■王婷娜

（中國礦業(yè)大學(xué)江蘇徐州221000）

地下工程與地面結(jié)構(gòu)耐久性影響因素分析

■王婷娜

（中國礦業(yè)大學(xué)江蘇徐州221000）

影響地下工程與地面結(jié)構(gòu)耐久性的因素是錯綜復(fù)雜的，本文首先分別對地下工程和地面結(jié)構(gòu)做了闡述，然后分析了地下工程與地面結(jié)構(gòu)耐久性影響因素的相同點(diǎn)，并對地下工程所特有的一些耐久性影響因素進(jìn)行了深入探討。

地下工程地面結(jié)構(gòu)耐久性影響因素

1　引言

近年來，隨著地下工程的大量使用，地下工程的耐久性問題日益突出并逐漸引起人們的普遍關(guān)注。所謂結(jié)構(gòu)的耐久性，即指:結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的共同影響下，在設(shè)計要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要投入大量的資金用于加固處理，同時又能保證結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、美觀性。地下工程與地面結(jié)構(gòu)的耐久性影響因素分析，一方面可以對已經(jīng)投入使用的地下工程與地面結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的耐久性等級評定和剩余壽命預(yù)測，以選擇合適的處理方法和措施進(jìn)行維護(hù)；另一方面也可以對即將新建的地下工程與地面結(jié)構(gòu)工程項目進(jìn)行耐久性等級評估與壽命設(shè)計，揭示影響結(jié)構(gòu)壽命的內(nèi)外因素，對提高工程的設(shè)計水平和施工質(zhì)量有特別實際的意義。本文對地下工程與地面結(jié)構(gòu)耐久性影響因素進(jìn)行了深入的探討。

2　地面結(jié)構(gòu)和地下工程的概述

地下工程則指深入地面以下為開發(fā)利用地下空間資源所建造的地下土木工程。地下工程可以按使用性質(zhì)、周圍填充的介質(zhì)、施工方法等來分類的。地下工程大多屬于城市交通工程、基礎(chǔ)設(shè)施、民防設(shè)施等維系城市生命、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)工程項目。所以，如果地下工程的耐久性不能達(dá)到相關(guān)的要求和需要，將會嚴(yán)重影響到人們的正常生活與工作。地面結(jié)構(gòu)是指在建筑中，由建筑材料制成的若干構(gòu)件連接而構(gòu)成的能承受作用（或稱荷載）的平面或空間體系。地面結(jié)構(gòu)因所用的建筑材料不同，可分為混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)等。地面建筑結(jié)構(gòu)的耐久性將在很大程度直接影響著人們的生活質(zhì)量。

3　地下工程與地面結(jié)構(gòu)耐久性影響因素的相同點(diǎn)

地下工程與地面結(jié)構(gòu)使用的工程材料均是以混凝土、鋼筋為主要的建筑材料，雖然一些局部構(gòu)件使用的材料有很大差別（如地下結(jié)構(gòu)中隧道管片之間所填充的防水材料，地面工程一般很少采用，但總體上來看所使用的材料是相同的。所以它們的耐久性都受到使用材料本身性質(zhì)特點(diǎn)的影響。同時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工也在很大程度上影響著地下工程與地面結(jié)構(gòu)的耐久性。

3.1材料因素

3.1.1堿—骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是指混凝土中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土內(nèi)部自膨脹應(yīng)力而開裂的現(xiàn)象.堿骨料反應(yīng)給混凝土工程帶來的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。發(fā)現(xiàn)周期一般較晚，會對結(jié)構(gòu)的美觀性、適用性造成很大的影響，有時也會引發(fā)安全問題。

3.1.2鋼筋的銹蝕

大量的調(diào)查研究表明，鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)破壞中最普遍、危害最大的一種。鋼筋由于銹蝕而造成受力面積減少，強(qiáng)度也隨之下降，而且氧化物附著在鋼筋表面降低了鋼筋與混凝土之間的膠結(jié)作用，嚴(yán)重降低了結(jié)構(gòu)的承載力，繼而影響了地下工程與地面結(jié)構(gòu)的耐久性。

