地下管廊耐久性控制要點(diǎn)思考與建議

龔小兵，廖 方

(四川省建筑設(shè)計(jì)研究院，四川成都610093)

城市綜合管廊，是城市市政管線工程的組成部分，也稱為“城市生命線工程”，是維持城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為功能特別重要的工程，兼之投資巨大，故其工程的耐久性非常重要。GB 50838《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》［1］中作為強(qiáng)制性條文，規(guī)定“管廊工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)為100 a”。這一耐久性要求，在不明顯增加造價(jià)的情況下，大幅度提高了結(jié)構(gòu)的使用壽命，使得工程具有優(yōu)良的長(zhǎng)期使用效益，體現(xiàn)了節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展的理念。

為確保此100 a的設(shè)計(jì)使用年限，需要在工程建設(shè)包括后期運(yùn)維進(jìn)行全過程的耐久性管控，主要包括結(jié)構(gòu)的布置和構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料的耐久性控制、防水排水措施等要點(diǎn)。本文將結(jié)合相關(guān)工程設(shè)計(jì)規(guī)范，闡述管廊耐久性控制要點(diǎn)及思考，提出實(shí)施建議。

1 耐久性控制要點(diǎn)與思考和建議

為確保地下管廊成為百年工程，需要從設(shè)計(jì)、材料、施工、管理等幾方面進(jìn)行綜合性的有效管控，下面分7點(diǎn)分別闡述。

1.1 加強(qiáng)勘察與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

管廊工程應(yīng)在設(shè)計(jì)前進(jìn)行地質(zhì)勘察，掌握整個(gè)線路場(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)。若下方持力層的承載力不理想，則需根據(jù)實(shí)際情況來選擇最為合適的處理方法。例如根據(jù)土層薄厚來確定夯實(shí)、換土墊層以及碾壓等處理方法，對(duì)薄度較低的土層應(yīng)開挖出填補(bǔ)墊土厚度，便于后續(xù)施工作業(yè)的開展。另外，遇到管道建設(shè)區(qū)域存在枯井、墓穴、坑塘、沖溝等高危險(xiǎn)性的地質(zhì)環(huán)境，必須采取措施進(jìn)行處理，避免地基缺陷導(dǎo)致管廊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、腐蝕、滲漏，影響管廊功能的發(fā)揮及耐久性，避免管線運(yùn)行出現(xiàn)故障。

需要注意的是，依據(jù)GB 50108《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》［2］第4.1.6條，防水混凝土結(jié)構(gòu)底板的混凝土墊層，強(qiáng)度不應(yīng)低于C15，厚度不應(yīng)小于100 mm，軟弱土層中不應(yīng)小于150 mm。這個(gè)內(nèi)容是《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》中沒有提及的。

1.2 加強(qiáng)本體設(shè)計(jì)及合理的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造

管廊結(jié)構(gòu)由于其重要性，故而GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》將其定為乙類建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)按高于本地區(qū)設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施；其安全等級(jí)劃定為一級(jí)，作承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)不應(yīng)小于1.1；還有管廊結(jié)構(gòu)的裂縫控制等級(jí)定為三級(jí)，最大裂縫寬度限值為0.2 mm，這一點(diǎn)對(duì)管廊結(jié)構(gòu)的抗裂要求還是比較高的。綜合以上三項(xiàng)內(nèi)容可以看出，對(duì)管廊結(jié)構(gòu)本體的設(shè)計(jì)，規(guī)范都提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)，為管廊結(jié)構(gòu)的耐久性提供了基本保障。

除此之外，考慮到混凝土結(jié)構(gòu)的溫度收縮、基坑施工等因素，《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》提出了對(duì)管廊縱向設(shè)置變形縫的要求，變形縫的最大間距應(yīng)為30 m；在結(jié)構(gòu)的縱向剛度突變處及上覆荷載變化處或下臥土層突變處，應(yīng)設(shè)置變形縫；變形縫寬度不宜小于30 mm。變形縫的設(shè)置，釋放了結(jié)構(gòu)的伸縮變形以及在上述剛度、荷載、土層變化位置處存在的變形，用放的方式，化解這些因素導(dǎo)致的附加應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)本體不開裂，相應(yīng)保證了結(jié)構(gòu)的耐久性。當(dāng)然，這些位置的止水構(gòu)造也就變得相當(dāng)重要。

1.3 混凝土結(jié)構(gòu)材料的耐久性質(zhì)量控制

地下管廊外表面長(zhǎng)期處于潮濕或接觸水和土的環(huán)境之下，內(nèi)表面處于相對(duì)封閉的潮濕空間，CO2濃度較高。除結(jié)構(gòu)自身緩慢的堿-骨料反應(yīng)、環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)腐蝕之外，主要是混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕。這些作用對(duì)管廊結(jié)構(gòu)的耐久性是主要的影響因素。

GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)材料耐久性的要求是“根據(jù)環(huán)境類別，按GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］的規(guī)定執(zhí)行”。

一般環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是碳化引起的鋼筋腐蝕?；炷撂蓟腔炷林械膲A與環(huán)境中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3的過程，它使混凝土的堿性降低，從而降低對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，使鋼筋更易銹蝕；并且，碳化部分的混凝土有一定收縮，容易引起表面裂縫，降低混凝土的抗?jié)B和耐久性能。

劉雪勇［4］在上海地鐵工程的實(shí)踐中提出，以抗碳化性能作為混凝土耐久性的最重要的衡量指標(biāo)，并對(duì)膠凝體系的配比組成與混凝土耐久性的關(guān)系進(jìn)行了研究，提出了較為合理的配合比。按此配比配制的專用耐久性混凝土應(yīng)用于上海各地鐵工程，具有較普通混凝土更為優(yōu)異的性能。其電通量低于1 500 C，氯離子遷移系數(shù)低于2×10-12m2/s，體現(xiàn)其混凝土抗氯離子滲透性能達(dá)到Ⅲ級(jí)；快速碳化56 d實(shí)驗(yàn)的碳化深度低于10 mm，達(dá)到了抗碳化性能Ⅳ級(jí)。

劉明耀在“地鐵耐久性混凝土的配制和改進(jìn)研究”［5］一文中，對(duì)耐久性混凝土的配制提出了和劉雪勇相似的觀點(diǎn)，以及相近的耐久性混凝土配合比。文中更強(qiáng)調(diào)摻合料對(duì)混凝土耐久性能的優(yōu)化作用：“其在改善混凝土工作性能、降低水化熱的同時(shí)，調(diào)節(jié)了混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，增加混凝土水泥石的密實(shí)度，也優(yōu)化了水化產(chǎn)物，提高了骨料與水泥砂漿間界面粘結(jié)強(qiáng)度。在混凝土中雙摻礦渣粉和粉煤灰可以顯著提高混凝土耐久性能各項(xiàng)指標(biāo)，如抗?jié)B性能、抗凍融性能、抗化學(xué)侵蝕性能。相關(guān)試驗(yàn)表明，當(dāng)摻合料的摻量在35%～50%之間(占膠凝材料總量比)都能在不降低混凝土強(qiáng)度前提下優(yōu)化混凝土各項(xiàng)性能?！?/p>

氯離子含量、堿含量是混凝土耐久性的重要影響因素。為確保工程的耐久性，GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》要求，氯離子含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.1%，此指標(biāo)低于GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.5.5條的0.06%的要求，應(yīng)按混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范從嚴(yán)控制。為控制堿骨料反應(yīng)，宜采用非堿活性骨料，且堿含量不應(yīng)超過3 kg/m3。

需要注意的是，按GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，由于管廊內(nèi)部長(zhǎng)期處于地下高濕度環(huán)境，環(huán)境作用等級(jí)最少為I-B，所以混凝土強(qiáng)度最低應(yīng)為C35，這是高于《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》最低C30的要求的，屬于中等強(qiáng)度耐久性混凝土。

1.4 鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度

混凝土保護(hù)層厚度是結(jié)構(gòu)耐久性的重要影響因素。GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》第8.6.3條要求，管廊結(jié)構(gòu)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，結(jié)構(gòu)迎水面不應(yīng)小于50 mm。其它部位按GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，后一規(guī)范8.2.1條要求，對(duì)設(shè)計(jì)100 a的結(jié)構(gòu)，鋼筋的保護(hù)層厚度取普通結(jié)構(gòu)的混凝土保護(hù)層厚度的1.4倍。

保護(hù)層厚度達(dá)到50 mm是比較厚的，容易出現(xiàn)混凝土開裂、剝落，可采用添加鋼纖維或合成纖維的混凝土。纖維的品質(zhì)和摻量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

1.5 防水、排水措施

防水是管廊工程的重要組成部分，我們考察過的若干管廊工程，多少都存在滲漏問題，對(duì)管廊的運(yùn)營、維護(hù)帶來不小困難，并影響其使用壽命也就是耐久性。因此在耐久性設(shè)計(jì)中把防水問題放在首要位置是十分必要的。

GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》將管廊工程的防水等級(jí)定為二級(jí)。并特別要求在管廊的變形縫、施工縫和預(yù)制構(gòu)件接縫等部位加強(qiáng)防水措施，這些薄弱位置也是發(fā)生滲漏問題的主要部位。

根據(jù)GB 50108《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，管廊的主體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用防水混凝土，并設(shè)置全封閉的外部防水層，通常是一道防水涂料加二道柔性防水卷材。

