地下结构耐久性影响因素分析
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建筑工程的耐久性设计原则建筑工程的耐久性设计原则是指在建造建筑物时,考虑到建筑物在使用过程中遇到的各种恶劣环境和外力作用,采取一系列设计和施工措施,以确保建筑物能够长期使用而不受损坏。
在现代建筑工程中,耐久性设计是至关重要的,它直接影响到建筑物的使用寿命和安全性。
下面就建筑工程的耐久性设计原则进行详细的探讨。
1.材料选择建筑工程的耐久性设计首先需要考虑材料的选择。
在建筑物的设计和施工过程中,应该选择质量优良、耐候性好、抗腐蚀能力强的材料,以保证建筑物具有较长的使用寿命。
例如,钢结构在抗风压、耐震、自重等方面表现出色,广泛应用于高层建筑的结构体系中;水泥混凝土具有较好的抗压强度和耐久性,被广泛应用于建筑物的结构构件中。
2.结构设计耐久性设计中的结构设计是至关重要的一环。
建筑物的结构体系应满足荷载传递、变形限制、地震响应等要求,确保建筑物在恶劣环境下依然稳定可靠。
在结构设计中,应考虑建筑物的整体性、刚度、变形控制等因素,采取有效的结构措施,以提高建筑物的耐久性。
3.防水设计建筑工程的耐久性设计中,防水设计是一个不可忽视的方面。
建筑物在使用过程中,常常面临雨水、地下水等水的侵蚀,如果不进行有效的防水设计,将导致建筑物出现漏水、渗水等问题。
因此,在建筑工程中,应采用各种防水材料和技术,对建筑物的地下层、屋面、墙体等部位进行细致的防水设计,确保建筑物具有良好的防水性能。
4.维护保养建筑工程的耐久性设计并不仅仅是在建造过程中考虑,还需要在日常的维护保养中加以重视。
建筑物在使用过程中,会受到气候、环境、外力等多种因素的影响,随着时间的推移,建筑物的各种构件可能会出现老化、损坏等问题。
因此,建筑物的定期维护保养是确保其耐久性的重要保障措施,只有加强维护保养,才能延长建筑物的使用寿命。
在建筑工程的设计和施工中,耐久性设计是一个至关重要的方面。
通过合理的材料选择、结构设计、防水设计和维护保养措施,可以有效提高建筑物的耐久性,确保建筑物能够安全、稳定地长期使用。
地下室砼外墙开裂的原因及预防措施一、原因分析:1、地下室墙体薄弱:地下室墙体厚度不够或设计不合理,承受不住地下水的压力,导致墙体开裂。
2、材料影响:使用的混凝土质量不达标,如水泥标号低、砂石质量差等,导致混凝土的抗渗性能和抗裂性能不足。
3、施工不当:施工时没有按照设计要求进行,例如施工缝处理不当、振捣不密实等,导致墙体出现裂缝。
4、环境因素:地下室周围的环境变化,如地下水位上升、地面沉降等,也会导致墙体开裂。
二、预防措施:1、优化设计:在设计地下室墙体时,应考虑地下水的压力和地质条件等因素,合理设计墙体的厚度和强度。
2、提高材料质量:选择优质的水泥、砂石等材料,保证混凝土的质量和抗渗性能。
3、规范施工:严格按照设计要求和施工规范进行施工,确保施工缝处理得当、振捣密实。
4、加强养护:在混凝土浇筑完成后,及时进行养护,防止墙体出现裂缝。
5、控制环境因素:在施工前应了解地下水位和地质情况,采取相应的措施控制地下水位上升和地面沉降等环境因素。
地下室砼外墙开裂的原因有很多,但只要在设计、材料、施工等方面采取相应的预防措施,就可以有效地减少墙体开裂的可能性。
在施工过程中应加强监测和养护,及时发现和处理问题,确保地下室的安全使用。
地下室外墙裂缝原因分析及处理措施一、引言随着地下空间的广泛利用,地下室外墙的裂缝问题成为了建筑工程中一个重要的问题。
裂缝不仅影响建筑物的美观,更严重的是,它们可能导致漏水、结构安全等问题。
因此,对地下室外墙裂缝的原因进行分析,并采取适当的处理措施是十分重要的。
二、地下室外墙裂缝的原因分析1、温度变化:由于地下室外墙长期处于阴暗潮湿的环境中,其内部温度和外部温度差异较大,导致墙体的热胀冷缩效应。
