基于耐久性的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

陸婷婷

身份證號(hào)：320202198604030521

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基于耐久性的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

陸婷婷

身份證號(hào)：320202198604030521

本文從地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素出發(fā)，分析了影響其耐久性的原因，對(duì)耐久性的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及加強(qiáng)地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的措施進(jìn)行了深入探討。

地鐵工程；耐久性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言

地鐵工程屬于城市公共交通軌道工程，投資大、建設(shè)周期長、質(zhì)量要求高，主體結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)使用壽命長，因此基于耐久性的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素

分析基于耐久性的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮到以下因素：與土體（水）直接接觸，應(yīng)力狀況復(fù)雜多變。巖土介質(zhì)具有不均質(zhì)性、非線性、流變性等特點(diǎn)。處于地下，給觀測、模擬、試驗(yàn)等工作帶來較大難度。同時(shí)外界荷載還具有不確定性等。具體來講，地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素主要包括以下方面：（1）環(huán)境因素，包括溫度和濕度、CO2、特殊離子環(huán)境、地下水、雜散電流等。（2）材料因素，包括水灰比、水泥品種、堿骨料等。（3）結(jié)構(gòu)力學(xué)因素，包括應(yīng)力狀態(tài)及水平、裂縫程度、巖土流變、水體滲流壓力、不均勻沉降、外荷變化、結(jié)構(gòu)尺寸與構(gòu)造等。（4）施工因素，涉及混凝土澆注及振搗、支護(hù)形式、超挖欠挖、施工質(zhì)量管理等。

2 影響地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的原因

2.1 受力與荷載給地鐵結(jié)構(gòu)帶來破壞的原因

不同地鐵結(jié)構(gòu)工程所處環(huán)境與施工方式的區(qū)別，會(huì)讓結(jié)構(gòu)所受荷載出現(xiàn)區(qū)別，每一部分結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力狀態(tài)也隨之產(chǎn)生變化，在受彎區(qū)、拉壓區(qū)、剪應(yīng)力區(qū)的狀態(tài)都會(huì)造成改變。地鐵工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性同混凝土材料的滲透性有密切關(guān)系，受力情況則是材料滲透性的直接影響因素，處于拉應(yīng)力位置的材料孔隙大，其滲透性會(huì)更加明顯，混凝土也就容易發(fā)生碳化，氯化物等有害介質(zhì)滲透其中，會(huì)對(duì)鋼筋造成銹蝕影響。再者，地下水如果發(fā)生耦合滲流效應(yīng)，也會(huì)直接關(guān)系到土體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，間接造成結(jié)構(gòu)耐久性的損失。

2.2 化學(xué)作用力給地鐵結(jié)構(gòu)帶來的破壞

化學(xué)作用力所帶來的破壞有碳化腐蝕，氯離子、硫酸根離子、鎂離子的腐蝕等?；瘜W(xué)作用力對(duì)于鋼筋的破壞非常嚴(yán)重，所造成的損失亦極為龐大。據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)局的調(diào)研，美國每年因?yàn)楦g所造成的工程損失為數(shù)百億美元，其中鋼筋腐蝕約占總數(shù)的40%。結(jié)構(gòu)本身存在一定有害離子直接威脅著地鐵結(jié)構(gòu)的安全與耐久性，如：堿骨料反應(yīng)；地鐵周邊巖土環(huán)境中存在的有害離子，在長期作用下侵蝕混凝土、銹蝕鋼筋；而地鐵內(nèi)部環(huán)境里面的氧氣與二氧化碳?xì)怏w也容易侵入到結(jié)構(gòu)中去，產(chǎn)生另一方面的化學(xué)腐蝕，由此帶來很多鋼筋混凝土碳化嚴(yán)重的問題。以上情況導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫、鋼筋大面積銹蝕，必須依靠大范圍的維修才能保證工程安全。

2.3 差異沉降也是給地鐵結(jié)構(gòu)帶來破壞的原因

不同地鐵結(jié)構(gòu)工程所處地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)有較顯著差別，土體的固結(jié)特質(zhì)與流變程度區(qū)別也很大，當(dāng)?shù)罔F完成建設(shè)以后，一部分地段土體依然保留程度不同的流變變形與固結(jié)下降特點(diǎn)，而其附近位置的流變變形與固結(jié)下降特點(diǎn)則表現(xiàn)得不甚明顯，這就會(huì)使得不同位置的結(jié)構(gòu)發(fā)生不穩(wěn)定欠均勻的沉降變形，最終造成不同地段間的結(jié)構(gòu)應(yīng)用擠壓影響，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生裂縫。這樣的現(xiàn)象在管道結(jié)構(gòu)連接位置出現(xiàn)的機(jī)率最高。

3 耐久性的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 科學(xué)選擇材料

地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工應(yīng)該盡量減少混凝土水化熱所造成的溫度應(yīng)力，在地下車站頂、側(cè)墻、底板等位置的混凝土需要具備良好的自防水能力。所以，水泥的選擇過程中，需要注意優(yōu)選那些水化熱水平低、含堿量小、干縮性弱、抗腐蝕性優(yōu)越的材料。選擇混凝土集料的時(shí)候，要考慮到堿活性因素，應(yīng)當(dāng)避免堿骨料不良反應(yīng)造成的危害，選擇合理級(jí)配，提高混凝土密實(shí)程度。