3.2混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工質(zhì)量

影響地下工程地面結(jié)構(gòu)的設(shè)計因素相同，包括:結(jié)構(gòu)的設(shè)計形狀、構(gòu)件的保護(hù)層厚度、施工縫的布置、混凝土的設(shè)計水灰比及混凝土的設(shè)計強(qiáng)度等。施工時混凝土的澆筑方法和混凝土養(yǎng)護(hù)條件在一定程度上影響著混凝土的強(qiáng)度和質(zhì)量，從而影響著結(jié)構(gòu)的耐久性。比如：混凝土澆筑不當(dāng)造成骨料分離，混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)造成構(gòu)件開裂等。

4　影響地下工程耐久性的特殊影響因素

4.1環(huán)境因素

4.1.1地下水滲透侵蝕的影響

就目前地下工程中發(fā)生的耐久性問題來看，不論是在我國西部巖石地區(qū)還是南部軟土地區(qū)，滲水病害都是對地下工程耐久性影響最大的一個。另外，水體荷載作用和滲流作用有時還會加速混凝土中原有細(xì)小裂縫的連通、擴(kuò)張，使得自由水的滲透速度進(jìn)一步增加。

4.1.2生物劣化的影響

生物劣化指的是由于有生命物質(zhì)在材料表面的活動或新陳代謝進(jìn)而改變材料原有的物理化學(xué)性能。生物劣化對混凝土的影響可以表現(xiàn)為以下三個方面:

（1）美觀方面，混凝土表面會因為微生物的存在而影響到原有的外觀形象；（2）化學(xué)性能方面，混凝土性能會因微生物的排出的化學(xué)物質(zhì)而退化；（3）物理方面，混凝土?xí)蛭⑸锏纳顒佣艿綋p傷如磨損、裂縫擴(kuò)張。

4.2復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境的影響

地下結(jié)構(gòu)深埋于巖土之中，除受到較高的土壓力和水體滲流壓力作用外 （通常這些水土壓力還會隨著地下水位的變化而變化），還會受到巖石流變、河道變遷以及一些不確定的力的影響。

4.3雜散電流的影響

散電流是地下工程所獨(dú)有的一種影響耐久性的因素。城市軌道交通、城市地下變電站等需要用到地下電源的工程要考慮雜散電流對結(jié)構(gòu)的腐蝕作用。

4.4施工因素

（1）施工方法的影響。施工方法對工程耐久性的影響主要體現(xiàn)在施工荷載干擾、應(yīng)力變化對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響等方面。當(dāng)結(jié)構(gòu)原有的應(yīng)力平衡被打破后，在新的應(yīng)力平衡重新建立的過程中，混凝土有可能會產(chǎn)生裂縫，這對工程的耐久性不利。（2）施工過程的影響。地下工程施工方法種類繁多，每一種施工方法的施工過程都不一樣，每一種施工過程對結(jié)構(gòu)的擾動也是不一樣的。例如礦山法施工、新奧法施工和掘進(jìn)機(jī)施工。礦山法施工，在土體的開挖過程中可采用全斷面開挖法、臺階法、上下導(dǎo)坑法等，每種開挖方法對應(yīng)著不同的地質(zhì)條件。相比較而言，對穩(wěn)定性較好的圍巖，采用臺階法比采用全斷面開挖法對結(jié)構(gòu)的擾動要小。新奧法施工，在釘入錨桿、噴射混凝土的過程中，機(jī)械釘入法比人工釘入法對結(jié)構(gòu)的擾動要小，噴射混凝土的均勻程度也會對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。掘進(jìn)機(jī)施工法，在混凝土管片的安裝過程中，技術(shù)人員操作的熟練程度會影響工程的質(zhì)量從而影響結(jié)構(gòu)日后的耐久性。在掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)過程中，不同的推進(jìn)速度也會對今后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

5　結(jié)束語

隨著大量地下工程的使用，地下工程的耐久性問題日益突出并逐漸引起了人們的普遍關(guān)注。本文總結(jié)了地下工程和地面結(jié)構(gòu)耐久性影響因素，涉及到材料、設(shè)計、施工三個方面。并指出地下工程耐久性的影響因素是錯綜復(fù)雜的，重點(diǎn)對地下工程環(huán)境因素進(jìn)行了深入探討，指出地下水侵蝕與滲透、生物劣化、復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境、雜散電流等是影響地下工程耐久性的特殊因素。

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F407.1［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-315-1

王婷娜（1994～），女，本科，研究方向為土木工程工業(yè)與民用建筑。