当温度变化过大时,墙体材料可能产生裂缝。
2、土壤压力:在地下,土壤压力是一个不可忽视的因素。
土壤压力可能会使地下室外墙产生裂缝。
特别是在雨水丰富或地下水位较高的地区,土壤压力可能增加裂缝的风险。
第三节混凝土的变形性能混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。
非荷载作用下变形又包括:化学收缩、塑性收缩、干湿变形、温度变形;荷载作用下变形包括:短期变形和长期变形。
一.混凝土在非荷载作用下的变形1.化学收缩在硬化过程中,由于水泥水化产物的体积小于反应物(水和水泥)的体积,会引起混凝土产生收缩,称为化学收缩。
其收缩量随混凝土龄期的延长而增加,大致与时间的对数成正比。
一般在混凝土成型后40d内收缩量增加较快,以后逐渐趋向稳定。
这种收缩不可恢复,化学收缩值很小,对混凝土结构没有破坏作用,但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
2.塑性收缩混凝土成型后尚未凝结硬化时属于塑性阶段,在此阶段往往由于表面失水而产生收缩,称塑性收缩。
新拌混凝土若表面失水速率超过内部水分向表面迁移的速率时,会造成毛细管内部产生负压,因而使浆体中固体粒子间产生一定的引力,便产生了收缩。
如果引力不均匀作用于混凝土表面,则表面将产生裂纹。
预防塑性收缩的方法是降低混凝土表面失水速率、采取防风、降温等措施。
最有效的方法是凝结硬化前保持表面的润湿,如在表面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。
3.干湿变形主要取决于周围环境湿度的变形,表现为干湿缩胀。
干缩对混凝土影响很大,应予以特别注意。
混凝土处于干燥环境时,首先发生毛细管的游离水蒸发,使毛细管内形成负压,随着空气湿度的降低,负压随之增加,产生收缩力,导致混凝土整体收缩。
当毛细管内水蒸发完后,若继续干燥,还会使吸附在胶体颗粒上的水蒸发。
由于分子引力的作用,粒子间距离小,引起胶体收缩,称这种收缩为干燥收缩。
混凝土干缩变形是由表及里逐渐进行的,因而会产生表面收缩大,内部收缩小,导致混凝土表面受到拉力作用。
当拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土表面就会产生裂缝。
此外,混凝土在干缩过程中,骨料并不产生收缩,因而在骨料与水泥石界面上也会产生微裂纹,裂纹的存在,会对混凝土强度,耐久性产生有害作用。
影响因素有:水泥用量、品种、细度;水灰比;骨料的质量;养护条件。
381.“设计使用年限”的起源与作用从本世纪初开始,我国建设工程的设计文件中开始标注 “设计使用年限”。
这一概念起源于1997年4月1日我国颁布的《中华人民共和国建筑法》的第六十条:“建筑物在合理使用寿命内,必须确保地基基础工程和主体结构的质量”。
第六十二条关于建筑工程实行质量保修制度的规定:“建筑工程的保修范围应当包括地基基础工程、主体结构工程、屋面防水工程和其他土建工程,以及电气管线、上下水管线的安装工程,供热、供冷系统工程等项目。
保修的期限应当按照保证建筑物合理寿命年限内正常使用,维护使用者合法权益的原则确定。
具体的保修范围和最低保修期限由国务院规定。
”根据该法的规定,国务院2000年颁布了《建设工程质量管理条例》(以下简称为《条例》),在第四十条中明确规定:“在正常使用条件下建设工程最低保修期限为:(一)基础设施工程、房屋建筑的地基基础工程和主体结构工程的最低保修期为设计文件规定的该工程的合理使用年限;(二)屋面防水工程、有防水要求的卫生间、房间和外墙面的防渗漏,为5年;(三)供热与供冷系统,为2个采暖期、供冷期;(四)电气管线、给排水管道、设备安装和装修工程,为2年。
