龔小兵，廖 方

(四川省建筑設(shè)計研究院，四川成都610093)

城市綜合管廊，是城市市政管線工程的組成部分，也稱為“城市生命線工程”，是維持城市正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為功能特別重要的工程，兼之投資巨大，故其工程的耐久性非常重要。GB 50838《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》［1］中作為強制性條文，規(guī)定“管廊工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限應(yīng)為100 a”。這一耐久性要求，在不明顯增加造價的情況下，大幅度提高了結(jié)構(gòu)的使用壽命，使得工程具有優(yōu)良的長期使用效益，體現(xiàn)了節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展的理念。

為確保此100 a的設(shè)計使用年限，需要在工程建設(shè)包括后期運維進行全過程的耐久性管控，主要包括結(jié)構(gòu)的布置和構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料的耐久性控制、防水排水措施等要點。本文將結(jié)合相關(guān)工程設(shè)計規(guī)范，闡述管廊耐久性控制要點及思考，提出實施建議。

1 耐久性控制要點與思考和建議

為確保地下管廊成為百年工程，需要從設(shè)計、材料、施工、管理等幾方面進行綜合性的有效管控，下面分7點分別闡述。

1.1 加強勘察與基礎(chǔ)設(shè)計

管廊工程應(yīng)在設(shè)計前進行地質(zhì)勘察，掌握整個線路場地的地質(zhì)構(gòu)造特點。若下方持力層的承載力不理想，則需根據(jù)實際情況來選擇最為合適的處理方法。例如根據(jù)土層薄厚來確定夯實、換土墊層以及碾壓等處理方法，對薄度較低的土層應(yīng)開挖出填補墊土厚度，便于后續(xù)施工作業(yè)的開展。另外，遇到管道建設(shè)區(qū)域存在枯井、墓穴、坑塘、沖溝等高危險性的地質(zhì)環(huán)境，必須采取措施進行處理，避免地基缺陷導(dǎo)致管廊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、腐蝕、滲漏，影響管廊功能的發(fā)揮及耐久性，避免管線運行出現(xiàn)故障。

需要注意的是，依據(jù)GB 50108《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》［2］第4.1.6條，防水混凝土結(jié)構(gòu)底板的混凝土墊層，強度不應(yīng)低于C15，厚度不應(yīng)小于100 mm，軟弱土層中不應(yīng)小于150 mm。這個內(nèi)容是《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》中沒有提及的。

1.2 加強本體設(shè)計及合理的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造

管廊結(jié)構(gòu)由于其重要性，故而GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》將其定為乙類建筑物進行抗震設(shè)計，應(yīng)按高于本地區(qū)設(shè)防烈度一度的要求加強其抗震措施；其安全等級劃定為一級，作承載能力極限狀態(tài)計算時，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)不應(yīng)小于1.1；還有管廊結(jié)構(gòu)的裂縫控制等級定為三級，最大裂縫寬度限值為0.2 mm，這一點對管廊結(jié)構(gòu)的抗裂要求還是比較高的。綜合以上三項內(nèi)容可以看出，對管廊結(jié)構(gòu)本體的設(shè)計，規(guī)范都提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)，為管廊結(jié)構(gòu)的耐久性提供了基本保障。

除此之外，考慮到混凝土結(jié)構(gòu)的溫度收縮、基坑施工等因素，《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》提出了對管廊縱向設(shè)置變形縫的要求，變形縫的最大間距應(yīng)為30 m；在結(jié)構(gòu)的縱向剛度突變處及上覆荷載變化處或下臥土層突變處，應(yīng)設(shè)置變形縫；變形縫寬度不宜小于30 mm。變形縫的設(shè)置，釋放了結(jié)構(gòu)的伸縮變形以及在上述剛度、荷載、土層變化位置處存在的變形，用放的方式，化解這些因素導(dǎo)致的附加應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)本體不開裂，相應(yīng)保證了結(jié)構(gòu)的耐久性。當(dāng)然，這些位置的止水構(gòu)造也就變得相當(dāng)重要。

1.3 混凝土結(jié)構(gòu)材料的耐久性質(zhì)量控制

地下管廊外表面長期處于潮濕或接觸水和土的環(huán)境之下，內(nèi)表面處于相對封閉的潮濕空間，CO2濃度較高。除結(jié)構(gòu)自身緩慢的堿-骨料反應(yīng)、環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)腐蝕之外，主要是混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕。這些作用對管廊結(jié)構(gòu)的耐久性是主要的影響因素。

GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》對結(jié)構(gòu)材料耐久性的要求是“根據(jù)環(huán)境類別，按GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》［3］的規(guī)定執(zhí)行”。

