地下水结构论文

地下水结构论文（精选12篇）

地下水结构论文 第1篇

关键词：地下水,地下结构,耐久性,碳化,侵蚀

随着近年来各种大型地下工程的大量涌现, 地下结构耐久性问题也愈发突出。与其他结构不同, 地下结构由于其所处环境的特殊性, 观察检测比较困难, 对其耐久性影响因素开展研究存在一定难度。研究方法目前也比较单一, 从研究对象来看, 有材料、构件和结构之分;从具体研究内容来看, 则主要涉及环境化学作用、杂散电流、裂缝影响、收缩、应力腐蚀、冻融破坏等各类因素 [1]。

相对于其他已经引起学者和专家们关注的因素, 地下水作为地下结构所面临的一个特殊环境因素, 中外学者们对此的研究相对落后, 目前还没有相对规范的评价体系。本文拟从地下水对地下结构的碳化作用以及腐蚀性作用影响和动力学影响入手, 讨论地下水对地下结构耐久性能的影响原理。

1 地下水对地下结构的影响

地下水对地下结构耐久性的影响主要包括CO2在地下水条件下对地下结构的碳化速率影响, 地下水中的腐蚀性酸根离子对地下结构产生的腐蚀影响, 以及地下水对地下结构产生的外水压力影响等。

1.1 地下水对地下结构的碳化影响

碳化作用的实质是混凝土失去碱性, 当钢筋表面的p H值降到10以下时, 钢筋的钝化膜被破坏, 混凝土也就失去了对钢筋的保护作用, 在水与空气存在的条件下, 钢筋开始锈蚀, 锈蚀引起体积膨胀使混凝土保护层遭到破坏, 从而界面出现裂缝以及保护层剥落等现象, 这又进一步促进钢筋的锈蚀, 造成钢筋混凝土结构使用寿命的降低。碳化过程主要的反应方程为:

此外CO2还可与其他水化产物发生反应。CO2能与水化硅酸钙CSH凝胶发生反应:

与铝酸盐反应:

与高硫型水化硫铝酸钙即钙矾石反应:

建设在地下数十米的地下结构物, 通常通风状况比较差, 空气中的CO2含量相对比较高, 所以在地下结构防水措施不好的情况下, 内部潮湿的环境会促使碳化作用的加速, 对结构的耐久性能造成损害;而地下结构的外部是密实的水土结构, 虽然水分含量很高, 但由于CO2的含量较低, 通常在评价地下结构的碳化状况时不予考虑结构外部的碳化情况。此外从反应式 (2) (3) (4) 可以看出碳化作用的另一个影响是会直接对混凝土材料造成破坏, 从而降低混凝土结构的耐久性能。

1.2 地下水对地下结构的侵蚀影响

地下钢筋混凝土结构是混凝土与钢筋的复合体, 地下水对它的侵蚀破坏可分为2类:第1类是腐蚀混凝土材料本身而导致结构的破坏;第2类是混凝土本身并未严重破坏, 但由于外部介质的作用, 使钢筋表面的钝化膜破坏, 引起钢筋的锈蚀损伤而导致混凝土结构的破坏。第1类侵蚀作用类型有很多种, 但大致可以分为:结晶性侵蚀、分解性侵蚀以及分解结晶复合性侵蚀。第2类侵蚀作用类型大致分为为氯离子侵蚀以及酸性地下水侵蚀造成的钢筋锈蚀。

1.2.1 第 1 类侵蚀

1) 分解性侵蚀

该类型侵蚀系指酸性水溶液氢氧化钙以及侵蚀性碳酸溶解碳酸钙使水泥分解破坏的作用, 又分为一般酸性侵蚀和碳酸侵蚀两种。

一般酸性侵蚀就是水中的氢离子与氢氧化钙起反应使混凝土溶解破坏, 其反应式为 :

一般酸性侵蚀的强弱主要取决于水中的p H值。p H值越低, 水对混凝土的侵蚀性就越强。这种侵蚀在工业发达的地区出现几率更大, 此地区空气中酸性物质 (H2S、SO2) 较多, 并会随雨水进入地下土壤, 影响地下结构物的耐久性能。

碳酸性侵蚀是由于碳酸钙在侵蚀性二氧化碳的作用下溶解, 使混凝土遭受破坏。其反应式为 :

这是一个可逆反应, 如果水中含有大量游离的CO2, 则会促使方程向右进行, 碳酸钙溶解, 直到达到平衡为止。

分解性侵蚀是根据分解性侵蚀指数p HS、p H值 (酸性侵蚀指标) 、游离CO2 (碳酸侵独指标) 等3项指标来判断的, 如有任何一种侵蚀性存在, 均认定为分解性侵蚀[3]。

2) 结晶性侵蚀

该类侵蚀是指当环境水中含有盐类时, 通过化学或物理作用, 产生结晶, 而对混凝土产生膨胀破坏的作用, 主要分为硫酸盐侵蚀和盐类结晶侵蚀。

硫酸盐侵蚀是指含硫酸盐的水与水泥发生反应, 在混凝土的空洞中形成石膏和硫酸盐结晶。这些新化合物的体积增大 (例如石膏增大体积1~2倍, 硫酸铝盐可增大体积2~5倍) , 由于膨胀作用而导致混凝土力学强度降低, 以致破坏。

盐类结晶侵蚀是指混凝土孔隙中含的某些盐类由于结晶温度不同, 由带水晶体向含结晶水晶体转化时, 体积显著增加而产生巨大膨胀应力, 加速混凝土破坏, 其破坏速度及破坏程度往往比化学反应侵蚀更快更严重。盐类结晶侵蚀以Na2SO4最为严重, 32.3℃以下析出 的晶体为Na2SO410H2O, 膨胀率高 达311%, 对于日温差较大的地区, Na2SO4晶体不断析出溶解, 产生巨大膨胀应力反复作用于混凝土材料, 加速了地下混凝土结构的破坏[4]。

3) 分解结晶复合型侵蚀

分解结晶复合性侵蚀是分解性侵蚀和结晶性侵蚀同时存在的情况, 其中比较典型的就是碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀 (TSA) 。研究表明, 在低于l5℃的硫酸盐溶液中, 并且有充足水源和碳酸盐的环境中, 会形成碳硫硅钙石, 严重侵蚀混凝土结构。同时由于此类侵蚀直接破坏了混凝土强度的基本来源CSH凝胶结构, 故一般的抗硫酸盐混凝土对预防此类侵蚀起不到良好的作用 [5]。

1.2.2 第 2 类侵蚀

1) 氯离子侵蚀

混凝土中的高碱性环境能够使钢筋表面迅速形成一层钝化膜。它是致密、稳定的, 水和氧气不能渗透过去, 同时也能阻挡铁离子的溢出, 避免电化学反应的发生。而当混凝土内钢筋表面的氯离子达到一定浓度时, 会破坏钢筋表面的钝化膜, 使钢筋发生电化学反应。反应方程如下:

在阳极附近钢筋开始锈蚀, 同时形成的Fe (OH) 2会在富氧条件下进一步被氧化成Fe (OH) 3, 最后变成疏松、多孔的红锈, 体积膨胀约4倍。在少氧条件下, Fe (OH) 2的氧化不完全, 形成黑锈, 体积膨胀约2倍。由于铁锈是疏松、多孔的结构, 而且极易透气和渗水, 同时铁锈所产生的膨胀压力将使混凝土出现裂缝和引起剥落。这又使得氧、水分等更容易进入, 反应就会循环进行下去, 直到钢筋被完全腐蚀[6]。从其电化学反应过程可知, 氯离子可反复地侵蚀钢筋表面而自身并不消耗, 在整个钢筋腐蚀过程中氯离子起到催化剂的作用。在有氯离子的情况下, 一般来讲, 混凝土中的钢筋腐蚀速度都会上升, 而且要比碳化引起锈蚀严重得多。

2) 酸性地下水的侵蚀

当地下水的p H值低, 水中含有溶解氧、CO2, 游离硫酸、H+较多时, 便对钢筋、铁管或其他铁质材料产生强烈的侵蚀破坏作用。作用原理是在呈酸性的水中会含有较多的H+, 从而使水成为导体不断地发生电化学反应, 引起侵蚀过程加速。反应方程如下:

当水中含有重金属硫酸盐时, 如Cu SO4也能加速对铁的侵蚀, 因为金属铜和金属铁构成微电池而使反应不断进行, 加速了腐蚀作用。此时, 铁放出电荷, 铜接受电荷, 即:

1.3 地下水压力对地下结构的影响

地下结构的外水压力是地下水通过土层孔隙作用到结构外壁的, 所以地下结构的外水压力就是孔隙水压力, 是垂直于结构表面的外荷载, 又称外水荷载。根据孔隙水压力的不同, 我们将地下水对地下结构的压力分为静水压力以及超静水压力。

在地下水位静水头作用下, 地下结构外侧受到水压力称之为静水压力, 这种静水压力只有在衬砌和周边岩体空隙处作用。如果衬砌完全和岩体密贴, 即使处于无渗流状态, 静水压力也将很小, 甚至可以忽略不计。尽管结构施工时要求二次衬砌与初期支护必须密贴, 但是一般会在其间存在空隙, 因此将会在二次衬砌的外表面产生静水压力。在静水压力的作用下, 地下结构主要会受到两个方面力的作用:一是地下结构侧面会受到侧向的压力作用, 此压力是土与水共同作用的结果, 与土质有关, 侧向的压力会造成地下结构承受的横向应力增大, 可能会对侧面的结构造成剪切破坏。另一方面, 静水压力会对地下结构的底板产生竖向的浮力作用, 浮力的大小跟地下水的水位以及结构在地下水中的高度有关。地下水浮力对地下钢筋混凝土建筑结构的影响, 主要体现在结构隆起变形、混凝土构件开裂以至局部破坏上。当地下水浮力超出地下建筑自身重量时, 地下建筑在浮力作用下产生向上隆起变形或整体移动趋势, 而周边挡墙上移趋势受土体约束, 致使各柱、墙竖向变形不一致, 产生相对竖向位移, 导致结构构件在弯矩、剪力作用下开裂。此外, 由于地下水水位的不断变化, 作用在结构上的力会不断变化, 在水位变化很大的情况下可能会产生疲劳破坏。