其他项目的保修期限由发包方与承包方约定。
建设工程的保修期,自竣工验收合格之日起计算。
”建筑物寿命是指从规划、实施到使用、毁坏的全部时间。
建筑物的合理使用寿命是指地基基础、主体结构、建筑附件、建筑设备等不同类别的使用寿命期。
在《条例》第四十条保修期的具体规定,我们不难看出,建筑附件、建筑设备的保修期限均在3-5年,说明它们的合理使用寿命较短,而基础设施工程、房屋建筑的地基基础工程和主体结构工程的合理使用年限应由设计文件规定。
因为此类工程结构的使用寿命是其质量得以量化的集中表现,工程结构的实际使用年限或者说设计使用寿命应该是工程结构设计使用年限的预期目标。
根据《混凝土耐久性设计规范》条文说明,建筑物的主体结构设计使用年限在量值上与建筑物的合理使用年限相同。
地下室地下结构设计地下室作为建筑物的一部分,承载着重要的功能和安全要求。
地下室地下结构设计必须经过全面考虑和科学规划,以确保其稳固性和耐久性。
本文将从地下室地下结构设计的角度出发,探讨相关要点和设计原则。
I. 地下室结构的功能和需求地下室在建筑中承担着多种功能,包括但不限于储存空间、停车场、设备房间等。
为了满足这些功能需求,地下室地下结构设计需要考虑以下几个方面:1. 负荷承载能力:地下室地下结构需要能够承受地上建筑物的荷载,并通过合适的承重墙、柱或地基来分散和传递这些荷载。
2. 防水和防潮:地下室位于地下,容易受到地下水和潮湿环境的影响。
因此,在设计中应考虑防水层、防潮设备和排水系统,以保证地下室内部的干燥和使用安全。
3. 通风和通气:地下室要保证良好的通风和通气条件,以防止空气污染和氧气不足。
设计中可以考虑设置通风设备、氧气补充系统和合适的通风孔。
4. 安全出口和疏散通道:地下室应设置足够的安全出口,以应对紧急情况和疏散需要。
在设计中,应合理规划出口位置和逃生通道,确保疏散通道的通畅和安全。
II. 地下室地下结构的设计原则1. 地基基础选择:地下室地下结构建立在地基上,因此地基的选择至关重要。
必须进行地质勘探,并根据地质情况确定合适的地基类型,如浅基础或深基础。
2. 结构形式选择:地下室地下结构通常采用刚性结构,如钢筋混凝土结构或钢结构。
在设计中,应根据具体情况选择合适的结构形式,并进行强度计算和设计。
3. 地面和地下室的衔接:地下室地下结构必须与地面建筑物紧密衔接,以确保结构的整体稳定性。
在设计中,需要考虑地下室入口、楼梯、通道等要素,使其与地面建筑物相互协调。
4. 防水和防潮设计:地下室地下结构设计中的重要一环是防水和防潮。
在设计中,应考虑使用防水材料、排水系统和防潮措施,以避免地下室受到地下水和潮湿环境的侵袭。
5. 结构强度和稳定性:地下室地下结构需要满足一定的强度和稳定性要求。
在设计中,应进行结构分析和计算,确保地下室地下结构能够承受正常使用和地震荷载等外力作用。
关于大气环境混凝土烂尾楼结构耐久适用年限评估若干问题探讨摘要:本文探讨烂尾楼续建工程中混凝土结构构件耐久使用年限检测评估的具体操作方法,为类似工程提拱参考。
关键词:耐久年限;耐久性评估;耐久性修复1.影响常见混凝土结构耐久性的主要因素大气环境中,影响混凝土结构构件耐久性失效的最直观因素是钢筋的锈蚀,锈蚀会使钢材强度降低、有效截面减小,过度锈蚀还会导致钢筋与混凝土粘结失效。
国内外多年以来对混凝土结构耐久性研的面研究成果表明,钢筋混凝土构件钢筋锈蚀的具体因素很多,包括结构既有年限、混凝土强度、保护层厚度、碳化速率、环境条件、钢筋直径、环境温度、环境湿度、构件形态及局部环境条件等。
2.混凝土烂尾楼结构耐久性检测评估的目的混凝土烂尾楼结构耐久性检测评估的目的:评估耐久年限,便于续建方决策分析;找到耐久性相对不足构件,分析导致耐久性失效的原因,提出延缓结构构件耐久性失效的措施与耐久性补强修复措施,确保后续使用期间的结构构件安全使用的可靠度。
