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15 耐久性
15.0.1 沉管法隧道应根据设计使用年限、环境类别和环境作用等级进行耐久性设计。
15.0.2 耐久性设计应包括下列内容:
1 结构的设计使用年限、环境类别及其作用等级;
2 有利于减轻环境作用的结构形式、布置和构造措施;
3 混凝土结构材料的性能及耐久性指标;
4 与结构耐久性有关的混凝土裂缝控制、主要施工控制及验收要求;
5 管节结构预留预埋设施耐久性要求;
6 严重腐蚀环境下的防腐蚀附加措施;
7 结构运营期的维护、修理与检测要求。
15.0.3 环境类别和环境作用等级应按现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的相关规定,根据结构的不同环境条件分别进行确定。
15.0.4 当沉管法隧道结构处于多种环境共同作用情况下,应对结构所处的不同环境作用分别进行确定,所采取的耐久性技术措施应同时满足每种环境作用的要求。
15.0.5 结构的耐久性设计应符合下列规定:
1 主体结构和运营期不可更换的结构构件,按隧道结构设计使用年限进行耐久性设计;
2 对运营期需更换且不影响使用的次要结构构件,宜按设计使用年限25年~50年进行耐久性设计;
3 临时结构宜根据其使用性质和结构特点确定其使用年限。
15.0.6 对于一般环境下的沉管法隧道结构应符合下列规定:
1 混凝土强度等级不应低于C35,最大水胶比不应大于0.5;
2 结构迎水(土)面钢筋保护层厚度不应小于50mm;
3 胶凝材料最小用量和最大用量应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的相关规定,并应满足选定的混凝土强度等级要求;
4 混凝土材料的28d龄期氯离子扩散系数不应大于4.0×10-12㎡/s(RCM法),氯离子扩散系数的测定方法应符合现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082的相关规定,电通量不应大于2000C。
15.0.7 对于氯化物环境中的沉管法隧道钢筋混凝土结构及构件应符合下列规定:
1 混凝土强度等级不应低于C45,混凝土材料的最大水胶比不应超过0.4;
2 结构迎水(土)面钢筋保护层厚度不应小于55mm;
3 胶凝材料最小用量和最大用量应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的规定,并应满足选定的混凝土强度等级要求;
4 混凝土材料的28d龄期氯离子扩散系数不应大于3.5×10-12㎡/s(RCM法),电通量不应大于1700C。
15.0.8 钢筋混凝土结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值应符合表15.0.8的规定。
表15.0.8 钢筋混凝土结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值
注:1 对于处于化学腐蚀环境下的结构构件,其裂缝控制要求应符合国家现行标准的有关规定;
2 表中的最大裂缝宽度限值为用于验算荷载作用引起的最大裂缝宽度;
3 迎水(土)面的最大裂缝宽度不应大于0.2mm。
15.0.9 沉管法隧道混凝土结构的耐久性设计应根据混凝土可能发生的碱-骨料反应采取相应的措施。混凝土中总碱含量不应大于3.0kg/m³,混凝土中的氯离子含量不应大于胶凝材料总量的0.1%。
15.0.10 氯化物环境作用等级为E、F的构件,宜在设计阶段提出运营期的定期检测和监测要求。
15.0.11 存在杂散电流腐蚀的沉管法隧道结构,应根据杂散电流腐蚀对耐久性影响进行防护设计。
15.0.12 管节接头钢端壳、钢底板、PC拉索套筒、钢剪力键、 GINA止水带和OMEGA止水带的压板及紧固件等,应采取涂刷耐腐蚀性涂层或金属喷涂、牺牲阳极等措施。
15.0.13 管节安装完成后,应对裸露的钢结构预留预埋件采取防腐蚀措施。
15.0.14 GINA止水带和OMEGA止水带应采用与主体结构相同的设计使用年限,使用前应进行热空气老化和压缩永久变形耐久性试验,并应满足现行国家标准《高分子防水材料 第2部分:止水带》GB 18173.2的相关规定。
条文说明