地下水通常不仅是静止的, 在地下水渗流的情况下, 孔隙水压会受到渗流的影响, 当渗流向下时孔隙水压减小, 渗流向上时则孔隙水压增加, 这种由超过静水位的那一部分水头所引起的孔隙水压力称之为超静水压力。当地质条件极端复杂时, 在看来似乎稳定的地下水位中, 仍然有可能出现地下水渗流。单单是由于施工导致结构外壁土层的扰动都会带来不容忽视的渗流, 更何况为了结构防水的需要而增加的排水设施, 引起结构附近长期人为地由上至下、由远至近的渗流场不可避免。这个渗流场对结构的外水压是有利的, 它将引起结构外壁孔隙水压力的减小, 但是渗流并不总是由上而下, 在许多情况下可能是相反的甚至是不确定的。如承压水自流井的外溢、附近施工井点降水、丰水期排水以及地质构造 (如地震) 等多种因素, 均会引起地下水的渗流, 且方向不定, 这时作用在结构外壁的孔隙水压就不是减小而是增加或不稳定。此外在不排水条件下, 土体受压常会引起孔隙水压力的增加, 如在已有结构物旁边打桩或增建新的建筑物或堆放较重的临时荷载, 都是土体受压的外来因素, 此时如没有建设必要的排水措施, 土体内的孔隙水压就会产生不容忽视的增量[7]。

在地下结构受到水压力的同时, 结构外侧的水和各种侵蚀物质便开始向结构内侧传输。文献[4]表明外水压力的存在一定程度上会影响到侵蚀物质的传输方式。以氯离子为例, 地下结构与土壤接触的一面可以认为是饱水的, 在此情况下, 氯离子在混凝土中的传输方式以扩散为主。但在外水压力的作用下, 其传输方式可能以渗透为主, 这主要取决于静水压力的大小。另外, 地下结构接触土壤的一侧处于土壤环境, 一面处于大气环境, 使不同位置的钢筋存在电位差, 由此产生的宏电流会导致钢筋锈蚀的加快, 而这一点主要取决于混凝土自身电阻率和渗流时的超静水压力。地下结构是修建于地下岩层中的钢筋混凝土结构, 使用初期混凝土结构的密实性较高, 当采取有效防水措施后, 混凝土结构一般不会受渗漏水的影响, 因而其电阻率较大, 其内部的钢筋腐蚀作用很小或基本不受腐蚀。但是随着使用时间的推移, 前期所采取的防水措施将逐步失效, 且混凝土结构承受地层压力或地下水压力作用后而在薄弱环节发生混凝土开裂, 地下水就随着混凝土裂缝渗到其内部。当水和盐类进入到混凝土中, 混凝土的电阻率将明显降低, 这将导致钢筋在很小的宏电流作用下发生腐蚀。如果是地铁结构, 混凝土电阻率的降低, 还会大大增加杂散电流对结构的危害。

2 结果与讨论

2.1地下结构内侧由于通风情况较差, 空气中CO2含量过高, 如果地下结构防水措施做得不好, 使地下结构内部处于潮湿的环境下, 会加速地下结构的碳化速率, 从而影响地下结构的耐久性能;地下结构外侧由于空气含量较少, 通常在对地下结构碳化状况进行评估时不予考虑。

2.2当地下水呈酸性或含有硫酸盐等具有腐蚀性的盐类时, 会对混凝土地下结构产生腐蚀作用, 一方面会破坏混凝土材料本身的性质从而导致地下结构的破坏, 另一方面会腐蚀混凝土内的钢筋, 影响混凝土结构的力学特性, 从而损害地下结构的耐久性能。

2.3地下水会在水头和渗流的共同作用下对地下结构产生力的作用, 如果地下水位不断变化则作用在结构上的力也会不断变化, 这会导致混凝土的疲劳损伤。此外, 在地下水的压力作用下, 结构外侧的腐蚀性离子会加速扩散到混凝土内部, 直接或间接地促进钢筋的腐蚀, 造成结构的耐久性能下降。

参考文献

[1]潘洪科, 杨林德, 汤永净.地下结构耐久性研究现状及发展方向综述[J].地下空间与工程学报, 2005, 1 (5) :804-808.

[2]Liu Junzhe, Li Yushun, Lv Lihua.Effect of Anti-freezing Admixtures on Alkali-silica Reaction in Mortars[J]Wuhan University of Technology—Mater.Sci.Ed, 2005 (2) .

[3]刘恩军.侵蚀性地下水对地下结构工程的影响、评价标准及其防治措施[J].地下工程与隧道, 2001 (4) .

[4]赵彦迪, 赵铁军, 万小梅, 等.沿海地区地下混凝土结构的环境腐蚀机理[J].混凝土世界, 2011 (5) :68-72.

[5]冯乃谦.混凝土与混凝土结构耐久性[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[6]亢景福.混凝土硫酸盐侵蚀研究中的几个基本问题[J].混凝土, 1995 (3) :9-18.

地下水结构论文 第2篇

77.451

90.703

13.088

-1.357

9.461

10.654

(24.50)***

(11.54)***

(4.43)***

(-0.19)

(5.61)***

(2.56)**

Pjt

-0.078

-0.083

0.029

0.034

0.049

0.049

(-3.16)***

(-3.40)***

(1.24)

(1.50)

(3.74)***

(3.78)***

ln(Qjt)

1.396

1.275

0.008

0.125

-1.394

-1.400

(2.11)**

(1.98)*

(0.01)

(0.21)

(-3.98)***

(-4.10)***

Wjt

0.047

0.044

-0.039

-0.037

-0.008

-0.007

(1.30)

(1.20)

(-1.15)

(-1.07)

(-0.42)

(-0.39)

(PG/PI) jt-1

-3.925

13.371

-9.446

(-0.22)

(0.80)

(-1.00)

(PC/PI) jt-1

-3.678

3.035

0.643

(-2.00)**

(1.76)*

(0.66)

Njt

0.236

0.222

-0.191

-0.177

-0.045

-0.045

(4.56)***

(4.45)***

(-3.95)***

(-3.79)***

(-1.62)

(-1.72)*

元氏县虚变量

肥乡县虚变量

1990年虚变量

-1.259

2.156

-0.897

(-0.52)

(0.96)

(-0.70)

19虚变量

4.019

-3.333

-0.686

(1.28)

(-1.14)

(-0.41)

19虚变量

4.317

-3.143

-1.174

(1.38)

(-1.08)

(-0.70)

调整后的R2

0.33

0.33

0.32

0.32

0.11

0.12

F值

9.36

10.77

8.84

10.03

3.77

4.47

注：“*”、“**”、“***”分别代表10%、5%和1%的统计显著水平。

参考文献：

刘昌明和何希吾，《中国21世纪水问题方略》，科学出版社，1996

陈雷和杨广欣，“深化小型水利工程产权改革加快农村水利事业发展”，《中国农村水利水电》，1998年第6期，第1-4页

王金霞、黄季j、Scott，“地下水灌溉系统产权制度的创新与理论解释”，《经济研究》，第4期第66-74页

Darra, B.L.and C.S.Raghuvanshi,Irrigation Management,Atlantic P&D, 1990

R.K.Patil and S.N.Lele,“Irrigation Management Transfer:Problems in Implementation” in Irrigation Management Transfer，Food and Agricultural Organization,Rome, 1995

Douglas J.Merrey, Expanding the Frontiers of Iirrigation Management Research:Results of Research and Development at the International Irrigation Management Institute 1984-1995,International Irrigation Management Institute, 1997

* 本论文是农业政策研究中心水资源研究项目系列论文之一。本项研究得到福特基金会、国际水资源管理研究所（IWMI）、亚洲发展银行（ADB）和国家杰出青年科学基金（79725001）的资助，项目在资料收集和整理的过程中得到王金霞、

地下水结构论文 第3篇

【关键词】结构设计；防空地下室；板柱结构；等效静荷载；平时；战时

1.等效静荷载的确定

根据《人民防空地下室设计规范》的规定,甲类防空地下室结构应分别按平时使用状态的结构设计荷载组合、战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用的荷载组合及战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用的荷载组合进行设计。实际上,由于战时材料强度取值、截面设计规定、结构构造要求等均相同,仅等效静荷载取值不同,采用等效静荷载法进行结构设计时,可将战时的两种组合合并为一种,取用常规武器爆炸等效静荷载与核武器爆炸等效静荷载中的较大值即可,这样大大减小了计算工作量。

值得注意的是,在确定顶板和外墙等效静荷载时,要看是否可考虑上部建筑影响,上部建筑如果满足《人民防空地下室设计规范》第4.3. 4条和第4.4.4条规定,则可考虑上部建筑影响。单建式防空地下室不考虑上部建筑影响。为抵抗水浮力设置的抗拔桩不属于基础受力构件,其底板等效静荷载标准值应按无桩基底板取值。由于《人民防空地下室设计规范》中的表4.8.2顶板覆土最大厚度为1.5m,大于1.5m时原则上需按规范给出的公式计算;分别按1.5m