3.烂尾楼结构耐久年限评定标准选定耐久性评定检测之前,需要确定结构构件的耐久性重要等级,选择适宜的耐久性失效的评判标准。
目标使用年限内,钢筋锈蚀耐久性极限状态分三种:(1)钢筋开始锈蚀的状态,(2)保护层锈胀开裂的状态,(3)混凝土表面可接受的最大外观损伤状态。
对于外观明显异常、长期漏水侵蚀部位,可用状态(1)作为失效标准。
但实际工程中,往往混凝土浇筑前,钢筋表面已经有零星锈蚀,若不继续锈蚀,并不影响耐久性,选此标准需要慎重考虑适用性。
对于外观完好,使用环境正常,局部破损检测没有发现明显锈蚀混凝土构件,可采用状态(2)作为失效标准。
大多是混凝土结构构件可选用此标准。
对于结构建成年限较短,续建后使用期较短的次要的建筑、使用频率低、存放一般费贵重物品的单层低矮混凝土建筑,可用状态(3)作为判定标准。
4.烂尾楼混凝土结构构件耐久性失效时间评估4.1耐久重要等级为一级的构件耐久性失效时间评估根据CECS220:2007标准,结构建成至钢筋锈蚀开始锈蚀的预估时间计算公式:ti=15.2*Kk*Kc*Km。
地下室的混凝土和模板指标摘要:一、混凝土的重要性1.地下室结构中的关键部分2.对地下室安全性和耐久性的影响二、混凝土的选择与配比1.强度等级2.抗渗性能3.耐久性4.施工工艺要求三、模板工程的作用1.保证混凝土结构的准确度2.提高施工效率3.降低安全风险四、模板的选材与设计1.常用模板材料2.模板设计原则3.模板施工注意事项五、混凝土与模板的配合1.模板的安装与拆除2.混凝土浇筑的时机与方法3.混凝土养护措施正文:地下室作为建筑物的基础部分,承受着上部结构的重量,其混凝土和模板的施工质量对整个建筑的安全性、耐久性和美观性具有重要影响。
本文将详细介绍地下室混凝土和模板的指标要求。
一、混凝土的重要性地下室是建筑物最复杂、最关键的部分,其结构设计首先要满足承载力、稳定性和变形控制等要求。
混凝土作为地下室结构的主要材料,其质量对地下室的安全性和耐久性至关重要。
二、混凝土的选择与配比1.强度等级:根据地下室所承受的荷载和地质条件,选择合适的混凝土强度等级。
2.抗渗性能:地下室易受地下水的影响,要求混凝土具有良好的抗渗性能。
3.耐久性:地下室环境较为恶劣,要求混凝土具有一定的抗侵蚀、抗碳化能力。
4.施工工艺要求:混凝土的施工工艺直接影响其质量和性能,应严格按照规范进行操作。
三、模板工程的作用模板工程是混凝土施工的重要环节,其作用在于保证混凝土结构的准确度、提高施工效率和降低安全风险。
四、模板的选材与设计1.常用模板材料:模板材料有木模板、钢模板、塑料模板等,应根据实际情况选择。
2.模板设计原则:模板设计应考虑施工方便、结构简单、拆卸容易、重复使用等因素。
3.模板施工注意事项:模板的安装与拆除应严格按照施工方案进行,防止模板变形或损坏。
五、混凝土与模板的配合1.模板的安装与拆除:模板的安装应保证其平整度、垂直度等指标,拆除时应遵循先支后拆、先拆承重模板的原则。
2.混凝土浇筑的时机与方法:根据气温、混凝土强度等因素选择合适的浇筑时机,采用合理的浇筑方法,保证混凝土的密实度。
沥青混凝土路面稳定性与耐久性的影响因素与防治措施分析摘要:稳定性和耐久性是影响沥青混凝土路面使用寿命的两大基本问题,现代公路建设者和设计者们对公路的稳定性和耐久性给予高度重视。
近年来,随着我国交通运输业的高速发展,路基路面的工程投资巨大,因此,要保证沥青混凝土面层具有良好的力学性能和较好的耐久性及行车舒适性,并适合于各种车辆的通行,其中耐久性就是一个重要的影响因素。
很多路面的沥青面层发生了大面积的损害,甚至影响到正常的营运,造成较大的经济损失和社会影响。
本文重点分析了影响公路沥青路面耐久性的重要因素—沥青混合料的稳定性与防护方式,沥青路面水损害的影响因素和防治措施等。
关键词:沥青路面水损害大气降水影响一条公路路面的因素有很多。