一般環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是碳化引起的鋼筋腐蝕?；炷撂蓟腔炷林械膲A與環(huán)境中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3的過程，它使混凝土的堿性降低，從而降低對鋼筋的保護作用，使鋼筋更易銹蝕；并且，碳化部分的混凝土有一定收縮，容易引起表面裂縫，降低混凝土的抗?jié)B和耐久性能。

劉雪勇［4］在上海地鐵工程的實踐中提出，以抗碳化性能作為混凝土耐久性的最重要的衡量指標(biāo)，并對膠凝體系的配比組成與混凝土耐久性的關(guān)系進行了研究，提出了較為合理的配合比。按此配比配制的專用耐久性混凝土應(yīng)用于上海各地鐵工程，具有較普通混凝土更為優(yōu)異的性能。其電通量低于1 500 C，氯離子遷移系數(shù)低于2×10-12m2/s，體現(xiàn)其混凝土抗氯離子滲透性能達到Ⅲ級；快速碳化56 d實驗的碳化深度低于10 mm，達到了抗碳化性能Ⅳ級。

劉明耀在“地鐵耐久性混凝土的配制和改進研究”［5］一文中，對耐久性混凝土的配制提出了和劉雪勇相似的觀點，以及相近的耐久性混凝土配合比。文中更強調(diào)摻合料對混凝土耐久性能的優(yōu)化作用：“其在改善混凝土工作性能、降低水化熱的同時，調(diào)節(jié)了混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，增加混凝土水泥石的密實度，也優(yōu)化了水化產(chǎn)物，提高了骨料與水泥砂漿間界面粘結(jié)強度。在混凝土中雙摻礦渣粉和粉煤灰可以顯著提高混凝土耐久性能各項指標(biāo)，如抗?jié)B性能、抗凍融性能、抗化學(xué)侵蝕性能。相關(guān)試驗表明，當(dāng)摻合料的摻量在35%～50%之間(占膠凝材料總量比)都能在不降低混凝土強度前提下優(yōu)化混凝土各項性能?！?/p>

氯離子含量、堿含量是混凝土耐久性的重要影響因素。為確保工程的耐久性，GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》要求，氯離子含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.1%，此指標(biāo)低于GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第3.5.5條的0.06%的要求，應(yīng)按混凝土設(shè)計規(guī)范從嚴(yán)控制。為控制堿骨料反應(yīng)，宜采用非堿活性骨料，且堿含量不應(yīng)超過3 kg/m3。

需要注意的是，按GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》，由于管廊內(nèi)部長期處于地下高濕度環(huán)境，環(huán)境作用等級最少為I-B，所以混凝土強度最低應(yīng)為C35，這是高于《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》最低C30的要求的，屬于中等強度耐久性混凝土。

1.4 鋼筋的混凝土保護層厚度

混凝土保護層厚度是結(jié)構(gòu)耐久性的重要影響因素。GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》第8.6.3條要求，管廊結(jié)構(gòu)鋼筋的混凝土保護層厚度，結(jié)構(gòu)迎水面不應(yīng)小于50 mm。其它部位按GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，后一規(guī)范8.2.1條要求，對設(shè)計100 a的結(jié)構(gòu)，鋼筋的保護層厚度取普通結(jié)構(gòu)的混凝土保護層厚度的1.4倍。

保護層厚度達到50 mm是比較厚的，容易出現(xiàn)混凝土開裂、剝落，可采用添加鋼纖維或合成纖維的混凝土。纖維的品質(zhì)和摻量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

1.5 防水、排水措施

防水是管廊工程的重要組成部分，我們考察過的若干管廊工程，多少都存在滲漏問題，對管廊的運營、維護帶來不小困難，并影響其使用壽命也就是耐久性。因此在耐久性設(shè)計中把防水問題放在首要位置是十分必要的。

GB 50838《城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范》將管廊工程的防水等級定為二級。并特別要求在管廊的變形縫、施工縫和預(yù)制構(gòu)件接縫等部位加強防水措施，這些薄弱位置也是發(fā)生滲漏問題的主要部位。

根據(jù)GB 50108《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，管廊的主體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用防水混凝土，并設(shè)置全封閉的外部防水層，通常是一道防水涂料加二道柔性防水卷材。

