiNsYU7雙輪雙軸151.7811646916469AN4雙輪雙軸149.880.96108638585SF3雙輪雙軸137.530.72145080EC155雙輪雙軸111.690.2327730SA365雙輪雙軸110.090.1925760經計算，該評價機型的總當量的運行次數為Ns=16469+8585=25054次。確定通航機場場道的道面結構參數水泥混凝土的道面結構有效厚度he=Cr×h上述式中：Cr—道面厚度損壞的折減系數he—水泥混凝土的道面結構有效厚度h—水泥混凝土實際厚度表5-19道面厚度損害的折減系數Cr取值范圍道面損壞等級優良中次或差Cr值1.000.75~1.000.5~0.750.35~0.5因為設計的陜北某通航機場場道道面的實際厚度為220mm，道面損害等級為優，所以道面厚度損害的折減系數為1.00。帶入上述公式：he=Cr×h=1.00×220=220mm所以水泥混凝土的道面結構有效厚度為220mm。水泥混凝土彎拉疲勞強度frmfrm=fcm(0.885-0.063logne)上述式中：frm—水泥混凝土彎拉疲勞強度fcm—水泥混凝土彎拉強度ne—評價機型累計作用次數前文設計中得知，水泥混凝土彎拉強度為4.5MPa，評價機型YU7的累計作用次數為16469次，代入式中:frm=fcm(0.885-0.063logne)=4.5(0.885-0.063×log16469)=2.785MPa求得水泥混凝土彎拉疲勞強度為2.785MPa。曲線法確定邊板計算所需的應力p(1LT)e上述公式：p—板邊的計算應力e—評價機型單個起落架在接近半無限大板的臨界荷載時所產生的板邊應力LT—板邊的應力折減率讓p=frm=2.785MPa，代入上述公式：e=2.785Me=e×?26×所以板邊彎矩Me為30KN?m/m。經前文計算可得知，方案二的相對剛度半徑為798.9mm，通過查詢下面的圖片，可得知：當G為300KN時，Me=34KN?m/m當G為400KN時，Me=42KN?m/m前文求得Me為30KN?m/m，使用內插法可求得：G=300+[（400-300）/（42-34）]×(34-30)=350KN道面PCN值因為｜σp-frm｜=｜2.785-2.785｜=0，遠遠小于0.025frm，故滿足規范要求。所以可確定評價機型YU7的最大的容許運行重量為350KN。根據所確定的土基強度和道面層類型，采用內插、外延方法，確定YU7最大容許重量G相對應的ACN,即飛機等級，作為該通航機場場道的道面等級代碼PCN值。REF_Ref19806\w\h[21]通過查詢《機場飛行區技術標準（MH5001-2013）105號》可知表5-19YU7飛機在剛、柔性道面ACN值飛機機型胎壓MPa重量柔性道面土基CBR剛性道面土基K0，MN/m3最大/kN高中低特低高中低特低151063150804020182910111310111212YU70.7211055676677已知YU7的最大的容許運行重量為350KN，土基反應模量為58.8MN/m3，REF_Ref21338\w\h[22]根據查詢上表，利用內插、外延的方法，可求得：最大重量：11最小重量：6?518.2所以跑道的PCN通報值確定為PCN6.535.5.3單輪荷載法G=上述式中：h—所需的水泥混凝土的道面厚度E—水泥混凝土彈性模量K—基礎反應模量σ—混凝土容許抗彎應力μ—混凝土泊松比a=G‘πPs上述式中：a—飛機輪胎接觸地面面積半徑Ps—胎壓已知標準的輪胎壓力為1.25MPa=12.75kg/cm3，假定G'=3500Kg，可得a=G‘π已知道面厚度為220mm，即22cm，代入下面公式，可得：b===10.13m已知基礎反應模量K≈10kg/cm3，彈性模量為3500000kg/cm3，容許抗彎應力為45×1.1/1.8=27.5kg/cm2，泊松比為0.15，代入公式求G：G=G?滿足其規范要求，PCN=6.8所以跑道的PCN通報值確定為PCN6.8第六章排水設計由于跑道上存在積水，會影響跑道濕度，對跑道使用壽命造成影響，加劇了對跑道的損害，破壞了跑道結構，近而會影響飛機起降安全。所以跑道會設計排水系統，避免了此類現象的發生。6.1排水工程概況經查詢，陜北某地年降水量大多數集中在350mm—600mm之間，在全國范圍來看屬于平均水平，但近5年來單日最大降水量高達39.8mm，屬于特大暴雨。因此，為了避免跑道存在積水的現象發生，應設計相應配套的排水工程。6.2相關水利計算通過查詢《民用機場排水設計規范》，得知相關水利計算公式。6.2.1設計暴雨強度公式q=167A?上述式中：q—設計的暴雨強度t—降雨歷時p—設計重現期6.2.2設計暴雨重現期設計暴雨重現期通常依據機場的級別和水文條件確定。表6-1空側涉及暴雨重現期適用條件暴雨重現期運輸機場5年通用機場1年至3年由于本機場為通用機場，故暴雨重現期為1-3年。6.2.3機場內澇防治設計暴雨重現期表6-2機場內澇防治設計暴雨重現期適用條件重現期備注飛行區指標為4C及4C以上50年地面設計標準為：建筑物底層不進水，車道積水深度≤150mm飛行區的指標為4C20年該機場內澇防治設計暴雨重現期為20年。6.2.4雨水流量計算Q=ψKaF上述式中：Q—雨水流量ψ—徑流系數K—換算系數a—暴雨強度F—雨水匯集面積6.2.5匯流時間計算τ?=[2.41nfL(上述式中：τ?—坡面的匯流時間nf—地面表面粗糙系數L—坡面徑流長度S—地面坡度經查詢相關規范，徑流系數確定為0.95，粗糙系數確定為0.011，暴雨強度確定為8.22，地面坡度為0.005。τ?=[2.41nfL(=[2.41×0.011=3.17min<5min符合規范要求。設安全水深為2.5m，溝長為200m，排水溝寬50m，起始水深為