2.构件尺寸的确定

地下室顶板厚度首先要满足防空地下室战时的防护厚度,对不同的抗力级别,《人民防空地下室设计规范》有明确的规定。顶板由于是无梁樓盖,楼板厚跨比宜大于1/30,同时楼板厚度应满足抗冲切要求,抗冲切验算应按平时和战时分别进行。

平时抗冲切验算可按《混凝土结构设计规范》中的公式7.7.1-1进行,公式中F1为平时使用荷载(恒载和活载,采用基本组合)作用产生的冲切荷载设计值,可取柱所承受的轴向力设计值减去柱顶冲切破坏锥体范围内的荷载设计值;ft为混凝土轴心抗拉强度设计值,按《混凝土结构设计规范》采用。

战时抗冲切验算可按《人民防空地下室设计规范》附录D中的公式D.2.2-1进行,公式中ftd为混凝土在动荷载作用下抗拉强度设计值,按《人民防空地下室设计规范》第4.2.3条规定取值;F1为恒载Gk(包括顶板自重、粉刷重和覆土重)和顶板等效静荷载Qk共同作用所产生的冲切荷载设计值,计算冲切荷载设计值时,作用在顶板上的荷载设计值q设按下式计算:

q设=1.2Gk+1.0Qk

必须注意,当无梁楼盖的跨度大于6m或其相临跨度不等时,冲切荷载设计值应取按上述方法计算所得冲切荷载设计值的1.1倍。

全埋式地下室外墙和底板厚度,《人民防空地下室设计规范》无明确规定,其厚度应满足防水要求、平时和战时的承载力要求以及平时抗裂和变形要求,根据水头和混凝土设计抗渗等级,对5级、6级防空地下室可按《高层建筑混凝土结构技术规程》表12.1.9确定;另外,地下室侧墙做为无梁楼盖的边支座,其厚度应满足无梁楼盖的负筋锚固要求,厚度应大于0. 4la(la为受拉钢筋的锚固长度)。柱截面尺寸由轴压比控制。其余构件如临空墙、防护单元隔墙等按《人民防空地下室设计规范》要求确定。

3.内力和配筋的计算

板柱结构的内力计算可采用近似法如等代框架法、直接设计法(有使用条件),也可采用有限元法进行精确计算。应优先采用有限元法进行计算。

有限元分析软件较多,但大多数不能进行战时计算,不能直接用于人防计算;一些只能进行人防构件计算,不能进行整体分析计算;采用PKPM系列SATWE软件,可进行整体分析,也可对平时和战时两种不同荷载效应组合进行计算,对板柱结构还可考虑柱帽作用。采用SATWE软件计算板柱结构,在工程数据建模时,应在柱与柱之间输入100mm×100mm的虚梁。目前, SATWE软件可计算防空地下室的顶板(无梁楼盖)、外墙、临空墙、梁和柱配筋,不能计算防护单元隔墙和门框墙等的配筋。防护单元隔墙和门框墙等可采用人防构件计算,也可参照全国通用图集《防空地下室结构设计》配筋。

4.地下室底板的计算

对采用桩基础独立承台的防空地下室底板(只起防水作用),按规范要求应分别按平时和战时两种情况单独计算,人工取最大包络配筋。按如下方法则可用PKPM系列软件一次完成平时和战时计算,即采用PMCAD软件按倒楼盖建一层防空地下室模型,顶板的恒载标准值按g1k(计算见后)输入,顶板的活载标准值输0.01kN/m2,采用SATWE进行计算,定义人防等级为5级或6级,但顶板的等效静荷载改用防空地下室底板的等效静荷载,对于5级人防为50kN/m2,对于6级人防为25kN/m2,这样可一次自动完成平时和战时计算,并取包络配筋,大大地提高了效率。能采用以上方法的原因如下:作用在地下室底板上的荷载有等效静荷载、水的浮力和底板自重。由于水的浮力是满布的,可当恒载考虑,对结构不利;地下室底板自重,对结构有利。

5.桩基设计

由于在武器爆炸动荷载作用下,地基承载力有较大提高,同时安全系数也可取得相对较低,在这种瞬间荷载作用下,一般不会产生因地基失效引起结构破坏。因此,防空地下室在人防荷载作用下,可不验算地基承载力和地基变形。对于采用桩基的防空地下室,按单桩承载力特征值确定桩数时,可不考虑人防荷载作用,按平时荷载组合确定桩数即可。

根据静力荷载作用下桩基础的实测资料,由于打桩后土体往往产生较大的固结压缩量,以致在平时荷载作用下,虽然建筑物有一些沉降,但有的建筑物底板仍与土体相脱离。由于桩是基础的主要受力构件,为确保结构安全,在防空地下室结构设计中,桩身承载力应按计入上部墙、柱传来的核武器爆炸动荷载的荷载效应组合来验算。

6.结论

(1)甲类防空地下室结构设计,可将战时的两种组合合并为一种,取常规武器爆炸等效静荷载与核武器爆炸等效静荷载中的较大值与静荷载组合进行设计。

(2)板柱结构顶板厚度除应满足战时的防护厚度外,应分别按平时和战时进行抗冲切验算;地下室底板和侧板应满足防水要求;门框墙、临空墙和防护单元隔墙等构件按人防规范要求确定。

(3)板柱剪力墙结构防空地下室可采用PKPM系列SATWE软件进行整体分析。

(4)地下室底板可按倒楼盖建一层地下室模型,用PKPM系列软件一次自动完成平时和战时计算,并取包络配筋。

(５)采用桩基的防空地下室,按单桩承载力征值确定桩数时,可不考虑人防荷载作用,按平时荷载组合确定桩数;但桩身承载力应按计入上部墙、柱传来的核武器爆炸动荷载的荷载效应组合来验算。

【参考文献】

［１］中华人民共和国建设部.GB 50038—2005.人民防空地下室设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

地下水结构论文 第4篇

近年来在建设中出现了多次因地下水浮力致使地下室底板隆起和开裂的事件,而这些上浮和底板开裂的地下室,很多都出现在一般没有地下水或只有少量上层滞水的地区。对于类似场地地下水的浮力问题正越来越受到勘察、设计人员的关注。

1 工程概况

某体育馆工程主体为钢筋混凝土框架结构,地上2层,地下1层,勘察报告显示在填土层中埋藏有少量上层滞水,但在勘察期间未发现地下水,填土层下的黏土层为不透水层。基坑在施工过程中未见明显地下水,且基坑也不存在超挖现象。周边建筑物的地下室比此处还低,未做抗浮设计,但未出现类似情况,因此按常理本工程可不做抗浮设计。

在主体施工完后发现地下室及二楼主场馆地面出现隆起超过20 cm,武术场馆最大隆起超过14 cm,网球场柱基础部位最大隆起超过26 cm,相关梁柱出现裂缝。

2 地下室底板隆起原因

该地下室隆起的原因根据各方面综合情况来看,应该是由于南方地区雨水比较丰富,施工期间又经历了雨季,使得基坑四周地表水、地下水以及施工用水汇入坑内,并渗入到地下室底板下,由于基坑四周的黏土层均为不透水层,进入基坑中的水就很难排出,这样累积下来当地下水浮力超过一定值时,地下室底板便出现隆起现象,并使相应梁柱产生裂缝。

3 处理措施

根据现场实际情况,首先应进行开孔泄压,让地下室底板回落。在此过程中应考虑抽排水措施;同时应考虑到是否会导致周边建筑物及地面的沉陷,特别是南面与建筑物比较近的办公楼基础,因此需设定观测基准点,观测建筑物的沉降情况。经考虑后先开设减压孔,最大出水高度为1.9 m,图1为地面某个测点沉降记录图表。该测点隆起195 mm,经过泄压,地下室底板逐渐回落。

3.1 结构加固设计原则

加固改造方案除了要考虑建筑物的实际情况,还要符合加固设计规范的要求[1],使加固后的建筑物满足使用要求及抗震构造要求[2,3,4]。加固改造后使得建筑物使用年限延长,同时要考虑加固改造的工作量,节约造价。

3.2 加固方案及施工方法

1)加固方案。

本工程采用了改性混凝土增大截面、植钢筋、钢筋网抗裂复合砂浆及外粘碳纤维、钢板等方法对房屋进行加固施工。因为加固工程的特殊性,之前应对原结构进行卸载,施工时不得对原结构进行破坏性扰动。本工程所用混凝土采用C45改性混凝土,该改性混凝土中掺入占水泥重16%的ZM混凝土外加剂,为免振捣、自流密实成型、无收缩、微膨胀混凝土,可保证混凝土新老结合面共同工作。

2)施工方法。

a.混凝土钢筋网抗裂复合砂浆施工工艺为:表面凿毛、压力水清洗→布置钢筋网、植锚钢筋→涂刷WJJ界面剂→分3次抹掺HPPC的M40抗裂复合砂浆30厚,养护。

b.新增的钢筋与原结构采用植钢筋技术进行锚固,施工工艺如下:

要求:钢筋植入深度为12d～15d,并对所植钢筋按钢筋设计强度进行抗拔试验。

顺序:定位→钻孔→注胶→植筋→固化。

注胶在潮湿环境下采用WJ结构胶,干燥环境下采用ESA结构胶。

加固结构在粘碳纤维之前,应设法对被加固构件适量卸载,减少应力滞后,提高加固效果。

粘碳纤维施工工艺如下:

涂刷底层:主要作用是增加粘结面的强度,同时提高碳纤维与基层之间的粘结。

涂粘结构胶:作用是粘结碳纤维。

粘贴纤维布:碳纤维布现场裁剪,分段粘贴时搭接长度为150 mm,粘贴时用棍子滚压,挤出气泡,如局部出现空鼓使用针筒注胶修补,保证有效粘贴饱满度不小于90%。

注胶在潮湿环境下采用WJ结构胶,干燥环境下采用ESA结构胶。

施工温度控制在10 ℃～30 ℃之间。

4 结语

工程已竣工一年多并投入使用至今,用户反映良好。该工程设计实践表明,碳纤维加固法和粘贴钢板加固法可以满足本工程加固需要。

地下室工程应对水文地质条件的变化可能造成的影响引起足够的重视,一个工程是否要考虑地下水的浮力不能完全根据勘察时场地有无地下水来判断,且施工单位在施工过程中一定要按要求对回填土进行认真分层夯实处理。

参考文献

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[3]GB 50023-95,建筑抗震鉴定标准[S].