随着我国近年来交通建设的飞速发展,公路建设取得了一些突破性的进展。
但同时沥青混凝土路面也存在着大量病害,必须要有严密的施工组织设计,严格的组织管理,还要保证合格的原材料和施工过程中的施工工艺和质量的管理与控制,才能确保公路工程施工的高效性。
对于沥青路面的公路,路基,材料,大气降水对于路面的稳定性和耐久性都有很大的影响。
影响沥青路面的因素路基路面结构的主体裸露在大气中,并具有路线长,与大自然接触面广的特点。
其稳定性受到自然因素、人为因素和环境因素的极大影响。
地质和地理条件、气候条件及水文地质条件和土的类别与强度是影响路基路面稳定性的主要自然因素。
静载.动载的大小及重复作用次数、路基填土或填石的类别与性质、路基的断面形式、路面的等级与结构类型、排水构筑物的设置情况,路面表层是否渗水等,不同类别的土是否分层填筑。
路基压实方法及质量。
面层的施工质量与水平和养护措施及沿线附近的人为设施。
如水库.排灌渠道.水田及人为的活动等都是影响路基路面稳定性的因素。
路基路面结构内温度和湿度的变化则是影响路基路面结构稳定性的环境因素。
路基土和路面材料的力学性质随温度和湿度的变化而产生变化,使路基路面结构分析和计算复杂化。
轨道交通和市政环路等地下工程项目中结构专业关于耐久性(2019新规)的要求本文适用于轨道交通地铁和隧道及市政环路等地下工程项目的结构专业的耐久性要求。
根据设计经验,非沿海地区的地下工程大多属于Ⅰ-C类(干湿交替环境),详《混凝土结构耐久性设计标准》(GB50476-2019)4.2.1第15页。
下文为规范中关于Ⅰ-C类混凝土结构和预应力混凝土的耐久性指标的内容。
●地下结构环境作用等级为Ⅰ-C干湿交融环境(《耐规》4.2.2第15页),使用年限为100/50年,混凝土强度等级至少C40/C35。
●直接接触土体浇筑的构建,其钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70mm(《耐规》4.4.2第17页)。
●C类表面的裂缝最大宽度限值0.2mm(《耐规》3.5.4第10页)。
●Ⅰ-C一般混凝土的养护制度:养护至现场混凝土强度等级不低于25d标准强度的50%,且不少于3d(《耐规》3.6.1第12页)。
●C类的混凝土结构构件保护层厚度的施工验收应符合下列规定(《耐规》3.6.3第13页)。
●Ⅰ-C最外层钢筋的最小保护层厚度100年,C40/C45/C50,最大水胶比0.45/0.40/0.36,保护层厚度C:40/35/30板、墙。
45/40/35梁、柱。
●附录A混凝土结构耐久性设计的定量方法:1)使用年限大于 50 年的重要混凝土结构的耐久性设计宜采用定量方法;2)设计使用年限 50 年以上的棍凝土结构主要构件以及使用期难以维护的混凝土构件,宜采用钢筋开始锈蚀的极限状态。
●附录B.1.1:单位体积混凝土的胶凝材料用量C35/C40/C45/C50对应0.50/0.45/0.40/0.36(最大水胶比),300/320//(最小用量kg/m3),//450/500(最大用量kg/m3)●附录B.1.2-2:Ⅰ-B、Ⅰ-C环境和Ⅱ-C、Ⅱ-D、Ⅱ-E环境中的混凝土结构构件,可使用少矿物掺和料,并可随水胶比的降低适当增加矿物掺和料用量。
我国建筑地基基础耐久性分析作者:池凯来源:《城市建设理论研究》2013年第15期摘要:本文作者结合工作经验,对我国建筑地基基础耐久性进行分析,以期参考交流。
关键词:建筑;地基基础;耐久性;中图分类号: TU47 文献标识码: A 文章编号:0、引言建筑结构的耐久性是指在设计规定的环境作用和维护、使用条件下,结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。
