地下管廊耐久性控制要点思考与建议

2019-02-14龚小兵

四川建筑 2019年1期

龚小兵，廖方

(四川省建筑设计研究院，四川成都610093)

城市综合管廊，是城市市政管线工程的组成部分，也称为“城市生命线工程”，是维持城市正常运转的关键环节。作为功能特别重要的工程，兼之投资巨大，故其工程的耐久性非常重要。GB 50838《城市综合管廊工程技术规范》［1］中作为强制性条文，规定“管廊工程的结构设计使用年限应为100 a”。这一耐久性要求，在不明显增加造价的情况下，大幅度提高了结构的使用寿命，使得工程具有优良的长期使用效益，体现了节约资源和可持续发展的理念。

为确保此100 a的设计使用年限，需要在工程建设包括后期运维进行全过程的耐久性管控，主要包括结构的布置和构造、结构材料的耐久性控制、防水排水措施等要点。本文将结合相关工程设计规范，阐述管廊耐久性控制要点及思考，提出实施建议。

1 耐久性控制要点与思考和建议

为确保地下管廊成为百年工程，需要从设计、材料、施工、管理等几方面进行综合性的有效管控，下面分7点分别阐述。

1.1 加强勘察与基础设计

管廊工程应在设计前进行地质勘察，掌握整个线路场地的地质构造特点。若下方持力层的承载力不理想，则需根据实际情况来选择最为合适的处理方法。例如根据土层薄厚来确定夯实、换土垫层以及碾压等处理方法，对薄度较低的土层应开挖出填补垫土厚度，便于后续施工作业的开展。另外，遇到管道建设区域存在枯井、墓穴、坑塘、冲沟等高危险性的地质环境，必须采取措施进行处理，避免地基缺陷导致管廊结构出现开裂、腐蚀、渗漏，影响管廊功能的发挥及耐久性，避免管线运行出现故障。

需要注意的是，依据GB 50108《地下工程防水技术规范》［2］第4.1.6条，防水混凝土结构底板的混凝土垫层，强度不应低于C15，厚度不应小于100 mm，软弱土层中不应小于150 mm。这个内容是《城市综合管廊技术规范》中没有提及的。

1.2 加强本体设计及合理的结构布置和构造

管廊结构由于其重要性，故而GB 50838《城市综合管廊技术规范》将其定为乙类建筑物进行抗震设计，应按高于本地区设防烈度一度的要求加强其抗震措施；其安全等级划定为一级，作承载能力极限状态计算时，相应的结构重要性系数不应小于1.1；还有管廊结构的裂缝控制等级定为三级，最大裂缝宽度限值为0.2 mm，这一点对管廊结构的抗裂要求还是比较高的。综合以上三项内容可以看出，对管廊结构本体的设计，规范都提出了较高的标准，为管廊结构的耐久性提供了基本保障。

除此之外，考虑到混凝土结构的温度收缩、基坑施工等因素，《城市综合管廊技术规范》提出了对管廊纵向设置变形缝的要求，变形缝的最大间距应为30 m；在结构的纵向刚度突变处及上覆荷载变化处或下卧土层突变处，应设置变形缝；变形缝宽度不宜小于30 mm。变形缝的设置，释放了结构的伸缩变形以及在上述刚度、荷载、土层变化位置处存在的变形，用放的方式，化解这些因素导致的附加应力，保证结构本体不开裂，相应保证了结构的耐久性。当然，这些位置的止水构造也就变得相当重要。

1.3 混凝土结构材料的耐久性质量控制

地下管廊外表面长期处于潮湿或接触水和土的环境之下，内表面处于相对封闭的潮湿空间，CO2浓度较高。除结构自身缓慢的碱-骨料反应、环境对混凝土结构的化学腐蚀之外，主要是混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。这些作用对管廊结构的耐久性是主要的影响因素。

GB 50838《城市综合管廊技术规范》对结构材料耐久性的要求是“根据环境类别，按GB/T 50476《混凝土结构耐久性设计规范》［3］的规定执行”。

一般环境对混凝土结构的腐蚀主要是碳化引起的钢筋腐蚀。混凝土碳化是混凝土中的碱与环境中的CO2发生化学反应生成CaCO3的过程，它使混凝土的碱性降低，从而降低对钢筋的保护作用，使钢筋更易锈蚀；并且，碳化部分的混凝土有一定收缩，容易引起表面裂缝，降低混凝土的抗渗和耐久性能。

刘雪勇［4］在上海地铁工程的实践中提出，以抗碳化性能作为混凝土耐久性的最重要的衡量指标，并对胶凝体系的配比组成与混凝土耐久性的关系进行了研究，提出了较为合理的配合比。按此配比配制的专用耐久性混凝土应用于上海各地铁工程，具有较普通混凝土更为优异的性能。其电通量低于1 500 C，氯离子迁移系数低于2×10-12m2/s，体现其混凝土抗氯离子渗透性能达到Ⅲ级；快速碳化56 d实验的碳化深度低于10 mm，达到了抗碳化性能Ⅳ级。

刘明耀在“地铁耐久性混凝土的配制和改进研究”［5］一文中，对耐久性混凝土的配制提出了和刘雪勇相似的观点，以及相近的耐久性混凝土配合比。文中更强调掺合料对混凝土耐久性能的优化作用：“其在改善混凝土工作性能、降低水化热的同时，调节了混凝土孔隙结构，增加混凝土水泥石的密实度，也优化了水化产物，提高了骨料与水泥砂浆间界面粘结强度。在混凝土中双掺矿渣粉和粉煤灰可以显著提高混凝土耐久性能各项指标，如抗渗性能、抗冻融性能、抗化学侵蚀性能。相关试验表明，当掺合料的掺量在35%～50%之间(占胶凝材料总量比)都能在不降低混凝土强度前提下优化混凝土各项性能。”