15.0.1 不同环境作用下混凝土耐久性问题十分复杂,设计人员可结合实际工程重要性、作用环境、实践经验以及施工条件等适当提高相关要求。应体现源头把关、过程控制以及后期管养的全过程设计理念。
15.0.4 混凝土结构所处的侵蚀性环境往往不是单一的,提高混凝土抵抗各种典型侵蚀环境作用所采取的技术措施也不相同,甚至有时可能是相互矛盾的。进行耐久性设计时应分别进行考虑,需满足各自单独作用下的耐久性要求。如当结构物处于硫酸盐腐蚀和冻融破坏环境时,进行混凝土配合比设计时应同时考虑采用抗硫酸盐硅酸盐水泥、掺加足量矿物掺合料和引气剂等技术措施。此外,不同类别环境叠加有可能会加重对混凝土的腐蚀,也有可能对混凝土的腐蚀没有影响。设计中遇到多重环境同时作用时,宜通过试验和专题论证。
15.0.5 本条所指的主体结构和运营期不可更换的结构构件主要指直接和间接承担永久荷载和可变荷载,在运营期间无法更换或更换会影响运营的结构构件,如管节的顶底板、侧墙、作为主要受力构件的中隔墙和隔板等。
运营期可以更换的次要构件主要指在沉管法隧道内部的、位于次要部位且更换不影响使用功能和正常运营的结构构件,如只起隔断作用的隔墙、隔板。
临时结构主要指设计中不考虑永久承载作用的基坑围护结构中的围护桩、端封墙等结构,可不考虑耐久性要求,仅满足施工期间的使用即可。
15.0.7 由于一般沉管法隧道结构较厚,且混凝土施工质量较好,同时临水表面有防水层保护,外侧氯化物环境中的氯离子很难到达结构内侧,而沉管法隧道混凝土构件接触土体的外侧一般无空气进入的可能,因此沉管法隧道外表面可按不低于Ⅲ-D、Ⅳ-D级的环境作用等级确定,隧道结构内表面可根据年平均湿度情况确定环境作用等级。
15.0.7 由于一般沉管法隧道结构较厚,且混凝土施工质量较好,同时临水表面有防水层保护,外侧氯化物环境中的氯离子很难到达结构内侧,而沉管法隧道混凝土构件接触土体的外侧一般无空气进入的可能,因此沉管法隧道外表面可按不低于Ⅲ-D、Ⅳ-D级的环境作用等级确定,隧道结构内表面可根据年平均湿度情况确定环境作用等级。
15.0.10 目前对于混凝土结构及构件的耐久性设计主要从控制混凝土水胶比和胶凝材料配比、提高混凝土密实性和减少水化热、控制初始裂缝等方面着手,然而仍存在许多不可控因素,如环境条件、施工工艺等;对钢结构耐久性方面,由于试验条件、试验方法、试验性质等因素导致研究结论差异性较大,尚未有比较成熟的定量关系;此外,大量接缝和接头也是耐久性设计的薄弱环节。因此在运营期,对于环境作用等级高或重要的沉管法隧道工程,需要设置检测或监测计划,对混凝土结构或钢结构的劣化或腐蚀的指标进行测试,检测内容可包括电通量、碳化深度、混凝土强度、裂缝和钢构件锈蚀情况等,还可以通过埋设各种元器件检测氯离子渗透情况、钢筋的锈蚀情况和钢结构的腐蚀情况,从而对后期是否采取保护或加强保护措施提供依据。
15.0.12 管节接头PC拉索在以往工程中主要采用可伸缩橡胶管、热缩管、热缩带以及连接法兰等组成。利用可伸缩橡胶管能适应接头钢绞线位移的特性,橡胶管将接头钢绞线的外露部分完全包裹,管腔内注入防锈油脂以防钢绞线锈蚀。随着防腐技术的不断发展,目前还出现了一种采用熔融结合环氧粉末涂料作为其防腐涂层的新技术。
剪力键、钢端壳、压板和紧固件的防腐措施主要是采用环氧云铁或环氧富锌底漆与厚膜型环氧沥青面漆结合涂刷的方式。但一般环氧类涂层的防腐年限为15年左右,且现场涂装道数较多,无法保证施工质量,因此在使用上存在一定的局限性。近年来出现了一种采用电弧喷涂与喷涂型聚脲涂料相结合的方法进行防腐处理。这种涂层具有结合牢固、防腐长久有效、较长耐腐蚀寿命等特点。
15.0.14 止水带的耐久性试验应进行热空气老化试验和压缩永久变形试验,具体试验要求和方法应按《高分子防水材料 第2部分:止水带》GB 18173.2、《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》GB/T 3512的相关规定执行。
15.0.14 止水带的耐久性试验应进行热空气老化试验和压缩永久变形试验,具体试验要求和方法应按《高分子防水材料 第2部分:止水带》GB 18173.2、《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》GB/T 3512的相关规定执行。
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