地下结构工程施工小结 第5篇

一、工程概况

本工程位于东莞市松山湖北部工业区D区科技二路，为一类高层办公建筑，总建筑面积71903.735 m2，地上25层（其中首层及二层为裙楼、3~25层为塔楼）、地下1层，建筑总高度为98.25m，用地面积18142.388m2,占地面积8079.8 m2,建筑高度95.0m，耐火等级为一级，抗震设防裂度为6度，结构类型为框架剪力墙结构（屋面为钢构架），屋面防水等级为II级。

建设单位„„„„„„„„东莞市泰通科技实业有限公司 设计单位„„„„„„广东建筑艺术设计院有限公司 勘察单位„„„„„„„„广东省湛江地质工程勘察院 监理单位„„„„„„„„广州市云兴建设监理有限公司 承建单位„„„„„„„„安徽省工业设备安装公司

监督单位„„„„„„„„东莞市和松山湖建设工程质量监督站（属两级监督）

本工程分为塔楼和裙楼两部分，其一，地下1层，地上25层，塔楼基础工程桩59根，采用冲孔灌注桩，桩径1200、1300、1600、1800mm，桩尖需到达中风化花岗岩，中风化花岗岩的饱和单轴抗压强度为21MPa，净桩长约17~40米，入岩深度不小于1米，孔底沉渣厚度小于100，桩身混凝土等级为C30，承台混凝土等级为C35。其二，裙楼基础采用挡土墙下条形基础和柱下独立基础，天然基础，基础持力层为砂质粘性土，承载力特征值为200Kpa，部分区域基础开挖后为淤泥质土，对软基采用搅拌桩处理后承载力不得小于180KPa，基础混凝土强度为C35P6，裙楼地下室底板采用300厚C35防水板，防水板下钻设抗浮锚杆，地下室剪力墙、柱采用C60砼。

本工程地下室为一层，分为塔楼和裙楼部分，按照施工平面划分为四个施工段，第一施工段○2~○11Χ○A~○D轴（塔楼），第二施工段○1~○13Χ○D~○Q轴裙楼的复合地基部分，第三施工段○13~○21ΧF~○Q轴为天然地基部分，第四施工段○12~○21Χ○A~○F轴为天然○地基部分，与抗浮锚杆施工交叉施工。地下室外壁顶板结构全部完成后，开始进行外壁防水施工。地下室外壁的防水层施工完成并验收后，才进行基坑土方回填。由于本工程地下室分四个施工段进行“流水作业”施工。

地下结构为一层，设有地下消防水池、车房、机房及设备用房等。地下室底板标高为-6.0m。地下室设有中心筒电梯井，设有上下车道及消防楼梯等。在整个基础施工过程中按图纸设计、变更、施工规范及施工方案要求施工，并对每一车混凝土进行坍落度检测；对进场钢材进行见证送检，确保工程质量达到优良。

二、施工方法及材料使用

1、建筑物定位是根据市规划局及提供的座标点放线，确定建筑物的位

置。为了保证定位正确，工地采用经纬仪放出建筑物位置和轴线、放线后

除了自行复查外，并请监理单位现场人员再进行复核，确保无误后，才进 行基础工程施工。

2、为了保证工程质量，首先必须做到材料质量符合设计要求，全部到达合格，所以工地一直坚持选用优质正品的材料，强调采购人员不得购买不合格材料，收料员不准验收不合格的材料，施工人员不得使用不合格的材料。特殊材料必须先行通过建设单位现场人员同意签认后才能购买和使用，共同把好材料质量关。整个工程所使用的水泥、钢材、砂、石、砌块，水电材料都有出厂合格证，并进场时提前送检合格后才能使用。，同时在浇混凝土前检查各种材料的质量保证资料，配合比设计报告、配料通知单和混凝土搅拌质量记录都符合要求后才允许施工。在施工过程中严格控制混凝土的坍落度以确保混凝土的施工质量。我们深有体会，严把材料质量关是保证工程质量的前提，为创建优工程提供条件与保证。

3、认真搞好框架结构，是整个工程中的关键，同时也关系建筑 物的百年大计。我工地一向重视框架工程施工，同时关键关地基的承载问题，第一是砼一定要达到设计强度，第二是控制住工程的质量通病，最重要环节要立好四角柱、控制垂直度，要测出水平点，控制楼平面，保证梁平柱直，垂直、平整度不超过允许偏差；第三杜绝孔洞、麻面现象。从模板安装，钢筋制作绑扎、灌注混凝土用量挂牌，按配合比规定各种材料标明用量，避免错乱，在捣混凝土时，指定质量员专门负责在现场监督，并按次序用振动棒或平板振动器振动，保证混凝土密实度。由于这样，这一大楼不论在混凝土强度上、外观上都满足了设计要求。

4、做好隐蔽工程的验收签证工作，凡要进行隐蔽验收的工程，都按照规定程序事先报请监理或建设单位现场人员进行验收签证手续。所有工程，钢筋绑扎安装等需要隐蔽的工程，在单项工程完成后，先进行自检，经自检合格后，提前一天通知建设单位人员、现场监理人员及有关单位人员一起检查验收，待验收合格并办理隐蔽工程签证后，才进行隐蔽下一工序施工。

三、工程质量情况

本工程一开始，甲、乙双方就明确确定为合格工程，并提出“以优良为起点，鲁班工程为目标”及“高标准，严要求、抓质量、创样板”的口号，以创鲁班工程的要求进行技术交底，挑选劳动力，安排施工，使工程能够按照样板工程的标准顺利进行。在整个施工过程中，严格执行国家施工规范和按建设单位提供的设计图纸和工程变更通知精心施工，自始至终把质量放在第一位，一手抓材料质量一手抓施工质量。在工地管理方面，建立岗位责任制，加强管理，明确责任，责任落实到每一人，提高管理人员对创鲁班工程的认识，加强他们的信心和责任心。在工程施工方面，做好安全与工程技术交底，提出了每一项工程的质量要求和操作方法，多次组织有关人员到去年被评为鲁班工程的地方参观学习，吸取创鲁班工程的经验，取人家的长处补我们的不足，一件一件学回来用在自己的工地上。在工人调配方面，挑选优秀班组到本工程施工，发现不能胜任创样板时立即调换，每一工序都安排熟练工人负责施工，不允许学徒工单独操作，并建立施工自检，质量员复检，有的工程还要建设单位现场人员进行检查验收做到层层把关，确保质量，可以说这一幢大楼的工程质量十分令人满意的。经过工地和公司技术人员自检，公司初步评定为优良等级工程。

四、创建文明施工工地

工地除了加大力度抓工程质量外，还抓文明施工，创建文明工地, 使这工程被评为优良工程的同时，被评为文明施工工地也是我司的一个目标，因此，做好文明，也是我工地的一个目标，为了使工地在文明方面达标工地作了多方面的工作。工地实现围栏标准化，现地硬底化、封闭安全美观化，场地整洁化。在施工安全上，根据工地四周的实际情况，设置安全网和搭设安全平档板。五口搭上档板，几个月的施工过程没有发生较大的工伤事故。在工地管理上，由于施工场地比较宽，着重材料有计划地堆放和防止“七害”现象在工地发生，订立宿舍管理制度，遵守管理规则，遵守新兴县有关规定办理外来人员的暂住手续，在施工中尽量减少施工噪音等等。在卫生清洁上，工地大门设置洗车槽及工地四周排水沟，使工地污水能畅通排出不留积水。严禁在施工现场大小便，每天有专人打扫卫生，保持工地四周干净，完工后清理干净场地。几个月来，在新兴县城管部门的支持和监督下，我工地管理人员的努力下，工地在文明施工方面都得到各单位好评。

保证质量的前提下及做好文明安全施工条件下，我司都能按施工计划工期完工，在工程质量、文明施工、安全生产及进度中得到建设单位的满意，证明了我司管理人员及工人对该工程发挥了充分干劲及工作务实的精神，做到了人尽其才，物尽其用，达到良好的经济效益，按期按质地完成工程施工任务。该分部工程评定合格。

安徽省工业设备安装公司

关于单层地下车库结构设计的探讨 第6篇

关键词：单层地下车库；结构设计；方案

引言

随着人们生活水平的提高， 国内家庭汽车的拥有量越来越多， 从而引发了停车难的问题。在城市地面用地越来越紧张的今天， 发展地下车库势必成为解决停车问题的一种办法。同时， 为满足小区整体规划需要， 这些地下室的顶板上往往会覆土以满足绿化、管网埋设及消防车通行等要求。其中消防车通行的需要决定了此类地下室顶板及外墙在设计中必须考虑消防车活荷载， 而一些常见情况下该值的取值在现行规范中并未明确。