氯离子含量、碱含量是混凝土耐久性的重要影响因素。为确保工程的耐久性，GB 50838《城市综合管廊技术规范》要求，氯离子含量不应超过胶凝材料总量的0.1%，此指标低于GB 50010《混凝土结构设计规范》第3.5.5条的0.06%的要求，应按混凝土设计规范从严控制。为控制碱骨料反应，宜采用非碱活性骨料，且碱含量不应超过3 kg/m3。

需要注意的是，按GB/T 50476《混凝土结构耐久性设计规范》，由于管廊内部长期处于地下高湿度环境，环境作用等级最少为I-B，所以混凝土强度最低应为C35，这是高于《城市综合管廊技术规范》最低C30的要求的，属于中等强度耐久性混凝土。

1.4 钢筋的混凝土保护层厚度

混凝土保护层厚度是结构耐久性的重要影响因素。GB 50838《城市综合管廊技术规范》第8.6.3条要求，管廊结构钢筋的混凝土保护层厚度，结构迎水面不应小于50 mm。其它部位按GB 50010《混凝土结构设计规范》的有关规定执行，后一规范8.2.1条要求，对设计100 a的结构，钢筋的保护层厚度取普通结构的混凝土保护层厚度的1.4倍。

保护层厚度达到50 mm是比较厚的，容易出现混凝土开裂、剥落，可采用添加钢纤维或合成纤维的混凝土。纤维的品质和掺量应符合国家现行标准的有关规定。

1.5 防水、排水措施

防水是管廊工程的重要组成部分，我们考察过的若干管廊工程，多少都存在渗漏问题，对管廊的运营、维护带来不小困难，并影响其使用寿命也就是耐久性。因此在耐久性设计中把防水问题放在首要位置是十分必要的。

GB 50838《城市综合管廊技术规范》将管廊工程的防水等级定为二级。并特别要求在管廊的变形缝、施工缝和预制构件接缝等部位加强防水措施，这些薄弱位置也是发生渗漏问题的主要部位。

根据GB 50108《地下工程防水技术规范》，管廊的主体结构应采用防水混凝土，并设置全封闭的外部防水层，通常是一道防水涂料加二道柔性防水卷材。

许宁在“地铁工程渗漏水原因分析与对策”［6］一文中，对结构自防水渗漏、接缝部位渗漏、外包柔性防水层渗漏等原因进行了分析，提出影响防水工程质量的四大因素：“一是正确的防水设计，这是确保防水工程质量的前提，包括材料品种规格选择、构造做法、施工方法、细部节点设计。二是材料，材料是基础，在设计选材正确的前提下，施工单位(或业主方)是否采用真正高质量的材料是关键。三是施工因素，施工更是关键，必须有资质的专业施工队伍组织施工，施工不当、不认真、不规范导致工程渗漏在渗漏工程中占的比例最大。四是管理，施工过程的管理包括施工单位自身的管理和质量监督，也包括防水工程竣工后的成品管理。”此影响防水工程质量的四大因素是相辅相成的，同等重要，缺一不可。

1.6 施工养护制度和保护层厚度的施工质量验收要求

混凝土结构的耐久性在很大程度上还取决于混凝土的施工养护质量和钢筋的保护层厚度的施工误差。国内现行的施工规范对施工养护较少考虑耐久性的需要，而由于混凝土保护层厚度控制不到位导致钢筋锈蚀构件表皮剥落的工程问题也屡见不鲜，所以对于设计100 a的管廊工程来说，必须提出基于耐久性的施工养护和保护层厚度的施工质量验收要求。

有关这个内容的要求，见于GB/T 50476《混凝土结构耐久性设计规范》的3.6节，该章节对施工养护提出强度达到28 d标准强度的50%，并对不同环境分别不少于3～7 d的时间；对混凝土保护层厚度验收也根据不同环境作用等级分别提出了要求。

唐明述教授在“预防碳化提高钢筋混凝土的耐久性”［7］一文中介绍，在施工过程中若养护不足，混凝土表面层空隙率增加，将加重CO2的腐蚀作用；反之混凝土若能得到良好的养护，则其表面密实度将大大增加，强度和寿命将增加30%～60%。并提出高掺合料化学反应慢，这类混凝土更应加长后期养护的时间，才能让掺合料充分水化。文中还介绍了建设巴林锡特拉桥为保证百年寿命采取的养护措施：“施工脱模后立即喷洒减蒸剂以减少干燥和塑性收缩开裂。泌水消失之后，在表面施一层均匀的养护膜。当混凝土结硬后，立即进行湿养护，在混凝土上铺湿麻袋，并盖上密封的聚乙烯片。要求至少在10 d之内保持麻袋饱和有水。根据环境情况，必要时还要加上挡风措施。”我们的工程建设往往为赶进度而忽视养护工作，上述巴林锡特拉桥严格的养护制度是值得我们借鉴的。

对比上文介绍的国外的工程养护措施，笔者认为GB/T 50476《混凝土结构耐久性设计规范》的养护要求还是偏低的，没有针对长使用寿命的工程提出要求，在实际的工程实践中应提高养护标准。