结构的耐久性设计,应该包括两部分主要内容: 一是要满足建筑在设计使用年限内的使用要求; 二是在超过设计使用年限时,其使用功能要具有可改造性,结构要具有可修复性,延长建筑使用寿命。
目前我国规范的要求主要是满足建筑的设计使用年限要求,而对于提高建筑物的使用寿命则是近年国际上建筑设计上的新思想。
1、建筑的地基基础重要性地基基础作为房屋建筑结构的一部分,由于其工作环境要求,几乎所有高层建筑基础均采用钢筋混凝土结构。
地基基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限,是其耐久性设计的最基本要求。
地基基础的耐久性设计应根据环境类别符合现行的有关国家标准的规定。
大量工程实践证明,地基在长期荷载作用下承载力有所提高; 基础材料在完全地下水、土环境中,其施工满足耐久性设计要求后的使用情况良好。
对于建筑地基基础在规定的建筑寿命完成后,不论是拆除重建,还是鉴定加固后再使用,其特殊性应赋予耐久性设计新的内容。
首先,上部结构需拆除重建时,地下结构拆除对周边环境的影响大,采取保护措施的费用高,工期长; 其次,既有建筑的桩基础,拆除难度大,对于长桩基础是几乎办不到的; 其三,对于既有建筑的地基基础再利用,应在充分鉴定分析基础上设计,要求既有建筑的地基基础有更长的使用年限; 其四,从工程建造的工期、费用考虑,应充分考虑原地基基础再利用。
因此,有必要对我国建筑地基基础的耐久性设计内容和要求进行总结,与国外先进技术水平进行比较,使我国地基基础的耐久性设计、施工技术符合今后发展的要求。
哈尔滨铁道职业技术学院毕业设计设计题目对混凝土的抗冻耐久性的研究学生姓名霍英亮专业班级土木工程检测技术2010级(1)班指导教师夏芳城市轨道交通学院2013年6月对混凝土的抗冻耐久性的研究摘要本论文针对北方寒冷地区混凝土冻融破坏问题,扼要综述了国内外混凝土抗冻耐久性技术的研究动态,叙述了利用矿物掺合料和复合掺入是改善混凝土抗冻耐久性的有效措施。
混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内,在各种环境条件作用下,不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。
现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)中,明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。
但现行设计规范只划分成两个极限状态,即承载能力极限状态和正常使用极限状态,而将耐久性能的要求列入正常使用极限状态之中。
且以构造要求为主.混凝土的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力,这一正常功能不仅包括结构的安全性,而且更多地体现在适用性上.关键字:混凝土耐久性冻融破坏矿物掺合料目录绪论............................................................1一、混凝土的耐久性研究..........................................21、混凝土的耐久性内容.......................................21.1混凝土的主要腐蚀性.......................................31。
1。