許寧在“地鐵工程滲漏水原因分析與對(duì)策”［6］一文中，對(duì)結(jié)構(gòu)自防水滲漏、接縫部位滲漏、外包柔性防水層滲漏等原因進(jìn)行了分析，提出影響防水工程質(zhì)量 的四大因素：“一是正確的防水設(shè)計(jì)，這是確保防水工程質(zhì)量的前提，包括材料品種規(guī)格選擇、構(gòu)造做法、施工方法、細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。二是材料，材料是基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)選材正確的前提下，施工單位(或業(yè)主方)是否采用真正高質(zhì)量的材料是關(guān)鍵。三是施工因素，施工更是關(guān)鍵，必須有資質(zhì)的專業(yè)施工隊(duì)伍組織施工，施工不當(dāng)、不認(rèn)真、不規(guī)范導(dǎo)致工程滲漏在滲漏工程中占的比例最大。四是管理，施工過程的管理包括施工單位自身的管理和質(zhì)量監(jiān)督，也包括防水工程竣工后的成品管理?！贝擞绊懛浪こ藤|(zhì)量的四大因素是相輔相成的，同等重要，缺一不可。

1.6 施工養(yǎng)護(hù)制度和保護(hù)層厚度的施工質(zhì)量驗(yàn)收要求

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性在很大程度上還取決于混凝土的施工養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和鋼筋的保護(hù)層厚度的施工誤差。國內(nèi)現(xiàn)行的施工規(guī)范對(duì)施工養(yǎng)護(hù)較少考慮耐久性的需要，而由于混凝土保護(hù)層厚度控制不到位導(dǎo)致鋼筋銹蝕構(gòu)件表皮剝落的工程問題也屢見不鮮，所以對(duì)于設(shè)計(jì)100 a的管廊工程來說，必須提出基于耐久性的施工養(yǎng)護(hù)和保護(hù)層厚度的施工質(zhì)量驗(yàn)收要求。

有關(guān)這個(gè)內(nèi)容的要求，見于GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》的3.6節(jié)，該章節(jié)對(duì)施工養(yǎng)護(hù)提出強(qiáng)度達(dá)到28 d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的50%，并對(duì)不同環(huán)境分別不少于3～7 d的時(shí)間；對(duì)混凝土保護(hù)層厚度驗(yàn)收也根據(jù)不同環(huán)境作用等級(jí)分別提出了要求。

唐明述教授在“預(yù)防碳化提高鋼筋混凝土的耐久性”［7］一文中介紹，在施工過程中若養(yǎng)護(hù)不足，混凝土表面層空隙率增加，將加重CO2的腐蝕作用；反之混凝土若能得到良好的養(yǎng)護(hù)，則其表面密實(shí)度將大大增加，強(qiáng)度和壽命將增加30%～60%。并提出高摻合料化學(xué)反應(yīng)慢，這類混凝土更應(yīng)加長(zhǎng)后期養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，才能讓摻合料充分水化。文中還介紹了建設(shè)巴林錫特拉橋?yàn)楸ＷC百年壽命采取的養(yǎng)護(hù)措施：“施工脫模后立即噴灑減蒸劑以減少干燥和塑性收縮開裂。泌水消失之后，在表面施一層均勻的養(yǎng)護(hù)膜。當(dāng)混凝土結(jié)硬后，立即進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，在混凝土上鋪濕麻袋，并蓋上密封的聚乙烯片。要求至少在10 d之內(nèi)保持麻袋飽和有水。根據(jù)環(huán)境情況，必要時(shí)還要加上擋風(fēng)措施。”我們的工程建設(shè)往往為趕進(jìn)度而忽視養(yǎng)護(hù)工作，上述巴林錫特拉橋嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)制度是值得我們借鑒的。

對(duì)比上文介紹的國外的工程養(yǎng)護(hù)措施，筆者認(rèn)為GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》的養(yǎng)護(hù)要求還是偏低的，沒有針對(duì)長(zhǎng)使用壽命的工程提出要求，在實(shí)際的工程實(shí)踐中應(yīng)提高養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.7 明確使用階段的維護(hù)、檢測(cè)要求

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是建立在預(yù)定的維修和使用條件下的。作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，綜合管廊應(yīng)進(jìn)行定期檢測(cè)評(píng)定，建立相關(guān)指標(biāo)及檔案，確保綜合管廊本體、入廊管線以及監(jiān)控、通風(fēng)、照明等系統(tǒng)運(yùn)行安全。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)會(huì)商采取措施，必要時(shí)追加防腐措施或?qū)嵤┱蕖?/p>

2 思考與建議

(1)地下管廊百年工程的耐久性目標(biāo)，是設(shè)計(jì)、材料、施工、管理多方面綜合有效管控才能得以實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)工程。

(2)以抗碳化性能作為混凝土耐久性的最重要的衡量指標(biāo)，使混凝土優(yōu)選優(yōu)配達(dá)到最佳的致密度以及保證保護(hù)層厚度是確保結(jié)構(gòu)本體耐久性的關(guān)鍵措施。

(3)應(yīng)特別注意防水工程是管廊工程耐久性的重要保障，其與結(jié)構(gòu)自防水有同等重要的地位。