铁路给排水构筑物在冻融环境下的耐久性设计探讨

廖光智

兰州铁道设计院有限公司 甘肃兰州 730030

对于一个工程而言，衡量其结构的关键就在于耐久性，因此这就要求工程设计师重视耐久性设计，以此来确保工程结构使用寿命及其稳定性。而在铁路系统中，给排水构筑物结构的耐久性更为重要，这主要在铁路系统是进行大宗货物运输以及旅客运输的主要方式之一，对此应高质量保证铁路系统处于稳定状态。

1 分析给排水构筑物耐久性

构筑物在使用过程中，因受到环境中某些因素带来的影响，导致钢筋出现生锈腐蚀、混凝土因冻融性遭到损坏或碳化等问题，在一定程度上降低了给排水构筑物的耐久性，耐久性降低的同时也就对铁路工程的顺利进展造成一定的影响。通过分析给排水构筑物结构，主要分为两种模式，一种为半地下；另一种为全地下，另外给排水构筑物在运行期间与水体会直接接触。

当前我国给排水构筑物所使用的主要材料为混凝土，具有耐久性强的特征，但混凝土在使用期间因受到水环境、化学腐蚀等因素，耐久性因此逐渐降低，将其应用于给排水构筑物中，因其自身结构特征以及功能用途等因素，排水构筑物会因自身所处环境的干湿度而发生变化，严重情况下会受到腐蚀液的侵蚀破坏，也就对整个构筑物的安全使用带来隐患。

2 冻融耐久性的基本设计条件

在进行冻融物设计时，首先要注意的根据所处环境条件进行设计，若其所处环境最冷月份平均气温低于-3℃时，则要求暴露在外的混凝土结构具备一定的抗冻性能，若混凝土长期处于水环境中，不断在冻融状态下进行转换，这时候设计者就要将冻融环境可能会对给排水构筑物带来的影响考虑其中。如果铁路给排水构筑物所处环境最冷月份平均气温在2.5℃以上时，则不需要对冻融环境进行特殊处理。

关于冻融环境对给排水建筑物耐久性设计带来的影响因素比较多，但总体上来看主要做好以下几方面设计：其一，对暴露在外的混凝土结构加大重视力度，对其耐久性设计主要以规定为基础，结合构筑物所处环境气温是否低于-3℃为标准进行判断；其二，对于长期处于干湿环境下的给排水构筑物，结合其所处环境最冷月份气温是否在2.5℃以上为标准确定其耐久性设计方案；其三，对半漏在外的给排水构筑物而言，根据其所处土层地下水位以及冻深线两处位置情况分析，若地下水位变化高于冻深线时，或者地下水存在强度腐蚀性情况，则需要分析其在最冷月份平均温度是否在2.5℃以上，就不用考虑冻融物对其造成的影响[1]。

3 铁路给排水构筑物在冻融环境下的耐久性设计

3.1 抗冻等级、抗冻耐久性指数

根据《耐规》以及《给规》中提出的相关要求，其中明确指出在冻融环境下耐久性设计参数主要是依照抗冻等级Fi进行设计的。简单来讲，主要是指混凝土构件系数龄期为28天，经过对其循环冻融次数i次后，其强度仍在25%以上，重量损失低于5%为合格。

在《给规》中提出的抗冻等级，是依据构筑物结构类型以及气候条件两因素获取的；《耐规》中提出的抗冻等级，是依据环境作用等级获取的。《耐规》《给规》以及《铁路混凝土耐规》三者相比较，其中《耐规》与其他两者的不同主要在于其设计指标与抗冻等级Fi属于两种类型，设计指标的是抗冻耐久性指标DF，简单来讲，就是进行300次冻融试验，混凝土构件动弹与初始弹性两种模量之间的比值[2]。

3.2 常规设计参数

在《混凝土耐规》与《铁路混凝土耐规》中关于冻融环境作用等级要求不同。《混凝土耐规》中是通过对混凝土强度等级、最小厚度等参数明确规定；而《铁路混凝土耐规》则是通过对混凝土强度等级、最小厚度等参数进行详细规定。

3.3 基于冻融环境对给排水构筑物耐久性设计的建议

在对特殊铁路给排水构筑物结构设计时，比如铁路站房内部设计、地下污水站设计等，对这些构筑物的冻融耐久性应该根据其所属建筑物的冻融耐久性进行相应的设计。这种类型的建筑物都是依据《混凝土耐规》中的相关规定进行耐久性设计。一般都是根据建筑物建设位置的地质报告中以《铁路混凝土耐规》中的作用等级，根据下表1与《混凝土耐规》中环境作用等级相对应，之后根据《混凝土耐规》进行构筑物的耐久性设计。

通过分析铁路给排水构筑物埋深，主要有以下几种处理方式：其一，地下或半地下给排水构筑物，若埋深高于冻深时，可以不用考虑冻融破坏产生的影响，相反若埋深低于冻深时，可以选择将高于冻深部分的混凝土采取隔水保温的方式进行处理，若冻深线比较深时或者是半地下给排水构筑物处于地上的部分，可对高出冻深线部分混凝土根据抗冻混凝土进行相应的设计；其二，半地上或全地上给排水构筑物，可将这种类型构筑物是为外露钢筋混凝土构筑物，对此应该根据《给规》进行设计，必要情况下可结合《铁路混凝土耐规》来进行抗冻方面的设计；其三，长时间接触水、或长时间处于湿润腐蚀性土体状态下的构筑物，应根据《给规》进行设计，必要情况可结合《混凝土耐规》完成抗冻部分的设计；其四，特殊铁路给排水构筑物，应先对构筑物进行相应的分析，通过分析结果选择符合其实际的规范进行抗冻设计[3]。

表1 混凝土耐冻久性指标 国标DF(%)

4 结语

综上所述，本文首先分析给排水构筑物耐久性以及冻融耐久性的基本设计条件，最后从抗冻等级、抗冻耐久性指数；常规设计参数；基于冻融环境对给排水构筑物耐久性设计的建议三个角度探讨铁路给排水构筑物在冻融环境下的耐久性设计，旨在进一步提升我国铁路给排水构筑物的建设质量，加快推进铁路事业的发展。