1混凝土的抗侵入性和抗渗性...............................3二、混凝土冻融破坏的机理.........................................4三、影响混凝土抗冻耐久性的因素...................................5四、提高混凝土抗冻耐久性的措施...................................64.1外加剂....................................................74.2掺合料....................................................74。
地下结构耐久性影响因素分析
摘要:地下结构具有设计标准高、建设周期长、施工困难多、投资额巨大等特点,加上地下空间资源是不可再生资源,一旦被开发将不能恢复到以前的状态,因此地下结构的耐久性对城市的长期建设影响很大。
所以,研究如何降低环境对地下结构的损害,延长地下结构的使用年限,提高地下结构的耐久性,是地下结构施工设计时不可忽视的研究内容。
关键词:耐久性;地下结构;因素分析
引言
地下结构具有设计标准高、建设周期长、施工困难多、投资额巨大等特点,加上地下空间资源是不可再生资源,一旦被开发将不能恢复到以前的状态,因此地下结构的耐久性对城市的长期建设影响很大。
所以,研究如何降低环境对地下结构的损害,延长地下结构的使用年限,提高地下结构的耐久性,是地下结构设计时设计不可忽视的研究内容。
随着对地下空间的不断开发,耐久性下降已是影响地下结构使用重要因素,研究地下结构的耐久性,提出地下结构地耐久性设计措施,对地下结构的使用和后期维护、最大限度地延长其使用年限、发挥其经济效益,具有非常广阔的应用和研究前景。
目前,国内外对混凝土和钢筋混凝土材料的耐久性问题在实践和理论方面都取得了巨大的成果,但其研究成果还是主要应用在地
面结构和水工结构方面,对于地下结构来说由于其长期埋置于岩体中(同时可伴有地下水) ,耐久性影响因素相对于地面结构更具复杂性和不确定性,目前研究工作也多停留在材料层面上,对结构层次(包括荷载、应力应变、差异沉降、地下水渗流、施工过程等) 的研究还很不够;同时在地下结构耐久性技术规范及标准的制订方面也很欠缺,没有统一的标准,造成目前地下结构耐久性相比地面结构的相对落后。
在考虑影响地下结构的耐久性因素问题时,应从地下结构内在和外在因素出发,做到多因素综合考虑。
根据地下结构材料和赋存环境的损害,主要分析以下因素的影响:①材料内部缺陷的影响(包括碱-集料反应和岩土体的内部缺陷);②应力变化的影响(包括施工、地震、地层沉陷等);③水的影响;④土的影响。
1.材料内部缺陷的影响
地下结构支护的主要材料是混凝土,而混凝土耐久性的下降很大程度上取决于混凝土材料内部结构的缺陷和损伤。
混凝土材料内部包含粗、细骨料和水泥等固体颗粒物质,游离水和结晶水等液体,以及气孔和缝隙中的气体等所组成的非均质、非同向的三向混合材料。
混凝土内部的孔隙是其施工配制和水泥水化凝固过程的产物。
因此混凝土材料是一种非均匀的多相介质,在构件承载之前,混凝土不同层次的界面及水泥浆本身,已经存在着大量的各种尺度的随机分布裂纹,即初始损伤。
这些初始损伤不仅
在荷载作用下进一步扩展,而且对混凝土破坏起着关键性的控制作用。
这些损伤使混凝土结构具有多孔性和渗透性。
一般而言,因混凝土的密实度差,即内部孔隙率大,则各种液体和气体渗透进入其内部的可能性大,渗透的数量和深度都大,因而将加速混凝土的冻融破坏、碳化反应层更深,增大化学腐蚀,钢筋易生锈,因此,内部原因是影响混凝土耐久性的主要原因。
2.应力变化的影响
应力变化主要包括施工荷载变化及水土荷载变化。
由于工程建设施工和环境水土的变化, 地下结构承受荷载相应发生变化, 结
构物各部分的应力状态随之变化,从而导致拉、压区及受弯区或剪应力区的状态和范围都会有所变化。
地下结构的耐久性与混凝土材料的孔隙率(或渗透性) 关系密切, 而其受力状态则能影响材料的渗透性。
不同的应力状态将使混凝土孔隙率发生变化甚至产生裂缝。
