鐵路給排水構筑物在凍融環境下的耐久性設計探討

廖光智

蘭州鐵道設計院有限公司 甘肅蘭州 730030

對于一個工程而言，衡量其結構的關鍵就在于耐久性，因此這就要求工程設計師重視耐久性設計，以此來確保工程結構使用壽命及其穩定性。而在鐵路系統中，給排水構筑物結構的耐久性更為重要，這主要在鐵路系統是進行大宗貨物運輸以及旅客運輸的主要方式之一，對此應高質量保證鐵路系統處于穩定狀態。

1 分析給排水構筑物耐久性

構筑物在使用過程中，因受到環境中某些因素帶來的影響，導致鋼筋出現生銹腐蝕、混凝土因凍融性遭到損壞或碳化等問題，在一定程度上降低了給排水構筑物的耐久性，耐久性降低的同時也就對鐵路工程的順利進展造成一定的影響。通過分析給排水構筑物結構，主要分為兩種模式，一種為半地下；另一種為全地下，另外給排水構筑物在運行期間與水體會直接接觸。

當前我國給排水構筑物所使用的主要材料為混凝土，具有耐久性強的特征，但混凝土在使用期間因受到水環境、化學腐蝕等因素，耐久性因此逐漸降低，將其應用于給排水構筑物中，因其自身結構特征以及功能用途等因素，排水構筑物會因自身所處環境的干濕度而發生變化，嚴重情況下會受到腐蝕液的侵蝕破壞，也就對整個構筑物的安全使用帶來隱患。

2 凍融耐久性的基本設計條件

在進行凍融物設計時，首先要注意的根據所處環境條件進行設計，若其所處環境最冷月份平均氣溫低于-3℃時，則要求暴露在外的混凝土結構具備一定的抗凍性能，若混凝土長期處于水環境中，不斷在凍融狀態下進行轉換，這時候設計者就要將凍融環境可能會對給排水構筑物帶來的影響考慮其中。如果鐵路給排水構筑物所處環境最冷月份平均氣溫在2.5℃以上時，則不需要對凍融環境進行特殊處理。

關于凍融環境對給排水建筑物耐久性設計帶來的影響因素比較多，但總體上來看主要做好以下幾方面設計：其一，對暴露在外的混凝土結構加大重視力度，對其耐久性設計主要以規定為基礎，結合構筑物所處環境氣溫是否低于-3℃為標準進行判斷；其二，對于長期處于干濕環境下的給排水構筑物，結合其所處環境最冷月份氣溫是否在2.5℃以上為標準確定其耐久性設計方案；其三，對半漏在外的給排水構筑物而言，根據其所處土層地下水位以及凍深線兩處位置情況分析，若地下水位變化高于凍深線時，或者地下水存在強度腐蝕性情況，則需要分析其在最冷月份平均溫度是否在2.5℃以上，就不用考慮凍融物對其造成的影響[1]。

3 鐵路給排水構筑物在凍融環境下的耐久性設計

3.1 抗凍等級、抗凍耐久性指數

根據《耐規》以及《給規》中提出的相關要求，其中明確指出在凍融環境下耐久性設計參數主要是依照抗凍等級Fi進行設計的。簡單來講，主要是指混凝土構件系數齡期為28天，經過對其循環凍融次數i次后，其強度仍在25%以上，重量損失低于5%為合格。

在《給規》中提出的抗凍等級，是依據構筑物結構類型以及氣候條件兩因素獲取的；《耐規》中提出的抗凍等級，是依據環境作用等級獲取的。《耐規》《給規》以及《鐵路混凝土耐規》三者相比較，其中《耐規》與其他兩者的不同主要在于其設計指標與抗凍等級Fi屬于兩種類型，設計指標的是抗凍耐久性指標DF，簡單來講，就是進行300次凍融試驗，混凝土構件動彈與初始彈性兩種模量之間的比值[2]。

3.2 常規設計參數

在《混凝土耐規》與《鐵路混凝土耐規》中關于凍融環境作用等級要求不同。《混凝土耐規》中是通過對混凝土強度等級、最小厚度等參數明確規定；而《鐵路混凝土耐規》則是通過對混凝土強度等級、最小厚度等參數進行詳細規定。

3.3 基于凍融環境對給排水構筑物耐久性設計的建議

在對特殊鐵路給排水構筑物結構設計時，比如鐵路站房內部設計、地下污水站設計等，對這些構筑物的凍融耐久性應該根據其所屬建筑物的凍融耐久性進行相應的設計。這種類型的建筑物都是依據《混凝土耐規》中的相關規定進行耐久性設計。一般都是根據建筑物建設位置的地質報告中以《鐵路混凝土耐規》中的作用等級，根據下表1與《混凝土耐規》中環境作用等級相對應，之后根據《混凝土耐規》進行構筑物的耐久性設計。

通過分析鐵路給排水構筑物埋深，主要有以下幾種處理方式：其一，地下或半地下給排水構筑物，若埋深高于凍深時，可以不用考慮凍融破壞產生的影響，相反若埋深低于凍深時，可以選擇將高于凍深部分的混凝土采取隔水保溫的方式進行處理，若凍深線比較深時或者是半地下給排水構筑物處于地上的部分，可對高出凍深線部分混凝土根據抗凍混凝土進行相應的設計；其二，半地上或全地上給排水構筑物，可將這種類型構筑物是為外露鋼筋混凝土構筑物，對此應該根據《給規》進行設計，必要情況下可結合《鐵路混凝土耐規》來進行抗凍方面的設計；其三，長時間接觸水、或長時間處于濕潤腐蝕性土體狀態下的構筑物，應根據《給規》進行設計，必要情況可結合《混凝土耐規》完成抗凍部分的設計；其四，特殊鐵路給排水構筑物，應先對構筑物進行相應的分析，通過分析結果選擇符合其實際的規范進行抗凍設計[3]。

表1 混凝土耐凍久性指標 國標DF(%)

4 結語

綜上所述，本文首先分析給排水構筑物耐久性以及凍融耐久性的基本設計條件，最后從抗凍等級、抗凍耐久性指數；常規設計參數；基于凍融環境對給排水構筑物耐久性設計的建議三個角度探討鐵路給排水構筑物在凍融環境下的耐久性設計，旨在進一步提升我國鐵路給排水構筑物的建設質量，加快推進鐵路事業的發展。