1地下车库的结构方案

地下车库从使用功能上可以分为与人防结合和不与人防的类型。

1.1地下车库顶板结构的三种设计方案

①井字梁结构，此类结构要求柱网的两个方向的比值不大于2；由于井字梁可以协同工作，所以此方案较为经济。②主次梁结构：此类结构对柱距有限制，当柱距过大时，主次梁结构梁高则会过大，占用较多地下车库的净高，并不合理。

③现浇空心楼盖结构：此类结构技术设计中的实例相对少。现有地下车库柱距一般都在6 米至10 米范围内，大多数地下车库顶板均采用井字梁结构。

1.2 地下车库结构的外围墙体

一般情况下，采用钢筋混凝土挡土墙下部为条形基础结构。

1.3 当地下车库范围内的基础持力层地质

情况较为良好且无地下水时地下车库柱基础采用独立基础+防水底板的结构形式，当有地下水或者基础持力层地质情况不稳定时则需采用筏板基础、箱型基础或桩基础。

2 内力计算及内力计算中需要注意的问题

2.1 PKPM 结构设计软件参数的选取

用PKPM 结构设计软件进行地下车库结构设计时，在PKPM 参数设计中需要注意的几个问题有：第一，非人防地下车库的抗震等级一般为二级；第二，地下车库计算不考虑风荷载作用力；第三，中梁的刚度放大系数一般在1.5 至2.0 之间；第四，一般计算时只考虑双向地震作用而不考虑偶然偏心；第五，在计算结构位移时需将所有楼板假定为刚性楼板， 其余计算均不考虑刚性楼板。

2.2 挡土墙的计算

地下车库的外墙应按挡土墙进行设计。挡土墙的内力与侧向土压力、水压力、垂直荷载以及边界条件有关。当垂直荷载较大时，垂直荷载作用引起的挡土墙内力将占很大比重，垂直荷载不可忽略，不能只考虑水平荷载，这时如要取得较精确的内力，应取封闭钢架结构模型来分析。当垂直荷载较小时，可以根据边界条件作简化计算，支承条件应按相对刚度比而定。有的工程外墙配筋计算中，凡外墙带扶壁柱的，不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理，其外墙竖向受力配筋不足、扶壁柱配筋偏少、而外墙的水平分布筋则偏于保守。只有垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大时，外墙板块按双向板计算配筋外，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。挡土墙与顶板连接处，可根据顶板与挡土墙的相对刚度确定支承形式，一般情况下顶板刚度较小，可视为铰接，地板基础刚度较大，可视为固定端。竖向荷载（轴力）很小的外墙扶壁柱，其内外侧主筋也应予以适当加强。

2.3 裂缝及控制设计

设计者必须认真对待由于超长给结构带来的不利影响，当增大结构伸缩缝间距或者是不设置伸缩缝时，必须采取切实可行的措施，防止结构开裂。对于纯地下车库，上有回填土，结构受大气温差变化的影响较小，当前的设计趋势是尽量不设缝，以利于解决地下室在变形缝位置的渗漏问题。此时，需设置后浇带，后浇带应设置在结构受力较小处，一般在梁、板跨度内的三分之一处，结构弯矩和剪力均较小，后浇带间距一般为30m 到40m。但是必须指出的是，后浇带只能解决施工期间的混凝土自收缩，它不能解决由于温度变化引起的结构应力集中，更不能替代伸缩缝。

还有一个值得注意的问题就是地下车库的允许裂缝宽度。地下工程防水技术规范《GB50108—2001》第4.1.6 条规定“防水混凝土结构的裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通”。目前设计人员对当外有柔性防水层时，允许裂缝宽的的取值是0.2mm 还是0.3mm 还存在较大的争议，因为按不同值考虑对结构的用钢量影响还是很大的。有人认为0.2mm 是针对于自防水工程而言的，当外有柔性防水层时，混凝土并不是直接接触水或土壤的，故按照正常环境取值为0.3mm；也有人认为应严格执行地下工程防水技术规范关于防水混凝土的裂缝宽度要求，作为第二道防水防线，同时一旦柔性防水层破坏，要修复比较困难，所以应取0.2mm。国家规范关于最大裂缝的控制宽度标准是这样规定的：①无侵蚀介质，无防渗要求，0.3～0.4mm；②轻微侵蚀，无防渗要求，0.2～0.3mm；③严重侵蚀，有防渗要求，0.1～0.2mm。当地下水位较低，地下水主要为地表水及毛细水，防水层及混凝土结构施工质量有可靠保证。

3 地下室外墙设计分析

随着人们生活水平的提高， 国内家庭汽车的拥有量越来越多， 从而引发了停车难的问题。在城市地面用地越来越紧张的今天， 发展地下车库势必成为解决停车问题的一种办法。同时， 为满足小区整体规划需要， 这些地下室的顶板上往往会覆土以满足绿化、管网埋设及消防车通行等要求。

3.1 室外地面活荷载的选取

实际上， 在进行消防作业时， 消防车与失火建筑之间应有一定距离， 否则救火云梯无法上升至建筑物上部。一辆消防车占地面积至少为100 m2， 对于满载总重为300 kn的消防车而言， 折合荷载仅为3 kn /m2。另外， 按消防规范要求， 当室外消防车通道距离主楼外墙不小于5 m 时， 消防车荷载对地下室外墙内力的影响非常小， 可忽略不计。如此看来， 考虑消防车荷载或大于消防车的可能荷载， 室外地面活荷载按5 kn /m2 考虑是足够安全的。

3.2 配筋设计

本工程地下室除了与框架柱整体浇筑的外墙板按双向板计算配筋外， 其余的外墙均按单向板计算配筋。外墙水平荷载按下大上小梯形分布考虑， 如有地下水， 应计入水的侧压力， 此时土的容重按浮容重考虑。按双向板计算时， 可假设板上端简支， 下端及左右两边固定； 框架柱内外侧配筋计算时应计入双向板左右端所传递的荷载。按单向板计算时， 可假设上端简支， 下端固定； 墙体水平分布钢筋按构造配置即可。外墙迎水面保护层厚度应不小于50 mm， 验算裂缝宽度应不大于0. 2 mm。对于部分计算高度较大的外墙， 设计采用墙底加腋的措施， 使墙体厚度及配筋大为减小。

4 结束语

随着我国经济的快速持续发展，我国的地下车库的数量和规模不断得到扩大和增加，但是综合来看，我国的单层地下车库的设计工作仍然存在着诸多的不足。笔者衷心希望，以上关于对我国单层地下车库的结构设计可以被相关负责人合理的吸收和采纳，进而提高我国的单层地下车库的设计水平。

参考文献

[1]魏丽.单层地下车库结构设计探讨[J].中国新技术新产品，2011，08：170.

[2]刘国龙.下水位较高时地下车库结构设计刍议[J].甘肃科技，2011，17：147-148+183.

[3]黄林伟，杨桦，吴宝杰.某单层地下车库开裂、渗水原因分析[J].浙江建筑，2012，06：34-36.

地下结构的抗震特性 第7篇

近年来, 地下结构在能源、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面得到广泛的应用。随着工农业生产的发展和城市化程度的不断提高, 地下结构的重要性也日益明显。1995年神户地震首次使地铁车站和区间隧道遭受严重破坏, 其中大开站最为严重, 中柱一半以上完全坍塌, 随之导致顶板破坏和上覆土层的沉降, 最大沉降量达2.5m之多。这次破坏使人们更加认识到, 必须加强对地下结构抗震性能的研究。

目前的抗震设计研究绝大部分集中在地面建筑, 对地下铁道抗震设计尚无具体的规定, 一方面原因就是地面结构与地下结构对地震反应有不同的特点。

(1) 地震发生时, 地震波的入射方向、波速、地震的类型对地下结构和地上结构有不同的影响, 而地下结构对地震波的入射方向十分敏感, 入射方向的微小变化可能导致地下结构各部分的应力和变形有明显的改变。

(2) 对地面结构来说, 地震加速度是影响结构动力反应大小的一个重要因素, 而地下结构在振动中主要应变一般与地震加速度大小的联系不很明显。

(3) 地下铁道区间与围岩的软硬程度有很大的关系, 硬岩隧道不容易破坏, 而有软弱围岩的地下结构更容易破坏, 而结构自振频率对结构的反应不明显。而对地上结构来说, 自振特性是抗震分析的重要方面。

可以这么说, 地下结构与地面结构的振动特性有很大的不同:

(1) 地下结构的振动变形由周围地基土壤的约束作用所控制, 结构的动力特性反应一般不明显由自生振动特性的影响;

(2) 地下结构的与周围地基震动具有同一性, 因此对周围地基震动的影响一般很小, 但特指地下结构的尺寸相对于地震波长的比例较小的情况;

(3) 地下的振动形态更多的受地震波入射方向的影响很大, 地震波的入射方向发生不大的变化, 地下结构各点的变形和应力可以发生较大的变化;

(4) 地下结构在地震作用中各点的相位差十分明显, 地面结构各点在振动中的相位差不是很明显;

(5) 地下结构在地震作用中的应变一般与地震加速度的大小联系不明显;

(6) 地下结构的抗震特性与埋深的关系不大;

