鐵路給排水構(gòu)筑物在凍融環(huán)境下的耐久性設(shè)計(jì)探討

廖光智

蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司 甘肅蘭州 730030

對(duì)于一個(gè)工程而言，衡量其結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵就在于耐久性，因此這就要求工程設(shè)計(jì)師重視耐久性設(shè)計(jì)，以此來(lái)確保工程結(jié)構(gòu)使用壽命及其穩(wěn)定性。而在鐵路系統(tǒng)中，給排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的耐久性更為重要，這主要在鐵路系統(tǒng)是進(jìn)行大宗貨物運(yùn)輸以及旅客運(yùn)輸?shù)闹饕绞街?，?duì)此應(yīng)高質(zhì)量保證鐵路系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1 分析給排水構(gòu)筑物耐久性

構(gòu)筑物在使用過(guò)程中，因受到環(huán)境中某些因素帶來(lái)的影響，導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)生銹腐蝕、混凝土因凍融性遭到損壞或碳化等問(wèn)題，在一定程度上降低了給排水構(gòu)筑物的耐久性，耐久性降低的同時(shí)也就對(duì)鐵路工程的順利進(jìn)展造成一定的影響。通過(guò)分析給排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)，主要分為兩種模式，一種為半地下；另一種為全地下，另外給排水構(gòu)筑物在運(yùn)行期間與水體會(huì)直接接觸。

當(dāng)前我國(guó)給排水構(gòu)筑物所使用的主要材料為混凝土，具有耐久性強(qiáng)的特征，但混凝土在使用期間因受到水環(huán)境、化學(xué)腐蝕等因素，耐久性因此逐漸降低，將其應(yīng)用于給排水構(gòu)筑物中，因其自身結(jié)構(gòu)特征以及功能用途等因素，排水構(gòu)筑物會(huì)因自身所處環(huán)境的干濕度而發(fā)生變化，嚴(yán)重情況下會(huì)受到腐蝕液的侵蝕破壞，也就對(duì)整個(gè)構(gòu)筑物的安全使用帶來(lái)隱患。

2 凍融耐久性的基本設(shè)計(jì)條件

在進(jìn)行凍融物設(shè)計(jì)時(shí)，首先要注意的根據(jù)所處環(huán)境條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，若其所處環(huán)境最冷月份平均氣溫低于-3℃時(shí)，則要求暴露在外的混凝土結(jié)構(gòu)具備一定的抗凍性能，若混凝土長(zhǎng)期處于水環(huán)境中，不斷在凍融狀態(tài)下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這時(shí)候設(shè)計(jì)者就要將凍融環(huán)境可能會(huì)對(duì)給排水構(gòu)筑物帶來(lái)的影響考慮其中。如果鐵路給排水構(gòu)筑物所處環(huán)境最冷月份平均氣溫在2.5℃以上時(shí)，則不需要對(duì)凍融環(huán)境進(jìn)行特殊處理。

關(guān)于凍融環(huán)境對(duì)給排水建筑物耐久性設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響因素比較多，但總體上來(lái)看主要做好以下幾方面設(shè)計(jì)：其一，對(duì)暴露在外的混凝土結(jié)構(gòu)加大重視力度，對(duì)其耐久性設(shè)計(jì)主要以規(guī)定為基礎(chǔ)，結(jié)合構(gòu)筑物所處環(huán)境氣溫是否低于-3℃為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷；其二，對(duì)于長(zhǎng)期處于干濕環(huán)境下的給排水構(gòu)筑物，結(jié)合其所處環(huán)境最冷月份氣溫是否在2.5℃以上為標(biāo)準(zhǔn)確定其耐久性設(shè)計(jì)方案；其三，對(duì)半漏在外的給排水構(gòu)筑物而言，根據(jù)其所處土層地下水位以及凍深線兩處位置情況分析，若地下水位變化高于凍深線時(shí)，或者地下水存在強(qiáng)度腐蝕性情況，則需要分析其在最冷月份平均溫度是否在2.5℃以上，就不用考慮凍融物對(duì)其造成的影響[1]。

3 鐵路給排水構(gòu)筑物在凍融環(huán)境下的耐久性設(shè)計(jì)

3.1 抗凍等級(jí)、抗凍耐久性指數(shù)

根據(jù)《耐規(guī)》以及《給規(guī)》中提出的相關(guān)要求，其中明確指出在凍融環(huán)境下耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)主要是依照抗凍等級(jí)Fi進(jìn)行設(shè)計(jì)的。簡(jiǎn)單來(lái)講，主要是指混凝土構(gòu)件系數(shù)齡期為28天，經(jīng)過(guò)對(duì)其循環(huán)凍融次數(shù)i次后，其強(qiáng)度仍在25%以上，重量損失低于5%為合格。

