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，并對地下工程所特有的一些耐久性影響因素進行了深入探討。

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行維護；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到相關(guān)的要求和需要，將會嚴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

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嚴重的。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)計強度等。施工時混凝土的澆筑方法和混凝土養(yǎng)護條件在一定程度上影響著混凝土的強度和質(zhì)量，從而影響著結(jié)構(gòu)的耐久性。比如：混凝土澆筑不當造成骨料分離，混凝土養(yǎng)護不當造成構(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小裂縫的連通、擴張，使得自由水的滲透速度進一步增加。

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而改變材料原有的物理化學性能。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）化學性能方面，混凝土性能會因微生物的排出的化學物質(zhì)而退化；（3）物理方面，混凝土會因微生物的生命活動而受到損傷如磨損、裂縫擴張。

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、新奧法施工和掘進機施工。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。掘進機施工法，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。在掘進機的推進過程中，不同的推進速度也會對今后結(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，重點對地下工程環(huán)境因素進行了深入探討，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。

［1］李科.地下工程結(jié)構(gòu)耐久性分析與評價 ［D］.鄭州大學，2010.

［2］李文樺.佛嶺隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性研究 ［D］.北京交通大學，2011.

［3］黃炳德.地鐵結(jié)構(gòu)耐久性影響因素及其壽命預(yù)測研究 ［D］.同濟大學，2007.

F407.1［文獻碼］ 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。