книги из ГПНТБ / Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие

является летная зона, включающая в себя летное поле, полосы безопасности и полосы воздушных подходов.

Летное поле — это территория, специально подготовленная и оборудованная для взлета и посадки самолетов. Ниже будут рас­ смотрены инженерные сооружения, применяемые при ее обору­

довании.

Полосы безопасности представляют собой участки, окаймляю­ щие летное поле и позволяющие самолету использовать их для руления (концевые) или при отклонениях от движения по взлетнопосадочной полосе (боковые). Капитальность и размеры полос безопасности зависят от категории аэродрома и типов самолетов, его использующих.

Полосы воздушных подходов — это участки, расположенные по оси летной полосы, но уже за пределами собственно террито­ рии аэродрома. В пределах этих полос не должно быть никаких возвышающихся препятствий, которые могли бы создать опасность для самолетов, взлетающих или идущих на посадку. Ширина та­ ких полос, как и длина, зависит от категории аэродрома и для внеклассных достигает десятков километров (длина до 50 км). Специальных инженерных сооружений, если не считать осветитель­ ных устройств, в пределах полос воздушных подходов не создают.

на население целесообразно не только удалять аэродромы от го­ родов, но и располагать взлетно-посадочные полосы в направле­ нии, минующем пересечение городских территорий. Необходимое минимальное расстояние от аэродрома до городской застройки за­ висит от класса аэродрома и типа самолета и составляет не менее 30 км для внеклассных, 20—10 км для II и III классов и не менее 5 км для аэродромов еще более низкого класса.

§ 2. ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ЛЕТНОЙ ЗОНЫ

При современных взлетно-посадочных скоростях движения са­ молетов и общем их большом весе аэродромы, имеющие задер­ нованную грунтовую поверхность, не могут обеспечить безопас­ ную эксплуатацию аэродрома. Тем более невозможно использо­ вание таких аэродромов в осенне-весеннее время и в периоды летних затяжных дождей, когда грунты сильно увлажняются и лет­ ное поле размокает. В связи с этим все современные аэродромы, предназначенные для приема тяжелых скоростных самолетов, обо­ рудуются прочными искусственными покрытиями, выдерживающи­ ми нагрузку от колеса самолета и гарантирующими круглогодич­ ную эксплуатацию.

230

Рис. 143. Швартовочная посадочная площадка для вертолетов:

1 — якоря; 2 — покрытие

Представление об основных размерах искусственных покры­ тий, применяемых на современных аэродромах, дают данные

Т 2 бЛ 2

Успешная работа аэродрома в целом и его инженерных соо­ ружений зависит от большого числа природных факторов, среди которых основными являются климатические (направление ветров, осадки туманы и т. п.), рельеф местности и геологические (вклю­ чая гидрогеологические) условия. Эти же факторы в значительной мере определяют как выбор направления ВПП и всю компоновку аэродрома, так и конструкцию самого покрытия.

2 3 1

Рис. 144. Схемы планировки аэропортов:

Так, направление ВПП принимается в зависимости от преоб­ ладающего направления ветра, хотя в ряде случаев условия рель­ ефа (особенно в предгорных областях) могут оказаться диктую­ щими.

2 3 2

Геологические условия также весьма важны. Развитие неус­ тойчивых пород (сыпучих песков, болотных отложений, в ряде случаев легко размываемых лессовых пород и т. п.), а также силь­ но закарстованных, создает осложняющие условия для строитель­ ства аэродромов. Близкое к поверхности залегание грунтовых

вод также усложняет отвод поверхностных вод и может потребо­ вать специальных мер по дренажу и водопонижению. Наличие за­ соленных грунтов, агрессивно действующих на бетонные и асфаль­ тобетонные покрытия, также может неблагоприятным образом сказаться на работе инженерных сооружений аэродрома.

При проектировании аэродромов основную взлетно-посадоч­ ную полосу, если позволяет рельеф местности и геологические условия, располагают по направлению господствующих ветров. Кроме того, создают дополнительные или вспомогательные ВПП, располагаемые под углом к главной (оптимально под углом 45— 60°); эти полосы могут иметь несколько меньшие размеры.

Однако при значительной интенсивности и неравномерности движения авиатранспорта может возникнуть необходимость в од­ новременной работе нескольких ВПП. На рис. 144 приведены раз­ личные схемы размещения ВПП.