在拉应力区, 材料的孔隙率大,渗透性也将明显提高,混凝土易于碳化,氯化物等侵蚀性物质也易于通过受拉区混凝土到达钢筋,
从而引起钢筋锈蚀。
曾有人通过试验证明, 在无筋混凝土试件中(水灰比为0. 47) ,当压应力约为0.7 rup (压应力极限强度) 时,co2气体的有效扩散系数可降低一个数量级; 而当拉应力为0.7 rp (拉应力极限强度) 时, 则将增加1~2 个数量级。
另外,地下水运动及渗流耦合效应规律也将影响到土体及结构的应力应变和耐
久性能。
应变变化主要是周围围岩的不均匀变形和基底的不均匀沉降。
由于地下结构所处的周围岩土体的不均质性(包括固结度、压缩系数等),围岩应力应变的分布不断变化,以及周围动荷载的作用,直接导致结构受力不均,变形非连续,结构不均匀沉降,使结构内的各构件之间产生相互作用的应力,并可能形成裂缝,这种裂缝在结构的交接处更为明显。
因此,要对结构的不均匀沉降进行控制,监控周围岩土体的变化,避免结构构件之间的相互挤压。
3.水的影响
地下工程大多数都和地表水、地下水接触,这些水都以不同的方式、在不同程度上对地下结构和支护结构产生作用,如果不及时采取防水措施,结构就会渗漏,轻则影响使用,或缩短结构的使用年限,重则淹没毁坏整个地下工程,影响地面建筑和周围环境,因此加强地下结构的防水技术有十分重要的实际意义。
水对地下结构的影响是多方面的,主要有以下几个方面:水对地下工程支护结构的影响、地下水渗流对地下结构的影响、地下水水位变化对地下结构的影晌。
为了保证地下结构的防水质量,除合理设计地下水的设计水位外,还应从工程位置选择、总平面布置、建筑防水、结构设计和施工方法等方面进行全面考虑。
从防水的角度看,地下结构的设计基本要求如下:
避开地质构造比较复杂的地带,如岩石的断裂和破碎带、土层
中的含承压水粉沙层等;选择地势较高的地形,使地下结构的埋置深度既符合使用要求,又处于设计地下水位以上,以简化防水措施;避开地面上容易积水的低洼地形;避开地下水严重污染或地下水的水质对结构有腐蚀作用的地段,同时避开地面上有较强震动的地区。
结构的外形尽量整齐简单,减少凹凸部位;岩石中的地下结构,主要洞室的地面标高应略高于洞口外的地面标高;对与防水的薄弱环节,应从建筑布置上加强防水措施。
在选择结构形式时,应有利于防水构造和防水施工;按照地下水在设计时的静水压力,保证结构有足够的强度和刚度,防止裂缝,同时应防止地下水因受水的浮力而丧失稳定时,使防水构造受到破坏;应防止地下结构发生不均匀沉降,避免结构开裂导致防水构造破坏,必要时应设置沉降缝,过长的地下结构如地铁、隧道等应考虑适当设置温度收缩缝。
4.土体的影响
由于地下结构埋置于岩土体中,土体特性对地下结构的耐久性有重要的影响,土在受到竖向附加应力作用后,会产生压缩变形,引起基底沉降。
土体在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。
土体积减小包括三部分:①土颗粒发生相对位移,土中水及气体从孔隙中被排出,从而使土孔隙体积减小;②土颗粒本身的压缩;
③土中水及封闭气体被压缩。
由于土的压缩,会造成地下水的排出、
结构的不均匀沉降,降低结构的可靠度和使用年限。
土是具有连续孔隙的介质。
土孔隙中的水当有水头差作用时,会发生流动。
上游的水就在水头差的作用下,通过土的孔隙而流向下游,这种现象叫做土的渗透性。
如果地下结构处于水位较低处,上游的水就会向地下结构所在处流动,造成水位变化,影响地下结构的正常使用。
5.结语
地下结构耐久性的影响因素众多,很多因素尚不明确或研究不够,例如岩土体本身相对于混凝土材料的复杂性、屈服准则和本构关系的不定性,而且地下结构的耐久性是随着围岩与支护的相互作用而不断改变,这就造成了地下结构耐久性设计一直滞后于地面结构。
地下结构耐久性影响是一个综合因素影响的过程,本文仅对各自的影响进行了探讨,存在一定的粗糙性。