3.2 構(gòu)造方法

（1）地鐵在布置結(jié)構(gòu)時(shí)盡量保證構(gòu)件截面均勻，防止截面出現(xiàn)突變式尖角，防止混凝土的荷載應(yīng)力和收縮應(yīng)力過度集中。（2）因?yàn)榈罔F結(jié)構(gòu)以長條型寬大式為多，所以在進(jìn)行配筋時(shí)需要增強(qiáng)縱向分布鋼筋，依據(jù)細(xì)而密的基本原則進(jìn)行配置，防止混凝土發(fā)生收縮裂縫。（3）混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在形狀的選擇上應(yīng)該避免水、汽等有害物質(zhì)的侵入。（4）防迷流設(shè)計(jì)內(nèi)容必不可少，防護(hù)雜散電流通常要仿照堵為主、排為輔的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3 計(jì)算要點(diǎn)

（1）根據(jù)環(huán)境類別、設(shè)計(jì)使用年限、構(gòu)件形式合理選擇混凝土強(qiáng)度等級(jí)、最大水膠比、保護(hù)層厚度、計(jì)算裂縫寬度等。（2）構(gòu)件尺寸選擇合理；力學(xué)基本假定合理；計(jì)算模型、計(jì)算工況符合實(shí)際；合理選擇控制內(nèi)力。

4 加強(qiáng)地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的措施

4.1 從設(shè)計(jì)開始就應(yīng)當(dāng)引入耐久性的概念

通過分析計(jì)算或試驗(yàn)的方法，確定消除不穩(wěn)定荷載或不均勻沉降對(duì)土體的影響、加強(qiáng)對(duì)混凝土、鋼筋的保護(hù)等。

4.2 加強(qiáng)對(duì)混凝土的保護(hù)

混凝土里面如果存在大量孔隙，則會(huì)給介質(zhì)的滲入提供便利條件。若想使耐久性得到提高，需要從改變自身抗?jié)B性能、抗裂性能，改變介質(zhì)隔離工作效果上著手，現(xiàn)代在技術(shù)允許的范圍內(nèi)可以應(yīng)用一些新型混凝土，如：性能標(biāo)準(zhǔn)高的混凝土，用高性能摻和料與凝膠材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)水泥，這樣制作出來的混凝土強(qiáng)度高、收縮性低、抗?jié)B特征明顯；鋼纖維形式混凝土，把鋼纖維加到混凝土里面，可以提高混凝土抗拉、抗彎、抗斷裂功能，讓原本柔脆的混凝土塑性更好；具備梯度功能的混凝土，其中包含一般混凝土的防護(hù)層、過渡區(qū)水泥材料等，可以讓混凝土抗裂與抗?jié)B性能更優(yōu)越。除了應(yīng)用新型混凝土材料以外，還可以把侵蝕物質(zhì)同混凝土進(jìn)行隔離，比如可以將混凝土的外部涂上保護(hù)膜，以起到提高混凝土抗?jié)B能力與表面憎水功能的作用。就目前來講，混凝土保護(hù)膜大致可以分成兩類，第一類是環(huán)氧瀝青型，包括改性瀝青、環(huán)氧聚胺酯等，其具有堅(jiān)實(shí)耐磨、適應(yīng)輕微裂縫、耐腐蝕、粘結(jié)性好的優(yōu)點(diǎn)；第二類是滲透結(jié)晶型，這種類型的保護(hù)膜是無機(jī)材料，可以將其在混凝土表面壓平、收水并抹光，使之可以滲入到混凝土的每一處微小裂縫中，讓混凝土完成表面致密性改造，當(dāng)混凝土終凝之前就可以形成外部保護(hù)層，避免水分發(fā)生蒸發(fā)，讓混凝土上的毛細(xì)通路阻斷，為碳化過程減速。

4.3 防止鋼筋發(fā)生銹蝕

除了對(duì)混凝土加以保護(hù)間接防止鋼筋發(fā)生銹蝕之外，還可以在環(huán)境惡劣的環(huán)境中直接給鋼筋以保護(hù)性處理。除了一般的使鋼筋材質(zhì)發(fā)生變化的辦法如加用不銹鋼筋與耐腐蝕鋼筋以外，還可以應(yīng)用下列辦法，即：施加鋼筋去銹劑；給以鐵鋼筋陰極保護(hù)；電化學(xué)堿化；電化學(xué)去氯；鋼筋涂層；鋼筋鍍層等。

5 結(jié)束語

綜上所述，為了保障地鐵運(yùn)營的安全性以及使用的持久性，在地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，耐久性設(shè)計(jì)則是要著重考慮的問題。地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮工程實(shí)際特點(diǎn)，相應(yīng)地開展設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)師應(yīng)將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)重要的工作，和相關(guān)管理人員共同努力，極力提高地鐵結(jié)構(gòu)的耐久性，滿足地鐵結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量要求。

［1］何偉.有關(guān)地鐵結(jié)構(gòu)的耐久性分析［J］.黑龍江科技信息，2013，（07）：320.

［2］李偉.芻議地鐵結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)方法［J］.價(jià)值工程，2013，（06）：96-97.

［3］劉治魯.地鐵混凝土耐久性影響因素分析［j］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（12）.