233

Разнообразие природных и климатических условий, а также загрузки аэропорта не позволяют иметь универсальные и стан­ дартные схемы расположения ВГ1П и РД по отношению к пер­ рону и зданию аэровокзала. Большинство современных между­ народных аэропортов построено по многополосной системе (на­ пример, аэропорт Орли в Париже, рис. 145), тогда как внутри­ союзные аэродромы успешно работают и при однополосной си­ стеме.

Непрерывное развитие авиационной техники и постепенная за­ мена одних типов самолетов другими (обычно все более скорост­ ными) вызывает необходимость расширения и реконструкции аэродромов. Этот процесс будет идти и дальше, поэтому при про­ ектировании аэродромов должна учитываться возможность такой реконструкции в будущем.

§ 3. КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИИ АЭРОДРОМОВ

Покрытия взлетно-посадочных полос, рулежных дорожек и мест стоянки самолетов являются одними из наиболее ответствен­ ных трудоемких и дорогостоящих сооружений современных аэро­ дромов. Они должны обладать достаточной долговечностью и оди­ наково надежно в течение круглого года обеспечивать сохранение ровной поверхности.

носостойкость и шероховатость поверхности, обеспечивающие хо­ рошее сцепление колес с покрытием; 3) беспыльность; 4) устой­ чивость при воздействии климатических факторов и водонепрони­ цаемость; 5) возможность механизации работ по его сооружению, а также усиления без разборки при реконструкции. Кроме того, есть еще ряд специальных требований, как, например, стойкость против воздействия пролитого топлива и масла и т. п.

Конструктивно аэродромное покрытие (рис. 146) состоит из двух слоев (собственно покрытия и искусственного основания), ле­ жащих на естественном основании — грунтовой толще.

234

щий ударную нагрузку от колес, обладающий большим сопротив­ лением истираемости. При износе первоначальной шероховатости периодически производят специальную обработку поверхности, вос­ станавливающую эту шероховатость.

нескольких слое-в) щебня, гравия, песка, обработанных органи­ ческими или минеральными вяжущими материалами. Основное его

нование. Важным условием создания искусственного основания является изоляция его от воздействия грунтовых вод, а также ор­ ганизация водоотвода атмосферных осадков. Для обеспечения это­ го условия в ряде случаев прибегают к устройству дренирующих слоев в нижней части искусственного основания. Конструкция и толщина искусственного основания в большой степени зависят от имеющихся местных строительных материалов (грунтов). Так, толщина его в зависимости от класса аэродрома, колеблется от

слои грунтовой толщи, спланированные (выровненные) и искус­ ственно уплотненные перед тем как на них укладывается искус­ ственное основание. Тщательность подготовки естественного осно­ вания в значительной степени определяет устойчивость всего по­ крытия, поэтому особенно важна.

По сопротивлению воздействию нагрузки покрытия делятся на ж е с т к и е и н е ж е с т к и е . В жестких покрытиях сама кон­ струкция способна воспринимать растягивающие усилия и поэто­ му она работает как плита, распределяющая нагрузку на большую площадь. В нежестких покрытиях не происходит такого распре­ деления, поэтому под ним грунтовое основание воспринимает бо­ лее концентрированные напряжения и испытывает большие де­ формации.

К жестким покрытиям относятся бетонные, железобетонные (включая и предварительно-напряженные) и асфальтобетонные. К нежестким — все остальные типы, в которых используются щебнистые, гравийные и другие грунты и материалы, обработан­ ные вяжущими.

По сроку службы и степени совершенства аэродромные по­ крытия делятся на капитальные, усовершенствованные, упрощен­ ные и временные.

Наиболее совершенными покрытиями, имеющими срок служ­ бы, превышающий 25 лет (и даже 50 лет), являются бетонные и железобетонные: они способны воспринимать нагрузку до 25— 35 т на колесо самолета. В настоящее время такие покрытия со­ здают из сборного и монолитного железобетона с предваритель­ ным напряжением арматуры. Такой тип покрытия применяется в

2 3 5

качестве капитальных покрытий на внеклассных и других аэро­ дромах. Толщина таких покрытий достигает 30 см и более.

Нежесткие покрытия, применяемые на менее высококлассных аэродромах, чем жесткие, представляют собой многослойные кон­ струкции из каменных материалов и местных грунтов, обработан­ ных вяжущими веществами. Они слабо сопротивляются изгибу и их прочность определяется главным образом сопротивлением сжатию грунтов естественного основания, подстилающих покрытие. Капи­ тальные покрытия этого типа, выполненные из асфальтобетона или щебня, обработанного органическим вяжущим, или из цементогрунта, обладают несколько меньшей долговечностью, чем бетон­ ные и железобетонные. Однако ремонт и усиление их оказывают­ ся гораздо более простыми и дешевыми и могут выполняться в процессе эксплуатации аэродрома.