(7) 地下结构和地面结构分别在地震作用下和地基的相互作用都对它们的动力反应产生重要影响, 但影响的方式和程度各不相同, 这点要特别注意。

2 国内外各种地下隧道结构的抗震分析方法

理论分析的主要基础是波动理论和有限元方法。地下隧道结构的震害、动力反应及结构自身特点决定了其抗震分析方法的特点。对地下隧道结构, 其抗震设计方法会因不同的施工工艺而有所不同, 但综合来看其响应分析的研究方法大致可分为两大类:一类为波动法, 它以求解波动方程为基础, 将地下结构视为无限线弹性 (或弹塑性) 介质中孔洞的加固区, 将整个系统作为对象进行分析, 求解其波动场和应力场;另一类为相互作用法, 这是以求解结构运动方程为基础, 将土介质的作用等效为弹簧和阻尼。这两种方法各有特点, 其要点如下:

(1) 波动解法

该法按波动方程来求解地下结构及其周围介质这一整体的波动场与应力场, 忽略了土体与结构间的相互作用情况, 认为地下结构的存在对该处的波动场没有影响, 在采用该法设计时, 可以将所求得的该处土体的波动变位直接加在结构上来求解结构的响应。

(2) 解析解

由于地下结构地震动问题的复杂性, 对大多数情况都无法获得解析解, 以下介绍一种拟弹性解析解。该解法中假定地震波的波动场是平面波, 其振幅在沿隧道轴向的场地中都是相同的, 所不同仅在于到达时间的不同 (即考虑行波效应) , 而忽略了波的散射及波的三维传播影响。

(3) 数值解

对大多数较复杂情况我们就不得不借助于数值解。对简化为一维情况的解已有许多程序可用, 如基于波的一维传播

理论的FLUSH (Lysmer等, 1975) 、LINOS (Bardet等, 1991) 。Navarro (1992) 编写了可用于计算体波和表面波作用下场地土的变形与应力的计算程序。

(4) 反应变位法

20世纪七十年代日本学者在地震观测中发现:地下结构地震中支配其地震响应的控制因素是场地位移, 略去结构本身的惯性力和阻尼效应对计算结果的影响很小。基于此提出了地下线状结构物的抗震设计方法———反应位移法。其基本原理就是用弹性地基梁来模拟地下线状结构物, 将地震时地基的位移当作已知条件作用在弹性地基梁上, 以求解梁响应, 从而计算结构的地震反应。

(5) 围岩应变传递法

围岩应变一般假定为无洞穴岩体中洞穴中心位置的应变。对隧洞轴向的应变和应变传递率仍可采用上一节的计算模型进行分析, 其重点仍是地基抗力系数的确定。

(6) 地基抗力系数法

这是将相互作用的计算模型应用于地下隧道结构横断面地震反应分析的一种方法。周围岩土介质的作用以压缩和剪切弹簧进行模拟, 结构用梁单元进行模拟。该法包括三个基本步骤:围岩介质弹簧常数计算;围岩地震变位计算;结构地震反应计算。

(7) 福季耶娃法

由前苏联学者福季耶娃认为对于波长大于隧道洞径3倍的P波及S波, 只要隧道埋深大于洞径3倍, 长度大于洞径5倍, 就可将地震反应的动力学问题用围岩在无穷远处承受一定荷载的弹性力学的平面问题的方法解答。若假定围岩介质属线弹性体, 则地震作用时引起隧道围岩的应力及衬砌内力的计算, 可归结为有加固孔口周围应力集中的线弹性理论动力学问题的求解。这是一种拟静力方法。

(8) 动力有限元法

上述几种地下结构抗震解析方法都是拟静力的分析方法。大都是粗略和近似的, 往往将问题过于简, 无法满足对结构在地震荷载下的动态响应特性进行深入研究, 或是进行某些特殊情况或特殊部位抗震分析的需要。这就需要应用动力有限元法。原则上它可以实用于各种复杂形状的连续体问题, 能较好的反映各种复杂的材料特性。其分析步骤主要有:几何、材料和荷载的理想化;刚度、质量和阻尼矩阵的形成;建立运动方程并求解。在地下隧道地震响应的动力有限元分析中, 常假设在隧道下方存在一个基岩面, 将地震加速度沿此基岩激振。该法由于其所具有的强大适应能力, 已成为地下隧道结构动力响应求解的有力工具。

3 结束语

上述的几种国内外的地下结构抗震分析的方法, 在一定程度上反映了目前地下结构抗震理论的发展水平。但是, 有的方法应用范围很窄, 并且都是有一定假设条件, 或多或少都是粗略的和近似的。一方面它们将不规则的地震波视为按同一周期和同一方向传播的波, 这似乎使问题的解决过于简单化;另一方面, 将地基变形作为输入的地下结构反应解, 是一个并未考虑衰减的静力解。然而, 实际上的地基变形是随时间而变化的, 应当考虑动力输入的影响。因此, 要准确地反映地下结构的动力特性, 只有采用数值计算方法, 如有限元法等, 才能更全面、更真实地再现地下结构在地震荷载下的动态特性。S

参考文献

[1]季倩倩, 等.地下铁道震害与震后修复措施[J].灾害学, 2001, 16 (2) .

[2]张玉娥, 等.地铁区间隧道震害特点、震害分析方法及减震措施的探讨[J].振动与冲击, 2003, 22 (1) .

[3]林皋.地下结构抗震分析综述 (上) 、 (下) [J].世界地震工程, 1993 (2, 3) .

地下人防工程结构设计 第8篇

一、人防结构的设计特点

建筑使用功能为平战结合, 因此, 人防工程上作用的荷载, 平时正常使用时以静荷载为主, 战时爆炸冲击波产生的动荷载成为人防工程的主要荷载。因此, 人防工程结构设计, 除了要满足一般的使用要求以外, 同时还要满足战时能够承受规定爆炸荷载的效应组合要求。钢筋混凝土结构构件可按弹塑性工作阶段进行设计。由于构件在塑性阶段工作可比仅在弹性阶段工作吸收更多的能量, 因此可以充分发挥材料潜力。由于人防工程防护设计是将动荷载等效为静荷载进行分析, 与此相适应的是, 人防工程的结构材料承载能力是按静载试验取得的, 这些材料的强度在用于人防工程设计时, 要将材料在动载下的强度提高因素考虑进去。因此, 人防工程设计时的材料强度要用动荷载强度增强系数来进行调整后方可用于结构设计。这是人防工程结构设计的一个重要特点。

二、人防地下室设计的一般原则

(一) 平时战时两种情况均要计算, 取控制条件。

(二) 在武器爆炸动荷载作用下, 结构构件振型与相应静荷载作用下挠度曲线很接近, 破坏规律与相应静荷载作用下基本相同, 所以在动力分析时可将构件简化为单自由度体系采用等效静荷载法, 这样可以简化设计同时能满足战时防护要求的计算精度。

(三) 只进行强度的验算, 由于在核爆炸动荷载作用下, 结构构件变形极限已用允许延性比控制, 且在确定各种构件允许延性比时, 已考虑了对变形的限制, 因而在结构设计中, 不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。

(四) 试验证明在武器爆炸动荷载作用下不论是整体基础还是单独基础, 均未发现地基有滑动或剪切破坏的情况, 所以不需要验算地基承载力和变形。

(五) 只考虑一次核袭击。

(六) 注意各部件的协调, 以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏, 失去整个防护建筑的作用。

三、人防工程的结构设计

人防工程的建筑设计主要是总体方案的合理设计, 包括人防分区的合理划分和人防口部的合理布置, 灵活性比较大, 而人防结构设计则灵活性较小, 关键是计算准确、构造合理, 是人防工程设计中的主要计算部分。

(一) 人防平面结构构件的布置、标注、定位

人防平面结构构件的布置主要是将建筑平面人防信息用结构方式表达, 根据功能利用线型填充分出人防区和非人防区, 分出人防外墙、人防临空墙、人防隔墙、人防门框墙;然后标注各种墙体的编号和门框墙的编号、门洞尺寸、荷载类型, 以便下一步计算和编制配筋表;最后定位墙体厚度和门框墙的尺寸。

(二) 人防工程等效静荷载的设计

人防工程设计的核心问题, 是人防工程结构内力的计算方法和构件截面的设计方法。人防工程设计从程序上看, 大体可以分成三个层次:结构方案、内力分析、截面设计。其中的内力分析是人防工程结构设计, 与一般建筑结构设计有较大的区别, 而截面设计则与一般建筑结构设计方法基本相同。进行人防工程的结构分析, 首先要根据建设单位的设计委托书中确定的工程的抗力等级, 由此明确工程的防护要求。防护等级确定后, 即可根据有关的规范来确定人防工程的各种荷载作用数值。

人防工程的荷载平时以静载为主, 战时以动荷为主, 这种动荷载是冲击荷载。那么人防工程的荷载是如何选用的呢?动荷载又是如何作用于结构上的呢, 解决这一问题的思路是, 把爆炸动荷载转化为等效的静荷载, 然后根据荷载组合情况, 按照一般静力结构力学的方法求出结构的设计内力。一般结构进行内力分析的方法是对结构从整体上进行分析, 从整体结构到具体构件, 而人防工程的内力分析是先将结构分解成为独立的构件, 每种独立的构件分别按照不同的防护要求和防护等级, 计算其等效静荷载, 每种构件所受的荷载不再向其它构件传递。

等效静载法原则上只适用于单个构件。实际人防工程结构是由顶板、梁、外墙、柱等构件组成的多构件体系。用等效静载法设计时, 一般将结构分解成独立的构件, 求出各自的等效静载后, 将复杂结构简化为基本结构或构件, 即可按静力荷载作用下结构内力计算结构的内力。

这样一来, 人防工程的顶板设计时, 不再考虑其它构件对顶板的影响, 设计外墙时, 不再考虑其它构件对外墙的影响。计算底板时, 也不再考虑其它构件对底板的影响。另外, 内部承重墙柱设计时也不再考虑所有其它构件的影响。