在《給規(guī)》中提出的抗凍等級(jí)，是依據(jù)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)類型以及氣候條件兩因素獲取的；《耐規(guī)》中提出的抗凍等級(jí)，是依據(jù)環(huán)境作用等級(jí)獲取的?！赌鸵?guī)》《給規(guī)》以及《鐵路混凝土耐規(guī)》三者相比較，其中《耐規(guī)》與其他兩者的不同主要在于其設(shè)計(jì)指標(biāo)與抗凍等級(jí)Fi屬于兩種類型，設(shè)計(jì)指標(biāo)的是抗凍耐久性指標(biāo)DF，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是進(jìn)行300次凍融試驗(yàn)，混凝土構(gòu)件動(dòng)彈與初始彈性兩種模量之間的比值[2]。

3.2 常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)

在《混凝土耐規(guī)》與《鐵路混凝土耐規(guī)》中關(guān)于凍融環(huán)境作用等級(jí)要求不同?！痘炷聊鸵?guī)》中是通過(guò)對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、最小厚度等參數(shù)明確規(guī)定；而《鐵路混凝土耐規(guī)》則是通過(guò)對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、最小厚度等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。

3.3 基于凍融環(huán)境對(duì)給排水構(gòu)筑物耐久性設(shè)計(jì)的建議

在對(duì)特殊鐵路給排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，比如鐵路站房?jī)?nèi)部設(shè)計(jì)、地下污水站設(shè)計(jì)等，對(duì)這些構(gòu)筑物的凍融耐久性應(yīng)該根據(jù)其所屬建筑物的凍融耐久性進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。這種類型的建筑物都是依據(jù)《混凝土耐規(guī)》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。一般都是根據(jù)建筑物建設(shè)位置的地質(zhì)報(bào)告中以《鐵路混凝土耐規(guī)》中的作用等級(jí)，根據(jù)下表1與《混凝土耐規(guī)》中環(huán)境作用等級(jí)相對(duì)應(yīng)，之后根據(jù)《混凝土耐規(guī)》進(jìn)行構(gòu)筑物的耐久性設(shè)計(jì)。

通過(guò)分析鐵路給排水構(gòu)筑物埋深，主要有以下幾種處理方式：其一，地下或半地下給排水構(gòu)筑物，若埋深高于凍深時(shí)，可以不用考慮凍融破壞產(chǎn)生的影響，相反若埋深低于凍深時(shí)，可以選擇將高于凍深部分的混凝土采取隔水保溫的方式進(jìn)行處理，若凍深線比較深時(shí)或者是半地下給排水構(gòu)筑物處于地上的部分，可對(duì)高出凍深線部分混凝土根據(jù)抗凍混凝土進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)；其二，半地上或全地上給排水構(gòu)筑物，可將這種類型構(gòu)筑物是為外露鋼筋混凝土構(gòu)筑物，對(duì)此應(yīng)該根據(jù)《給規(guī)》進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要情況下可結(jié)合《鐵路混凝土耐規(guī)》來(lái)進(jìn)行抗凍方面的設(shè)計(jì)；其三，長(zhǎng)時(shí)間接觸水、或長(zhǎng)時(shí)間處于濕潤(rùn)腐蝕性土體狀態(tài)下的構(gòu)筑物，應(yīng)根據(jù)《給規(guī)》進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要情況可結(jié)合《混凝土耐規(guī)》完成抗凍部分的設(shè)計(jì)；其四，特殊鐵路給排水構(gòu)筑物，應(yīng)先對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行相應(yīng)的分析，通過(guò)分析結(jié)果選擇符合其實(shí)際的規(guī)范進(jìn)行抗凍設(shè)計(jì)[3]。

表1 混凝土耐凍久性指標(biāo) 國(guó)標(biāo)DF(%)

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文首先分析給排水構(gòu)筑物耐久性以及凍融耐久性的基本設(shè)計(jì)條件，最后從抗凍等級(jí)、抗凍耐久性指數(shù)；常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)；基于凍融環(huán)境對(duì)給排水構(gòu)筑物耐久性設(shè)計(jì)的建議三個(gè)角度探討鐵路給排水構(gòu)筑物在凍融環(huán)境下的耐久性設(shè)計(jì)，旨在進(jìn)一步提升我國(guó)鐵路給排水構(gòu)筑物的建設(shè)質(zhì)量，加快推進(jìn)鐵路事業(yè)的發(fā)展。