Выбор типа покрытия, а также всей его конструкции произ­ водится в соответствии с назначением (капитальностью) аэродро­ ма, проектируемыми нагрузками (типами самолетов, для которых предназначается аэродром) и инженерно-геологическими условия­ ми территории.

При прочных грунтах естественного основания, таких, как скальные и полускальные и их элювий, гравийно-галечные и круп­ нопесчаные, обычно принимают один из нежестких типов покры­ тия. Во всех же остальных случаях, когда естественное основание сложено песчано-глинистыми, пылеватыми и другими дисперсными грунтами, для капитальных аэродромов, предназначенных для приема тяжелых самолетов, выбирают жесткие бетонные и желе­ зобетонные покрытия. Для более легких самолетов или для усо­ вершенствованных аэродромов и при подобных грунтах аэродром­ ные покрытия могут строиться в виде нежестких конструкций. Вы­ бор покрытия производится в процессе проектирования по резуль­ татам расчетов прочности и устойчивости сооружения и его осно­ вания. Для проведения этих расчетов необходимо иметь харак­ теристики прочности (сопротивление сдвигу) и деформируемости грунтов естественного основания, а также материалов, из которых создается искусственное основание. Эти характеристики получают в процессе инженерно-геологических изысканий путем постановки специальных лабораторных и полевых испытаний.

§ 4. РАБОТА ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ АЭРОДРОМОВ

Прочность и деформируемость грунтов, т. е. сопротивляемость их нагрузке, в значительной степени зависят от их влажности. Это относится к грунтам, слагающим как поверхность грунтового аэродрома, так и естественное основание аэродрома с покрытием. Особенно резкое снижение сопротивления нагрузкам происходит при влажностях, приближающихся к капиллярному водонасыщению (от 30 до 60% от полной влагоемкости — различно для грун­ тов разного состава). Чтобы не допустить переувлажнения грун­

2 3 6

тов (по сравнению с оптимальными условиями), производят регу­

лирование водного режима территории путем удаления избытков поверхностных и грунтовых вод.

Возникновение избыточного увлажнения возможно в резуль­ тате ряда причин, главными из которых являются: затрудненный

Рис. 147. Водоотвод с поверхности взлетно-посадочной полосы:

сток атмосферных осадков, выпадающих в пределах летного по­ ля; приток ливневых и талых вод с территорий, примыкающих к аэродрому; близкое залегание к поверхности грунтовых вод; под­ топление территории паводко­ выми водами соседних водое­ мов и водотоков.

Для улучшения водного режима территории и создания нормальных условий эксплуа­ тации аэродрома осуществля­ ются мероприятия по улучше­ нию условий поверхностного стока и снижению уровня грун­ товых вод. В ряде случаев по­ верхность аэродрома повыша­ ют путем подсыпки грунта и создания насыпного основа­ ния.

Сток поверхностных вод улучшают путем планировки терри­ тории и создания систем нагорных канав и водосточной сети.

Взлетно-посадочной полосе, рулежным дорожкам и местам стоянок самолетов придают продольные и поперечные уклоны, обеспечивающие свободный сток воды (рис. 147). Водосточная сеть с системой дождеприемников, осушителей (рис. 148) и водо­ отводящих коллекторов собирает ливневые и талые воды с летного поля и окружающей территории и защищает грунты основания и всей территории аэродрома от избыточного увлажнения. Эта сеть выводит собранные воды за пределы аэродрома.

Снижение уровня грунтовых вод проводится путем организа­ ции сети понижающих дренажей, состоящих из дренажных тран­

2 3 7

шей или колодцев, объединяемых с помощью собирателей и кол­ лекторов в дренажную систему. Вода, собранная дренажами, пе­ редается в водосточную сеть и отводится за пределы аэродрома.

В течение года влажность грунтов летного поля и грунтового основания не остается постоянной. Осенью за счет уменьшения испарения при понижении температуры и выпадения осадков влажность грунтов увеличивается.

С установлением зимнего периода с отрицательными темпера­ турами происходит перераспределение влаги. Разность темпера­ тур поверхностных и более глубоких горизонтов грунтовой толщи вызывает миграцию влаги от более теплых глубоких слоев к бо­ лее холодным поверхностным. Скапливающаяся в поверхностных слоях влага замерзает, образуя ледяные прослойки и линзы,уве­ личивает объем грунта и может вызвать деформацию покрытия.