爆炸动荷载可以简化为等效的静荷载的原因, 在于在爆炸荷载对于不同的工程部位并非同时达到荷载的最大值, 因此可以不必把整个结构作为一个整体进行结构整体分析, 而是独立地分别按照荷载的最大值分别设计计算各个构件。这是人防工程结构内力计算的基本特点。

(三) 人防结构构件的构造要求

人防结构构件的计算很重要, 同时构造要求也很重要, 特别是不同于非人防部分的构造要求, 主要注意以下几点:

1.混凝土等级, 抗渗等级;

2.构件厚度的最小要求, 特别应注意的是人防顶板上面层小于100 mm厚时, 板厚最小250 mm厚;人防密闭通道的密闭隔墙最小200 mm厚;人防连通口处双侧防护密闭门门框墙500 mm厚;悬板活门门框墙的厚度;

3.混凝土保护层的厚度;

4.人防设计中纵向受力钢筋的锚固长度和搭接长度;

5.人防结构构件受力钢筋的最小和最大配筋率;

6.混凝土板、墙、门框墙中应设置梅花形拉结钢筋;

7.门洞四角内外侧应布置斜向角筋;

8.人防口部等处的集水坑应考虑人防构造设计。

(四) 孔口防护和平战转换设计

人防地下室孔口防护的设计和平战转换设计也是一项重要内容。孔口防护包含三部分的设计内容:

1.防护密闭门与消波系统的设计;

2.出入口通道内临空墙与门框墙的设计;

3.孔口其他构件, 如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计, 临空墙、相邻单元之间的隔墙已在上节中谈到了荷载的确定, 设计人员可按一般墙体的计算模式, 考虑人防设计的特点计算出内力和配筋。而门框墙的设计一般按悬臂梁计算, 但需注意的是因平常使用时需要的出入口通道均较宽, 而战时又相应较窄, 这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长, 使水平筋过大, 这种情况下可考虑在不影响功能使用的前提下, 加设柱、梁改变门框墙的受力形式, 得到较为经济的设计效果。在常规武器爆炸动荷载作用下风井的设计只计算土中压缩波的压力。开敞式通道不考虑常规爆炸动荷载作用。甲类人防地下室室外开敞式防倒塌棚架考虑承受空气冲击波动压产生的水平等效静荷载标准值和由房屋倒塌产生的垂直等效静荷载标准值, 但两者应按不同时作用计算。

平战转换设计是深入贯彻“平战结合”建设方针的一个重要环节, 由于人防地下室需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍, 而且密闭要求很高, 所以在设计中应尽量减小结构跨度, 减少并缩小直通大气的各种孔口, 而这种处理原则恰为平时使用造成诸多困难, 规范对此点作了规定乙类人防地下室和核5级、核6级、核6B级的甲类人防地下室, 当其平时使用要求与战时防护要求不一致时, 设计可采取防护功能平战转换措施。

四、结语

谈地下结构的震害特点 第9篇

地下结构的概念是在不影响上层结构正常工作的前提下, 在低于地表的空间内进行建筑构筑物的建造形成的结构。

1 地下结构的分类

地下结构的分类是根据建筑的不同用途进行划分的, 有如下具体的类型[1]:

1) 用于国防:弹药库、通讯枢纽以及舰艇库等;

2) 用于人防:医院地下防空地下室、指挥所等结构;

3) 用于地下市政:废物处理中心、线路以及管道等结构;

4) 用于地下民用与公共建筑:大型商场的地下超市以及游乐场所;

5) 用于地下工厂:重工业的地下厂房、轻工业的地下厂房;

6) 用于地下仓库:地下车库以及冰库;

7) 用于矿山巷道:矿山的地下通道;

8) 用于水工隧道:水力发电的各种疏水隧道;

9) 用于交通隧道:城市各种地下通道以及地铁通道。

2 地下结构型式介绍

不同型式的地下结构的用途不同, 而且根据不同的地势结构以及施工等特点也是不同的, 常见的型式结构列表见表1[2]。

3 地下结构的特点

地下建筑结构作为地下结构的一种, 具有一定的功能性, 即满足一定需求功能的地下结构称为地下建筑结构, 根据我们生活的环境以及需求, 地下建筑结构具有自身的一些特点, 其不同于地上建筑结构:自卫能力较强:由于地下结构大部分采用自然界的岩石作为防护层, 因而相比于人造石而言, 性能更加优良, 对于一些大破坏能力的武器来说具有更强的抵抗能力, 在不可避免的自然灾害面前也有更好的防护能力, 此外地下结构自然而然形成的防护层更可以很好的进行结构的防护, 可以防止一些污染物质污染, 所以人类用地下建筑结构来储存一些不方便地上结构存储的物质, 比如汽油以及弹药, 此外将危险的建筑构件如核电站等建筑安排在地下结构中是比较安全的, 造成的后期危害也有所减弱[5,6,7];排外性较强:自然物质的特点使得外层保护物质具有更好的热稳定性以及密闭性, 常年地下结构整个密闭空间是常温状态, 不易于被外部环境所影响, 可以有利于物质的存储, 在大部分的农村, 常见的地下密闭空间, 农民经常用来存储粮食, 可以防止食物腐烂, 地下结构的有效利用可以使得人类的生活更加的幸福;受地质结构的影响比较大:虽说地下结构具有很多优秀的特点, 但是同样存在着缺点, 其中一点就是受地质条件影响较大, 母体发生较大的变化同样影响着母体的外层结构, 影响着地下结构的构件的性能, 在一些地质结构存在明显缺陷的地方, 不宜建筑较大面积的构筑物, 同样净高和跨度的选择也尽量不要太大, 以防发生较大的人身事故, 因此在进行地下结构的设计时, 第一步应该是收集有关建筑选址的地质资料, 在地质资料的基础上进行地质勘查, 在得出可靠结论时, 再根据资料进行设计以及选择合理的结构。

此外洞室的稳定性也与地下岩石结构的稳定性以及压力作用和地下建筑的跨度密切相关, 不宜在岩石结构不稳定、压力作用比较大的地址进行较大跨度建筑物的构造, 或者可以进行小房间设计, 不宜采用框架结构[8,9,10,11]。

地下建筑建成后, 由于地表结构的覆盖作用使得其照明条件不是很好, 因此在地下建筑结构中最重要的一项就是电的设计以及走线, 而且人类可以在地球生存有一特别的因素就是氧气, 地下建筑的氧含量是有限的, 必须与上层空间有连接, 保证人类正常需要的氧含量, 其他因素如防潮、噪声以及排水问题在地下建筑结构中也要特别说明, 地下建筑结构虽然可以保持常温, 但是长期处于地下结构的人类会产生湿气, 需要排除, 否则会影响健康的生长, 这些特殊的原因使得地下结构相比于建筑结构有其自身的特殊性。

地下结构具有较好的隔音效果以及声音的传递经常受到限制, 要求结构设计人员在地下结构设计时需要进行必要的声学处理。

施工条件的特殊性:一般常规建筑使用的是四面围堵的方式进行建筑和构造, 但是地下结构却是采用挖土的方式进行空间的构造, 因此在施工时, 正确处理好土石量的排放以及堆放问题, 在有限的空间内如何充分利用也是施工的限制条件, 而且土方开挖采用的机械设备也应该区别于地上结构。

4 震害特性

论文上半部分介绍过由于地下结构采用的是自然界的原材料, 具有较好的抗震性能, 经实践理论分析研究, 同等地质条件下, 跨度低于5 m的地下结构的抗震设防烈度要比地上结构高2度~3度, 跨度较大的地下结构的抗震设防烈度要比地上结构高1度~2度。相比而言地下结构具有较好的抗震性能, 但是大的地震作用发生时, 地下结构同样存在着震害问题, 同样需要引起设计人员的关注, 18世纪美国发生过较大的地震, 导致地下的输水管道出现破裂, 不能正常运行;同类型的事件日本也发生过。我国在唐山大地震中, 人防结构的建筑发生较大的破坏, 局部建筑结构遭受较大的破坏。

通过大量的数据以及地震发生时, 地下结构表现出来的特性列举如下:

1) 同种地震作用下, 同地质的地下结构的震害小于地上结构;

2) 不同地下结构的破坏一般是越接近地表的结构破坏越严重;

3) 土中结构和岩石结构相比, 岩石结构具有更好的抗震性能;

4) 地下隧道中, 可以通过提高衬砌和岩石的整体稳定性来提高地下隧道的抗震破坏能力;

5) 地下结构破坏的主要因素是强震持时;

6) 地下隧道出入口是震害较严重的部分, 应该加强设计以及结构的稳定性。

5 地震反应时的特点

1) 振动变形受周围地基土壤的影响较严重, 自振特性表现不突出, 这跟地面结构有很大的不同, 地上结构显示出明显的自振特性;2) 地下结构的相位在不同的振动点差别较大;3) 地震波入射方向的振动形态有较大的影响, 即使地震波入射方向不发生较大的变化, 但是振动形态具有较大的变化;4) 地震加速度对于地下结构的主要应变影响不大, 但是周围岩土介质受影响比较大。

6 结语

地面结构的抗震性能低于地下结构, 但是地下结构震害的发生也是不容乐观的, 地下结构震害发生会波及其周边的结构, 而且由于自身结构地理位置的不同使得其修复相比于地面结构的难度更大, 代价更高。现在地下结构用处最多的就是地下交通, 一旦发生震害将造成巨大的影响, 因此研究地下结构的抗震性能是很有必要的。