許寧在“地鐵工程滲漏水原因分析與對策”［6］一文中，對結(jié)構(gòu)自防水滲漏、接縫部位滲漏、外包柔性防水層滲漏等原因進行了分析，提出影響防水工程質(zhì)量 的四大因素：“一是正確的防水設(shè)計，這是確保防水工程質(zhì)量的前提，包括材料品種規(guī)格選擇、構(gòu)造做法、施工方法、細(xì)部節(jié)點設(shè)計。二是材料，材料是基礎(chǔ)，在設(shè)計選材正確的前提下，施工單位(或業(yè)主方)是否采用真正高質(zhì)量的材料是關(guān)鍵。三是施工因素，施工更是關(guān)鍵，必須有資質(zhì)的專業(yè)施工隊伍組織施工，施工不當(dāng)、不認(rèn)真、不規(guī)范導(dǎo)致工程滲漏在滲漏工程中占的比例最大。四是管理，施工過程的管理包括施工單位自身的管理和質(zhì)量監(jiān)督，也包括防水工程竣工后的成品管理?！贝擞绊懛浪こ藤|(zhì)量的四大因素是相輔相成的，同等重要，缺一不可。

1.6 施工養(yǎng)護制度和保護層厚度的施工質(zhì)量驗收要求

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性在很大程度上還取決于混凝土的施工養(yǎng)護質(zhì)量和鋼筋的保護層厚度的施工誤差。國內(nèi)現(xiàn)行的施工規(guī)范對施工養(yǎng)護較少考慮耐久性的需要，而由于混凝土保護層厚度控制不到位導(dǎo)致鋼筋銹蝕構(gòu)件表皮剝落的工程問題也屢見不鮮，所以對于設(shè)計100 a的管廊工程來說，必須提出基于耐久性的施工養(yǎng)護和保護層厚度的施工質(zhì)量驗收要求。

有關(guān)這個內(nèi)容的要求，見于GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》的3.6節(jié)，該章節(jié)對施工養(yǎng)護提出強度達到28 d標(biāo)準(zhǔn)強度的50%，并對不同環(huán)境分別不少于3～7 d的時間；對混凝土保護層厚度驗收也根據(jù)不同環(huán)境作用等級分別提出了要求。

唐明述教授在“預(yù)防碳化提高鋼筋混凝土的耐久性”［7］一文中介紹，在施工過程中若養(yǎng)護不足，混凝土表面層空隙率增加，將加重CO2的腐蝕作用；反之混凝土若能得到良好的養(yǎng)護，則其表面密實度將大大增加，強度和壽命將增加30%～60%。并提出高摻合料化學(xué)反應(yīng)慢，這類混凝土更應(yīng)加長后期養(yǎng)護的時間，才能讓摻合料充分水化。文中還介紹了建設(shè)巴林錫特拉橋為保證百年壽命采取的養(yǎng)護措施：“施工脫模后立即噴灑減蒸劑以減少干燥和塑性收縮開裂。泌水消失之后，在表面施一層均勻的養(yǎng)護膜。當(dāng)混凝土結(jié)硬后，立即進行濕養(yǎng)護，在混凝土上鋪濕麻袋，并蓋上密封的聚乙烯片。要求至少在10 d之內(nèi)保持麻袋飽和有水。根據(jù)環(huán)境情況，必要時還要加上擋風(fēng)措施?！蔽覀兊墓こ探ㄔO(shè)往往為趕進度而忽視養(yǎng)護工作，上述巴林錫特拉橋嚴(yán)格的養(yǎng)護制度是值得我們借鑒的。

對比上文介紹的國外的工程養(yǎng)護措施，筆者認(rèn)為GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》的養(yǎng)護要求還是偏低的，沒有針對長使用壽命的工程提出要求，在實際的工程實踐中應(yīng)提高養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)。

1.7 明確使用階段的維護、檢測要求

結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是建立在預(yù)定的維修和使用條件下的。作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，綜合管廊應(yīng)進行定期檢測評定，建立相關(guān)指標(biāo)及檔案，確保綜合管廊本體、入廊管線以及監(jiān)控、通風(fēng)、照明等系統(tǒng)運行安全。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時及時會商采取措施，必要時追加防腐措施或?qū)嵤┱蕖?/p>

2 思考與建議

(1)地下管廊百年工程的耐久性目標(biāo)，是設(shè)計、材料、施工、管理多方面綜合有效管控才能得以實現(xiàn)的系統(tǒng)工程。

(2)以抗碳化性能作為混凝土耐久性的最重要的衡量指標(biāo)，使混凝土優(yōu)選優(yōu)配達到最佳的致密度以及保證保護層厚度是確保結(jié)構(gòu)本體耐久性的關(guān)鍵措施。

(3)應(yīng)特別注意防水工程是管廊工程耐久性的重要保障，其與結(jié)構(gòu)自防水有同等重要的地位。