Весной после оттаивания.ледяных линз происходит местное переувлажнение грунта (влажность может превосходить предел те­ кучести) и потеря им прочности, а следовательно, и устойчивости. Процесс оттаивания идет не только с поверхности, но и за счет притока тепла из глубинных слоев грунта. Кроме того, оттаивание грунтов под очищенным от снега покрытием идет быстрее, чем под остальной территорией аэродрома, прикрытой снегом. Поэтому под центральной частью взлетно-посадочных и других полос грунт от­ таивает раньше. Это тоже создает неравномерность в сопротив­ лении грунта нагрузкам и может вызвать нежелательные дефор­ мации покрытия. Снижение неблагоприятного эффекта чрезмерно­ го и неравномерного увлажнения грунтов в весеннее время осуще­ ствляется развитой системой дренирующих устройств (закромочные дрены, фильтрующий слой песка, укладываемый в основании покрытия, и т. д.), однако условия работы этих систем в связи с большой длиной пути фильтрации и малой мощностью и водо­ проницаемостью песчаных дренирующих слоев оказываются весь­ ма тяжелыми. В результате весной часто возникают деформации покрытий и трудности в эксплуатации аэродромов.

В летнее время водный режим территории аэродрома улуч­ шается за счет возрастания испарения, вызывающего постепенное просыхание грунтов основания покрытия. В это время количество осадков во многих районах страны оказывается меньше, чем осенью, что в свою очередь ведет к понижению уровня грунтовых вод.

Такое изменение водно-температурного режима грунтов осно­ вания вызывает значительные колебания прочности грунтов в те­ чение года. Как показывают специально проведенные исследова­ ния (Могилевский и др., 1963), в весенние месяцы снижение проч­ ности для наиболее чувствительных к этому грунтов достигает 30—50% от максимальной прочности оптимального состояния.

Изложенная обстановка работы грунтового основания типич­ на для средней полосы нашей страны, где климатические перио­ ды года имеют примерно равную продолжительность.

2 3 8

а южные районы примыкают к субтропикам. В последних имеют­ ся большие территории, покрытые жаркими пустынями с сыпу­ чими песками и засоленными грунтами. Во многих районах, пре­ имущественно с дефицитом увлажнения, развиты лессовые просадочные грунты. Все это создает особые и часто весьма сложные инженерно-геологические условия работы аэродромных соору­ жений.

Особенно сложными для аэродромных сооружений являются условия территорий развития многолетнемерзлых грунтов. Для этих территорий характерно образование наледей — ледяных буг­ ров, образующихся во время сильных морозов в результате вы­ хода на поверхность грунтовых или речных вод. Другой харак­ терной особенностью этих районов является наличие здесь так на­ зываемого д е я т е л ь н о г о с л о я верхнего слоя грунта, летом оттаивающего, а зимой промерзающего и сливающегося с толщей многолетнемерзлых грунтов. Мощность этого слоя на Крайнем Севере составляет 0,2—0,7 м в глинистых и болотных грунтах и 1,0—1,6 м в песках, а в районах, примыкающих к южной границе распространения многолетнемерзлых грунтов, 1,0—2,5 м для гли­ нистых и 2,5—4,5 м для песчаных грунтов.

Мерзлые грунты являются водонепроницаемыми, что вызы­ вает застаивание влаги в деятельном слое и сильно снижает его сопротивление всем видам нагрузок. Это резко ухудшает несу­ щую способность грунтов основания в течение всего теплого вре­ мени года.

В связи с этим в районах развития многолетнемерзлых грун­ тов для размещения аэродромов наиболее благоприятны участки, сложенные каменистыми, гравелистыми и песчаными сухими или другими грунтами, не меняющими своих свойств при замерзании и оттаивании. Также относительно благоприятными являются тер­ ритории, где мощность многолетнемерзлых грунтов превышает 5—6 м и грунты, слагающие ее, не переходят при оттаивании в плывунное состояние.

Строительство взлетно-посадочных и других полос аэродромов в районах развития многолетнемерзлых грунтов ведется по двум

из этих схем применима главным образом в районах, где разви­ ты грунты не пучинистые и поддающиеся осушению. Вторая схема предпочтительна в условиях развития грунтов неустойчивых в та­ лом, но достаточно прочных в мерзлом состоянии.

Постройка аэродрома на заболоченном участке, так же как и на территории развития слабоуплотненных иловатых грунтов, представляет собой сложную инженерную задачу. Обычно она возникает при реконструкции и расширении аэродромов. Примеры

2 3 9