摘要：基于地下结构的概念, 介绍了地下结构的类型及形式, 针对地下结构的特点, 分析了地下结构的震害特性与地震反应时的特征, 指出地下结构震害发生会波及其周边结构, 且修复比地面结构难度大, 因此研究地下结构的抗震性能很有必要。

地下车库结构防水设计与施工 第10篇

随着房地产开发建设飞速发展,高档住宅小区如雨后春笋般涌现,地下车库作为必不可少的配套设施,其防水技术已成为工程界十分关注的问题。大量工程实践证明,一个地下车库项目的成败,在很大程度上取决于地下水治理的效果如何。地下车库防水性能不好,将会带来一系列问题:如直接影响人们正常的工作和生活;使建筑物内部装修和设备加快锈蚀等,若使用机械排除内部渗漏水,需要耗费大量能源和经费,而且大量的排水还可能引起地面和地面建筑物不均匀沉降和破坏。就目前地下车库渗漏水病害现状,主要应从设计、施工和材料等几方面找原因,本文从结构设计与施工方面,对地下车库结构防水设计与施工提出一些建议。

1 合理确定地下车库的防水等级

合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提,也是进行防水设计的准则和依据。地下车库的防水等级确实过低,轻者会影响整个工程的正常使用,重者则使整个防水设计失败,造成地下车库的报废。而防水等级确定过高,又会造成不必要的浪费,得不偿失。规范规定的防水等级划分为四级,除一级外,其他各级都给出了定量指标。定量指标不仅规定了整个工程的量值,也规定了工程任一局部的量值修订上述标准的主要依据,在设计时,可根据规定的定量指标,结合工程的实际情况合理确定地下车库的防水等级。如按平战结合的原则,有的地下车库兼作人防工程中的战时人员掩蔽所,而人员掩蔽工程属重要的战备工程,应定为二级。只有合理确定地下车库防水等级,才能准确制定防水方案,做到有的放矢。

2 选用合理的结构形式和构造节点

2.1 选用合理的结构形式

结构自防水(含外加剂)为主的防水主导思想在《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)中得到了充分体现,结构自防水法是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度,提高结构本身的抗渗性能,通常被称为刚性防水。它要求结构本身必须具备一定的刚度,而合理的结构形式恰恰是提高结构整体刚度的关键。因此,设计中在结构选型方面,应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定,能方的不长、能整的不散,避免结构突变(或断面突变),尽量使结构选型规则、整齐,借以提升结构的整体刚度,减少裂缝开展及变形缝的设置。

2.2 构造节点设计

变形缝、施工缝和其他(例如穿墙孔、阴角部位等)构造节点的设计在地下车库防水设计中占有重要的位置,同时也是防水薄弱环节,在设计中应尽量不设或少设。

(1)长期以来就有“十缝九漏”的说法,虽然有些夸张,却也充分暴露出变形缝防水存在的问题。解决这一问题,除了解决变形缝的防水问题外,尽量减少变形缝的设置也是减少这一现象的有效途径。变形缝的渗漏问题是地下车库的通病之一,已越来越受到工程界的重视,解决好它们的防水设计是铲除这一病害的根本。十缝九漏,究其原因,除变形缝防水施工难度较大外,防水设计中的单一防线也是原因之一,这就要求工程设计人员在变形缝的防水处理上加强重视,变单一式的防水设计为复合式防水设计。目前,应用最广的复合式防水设计有中埋式止水带与外贴防水层复合使用;中埋式止水带与遇水膨胀橡胶条、嵌缝材料复合使用;中埋式止水带与可卸式止水带复合使用。

(2)关于施工缝的防水设计,传统的凹缝、凸缝、阶梯缝、钢板(橡胶)止水带,其原理都是延长渗水线路,等于加大了混凝土的厚度。这一原理除本身不完善外,施工起来也不好处理,因此不再提倡单独使用。建议采用外贴式止水带与中埋钢板(橡胶)复合使用,其中以遇水膨胀胶条或腻子条与中埋钢板(橡胶)复合使用最佳,但在防护结构中宜采用钢板,以确保工程的防护效果。

(3)穿墙管、线、螺栓宜采用止水环与遇水膨胀腻子条复合使用,且应采取防止转动的措施,如将止水环平面外形改为非圆形。

总之,构造节点的防水设计应避免单一式,尽量采用复合式防水设计,对于施工缝、后浇带、变形缝,应根据不同防水等级选用不同的防水措施。防水等级越高,拟采用的措施越多,一方面是为了解决目前缝隙渗漏率高的状况,另一方面是由于缝的工程量相对于结构主体来说要小得多,采用多种措施也能做到精心施工,容易保证工程质量。

3 主体结构的设计

在地下车库防水设计中,合理的设计及材料选用,对减少和控制混凝土裂缝的开展至关重要。

3.1 主体结构材料强度设计

地下车库特别是兼做人防工程的地下车库,其顶、底板多为大体积混凝土。混凝土设计强度越高,水泥用量就越大,必然造成混凝土水化热过高,当混凝土内外温差超过30 ℃时,温度应力容易超过混凝土的抗拉强度,产生开裂。因此,大体积混凝土强度等级宜在C20～C35范围内选用,兼做人防工程时可适当提高,但应控制在C40左右,避免设计上“强度越高越好”的错误观念。在混凝土的材料选择方面,水泥应优先采用水化热低的矿渣水泥配置大体积混凝土,用量控制在380 kg/m3以内;采用5 mm～40 mm颗粒级配的石子和中、粗砂,控制含泥量小于1.5%;且配置的混凝土抗渗等级应在P6以上。

3.2 钢筋布置

由于地下工程多为双向双面配筋,除满足结构应力外,还承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝的开展。因此,上下钢筋的布置应尽可能采用小直径、小间距。普通地下车库主筋采用直径14 mm～ 20 mm的钢筋和100 mm～150 mm间距比较合适,构造筋直径宜为10 mm～14 mm,间距100 mm～150 mm,作为人防地下室时钢筋直径可适当提高。由于人防地下室需要设置大量的拉结筋钢筋,如果不能很好地控制其保护层厚度,势必形成一定数量的渗水通道。这就要求在设置拉接筋时,采用“梅花形”布置、尽量少而精(用ϕ6或ϕ8钢筋);双面配筋要采用统一的模数确定钢筋间距,保证双面钢筋交叉点连线垂直于钢筋网;尽量在拉结筋中间焊接止水环;必须严格保证混凝土迎水面50 mm的钢筋保护层厚度。

3.3 严格控制混凝土中的碱含量

混凝土碱集料反应,是指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂石)中的碱活性矿物成分在混凝土固化后缓慢发生化学反应,产生的胶凝物质因吸收水份后发生膨胀,最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。混凝土碱含量是指来自水泥、化学外加剂和矿粉掺合料中游离钾、钠离子量之和。碱活性集料配制混凝土,其混凝土含碱量不超过3 kg / m3。地下室工程用混凝土,应当首先考虑使用B种低碱活性集料以及优选低碱水泥(碱含当量0.6%以下)、掺加矿粉掺合料及低碱、无碱外加剂。

3.4 根据使用要求掺入钢纤维或合成纤维

防水混凝土要起到防水作用,除混凝土本身具有较高的密实性、抗渗性以外,还要求混凝土施工完后不开裂,特别是不能产生贯穿裂缝。为防止或减少混凝土裂缝的产生,在配制混凝土时,加入一定量的钢纤维或合成纤维,可有效提高混凝土的抗裂性,对控制混凝土裂缝的开展效果更佳,近年来的工程实践已证明了这一点。

3.5 使用水泥基渗透结晶型防水材料

水泥基渗透结晶型防水材料是以普通硅酸盐水泥、石英砂等为基材,掺人特殊的活性化学物质(一种催化剂)制成的一种粉状材料。

根据分析,硬化后的混凝土,由晶体、胶体、未完全水化的水泥颗粒、游离水分及气孔组成不均质的结构体。水泥在水化反应过程中,有1/3的水泥水化反应了,有1/3是半水化状态,有1/3完全没有水化。水泥基渗透结晶型材料的催化剂,利用混凝土结构的多孔性,以水作为载体进入(渗入)混凝土结构里,遇水就促使尚未完全水化的水泥继续进行水化反应。催化剂是一种钙的络合物,颗粒非常细小,它在较低的浓度下(0.01ppm)即可起作用。Ca络合物中的钙阳离子(Ca2+)与混凝土中的(SiO2-)阴离子结合生成不溶于水的CaSiO3(nH2O)存在于混凝土的空隙中。分解出Ca2+之后的络合物,剩下的(CAT-L)负离子再次扩散到Ca(OH)2形成的高浓度Ca2+离子区,再次发生反应又形成Ca的络合物,如此循环、反应、增生CaSiO3(nH2O)的结晶体。这些催化剂渗入到混凝土的内部产生的结晶与混凝土结合形成一个整体,因此提高了混凝土结构的密实度和强度。它和混凝土的膨胀系数是一致的,不易产生裂缝,产生裂缝又可以自愈,所以能承受强水压,它的防水作用是永久的。同时,它不阻挡混凝土的呼吸。

水泥基渗透结晶型防水材料适宜在潮湿的基面上施工。催化剂在潮湿的基面上,利用混凝土结构的多孔性,通过毛细管现象,并运用它的“亲水性”本领,以水作载体渗入到混凝土结构里,一直到达混凝土内有裂缝和渗漏的地方。在那里遇水后,促使水和尚未水化的水泥继续水化反应产生结晶,修复混凝土的缺陷和裂缝,从而把水堵住,达到防水的目的,提高混凝土的自防水能力。

因为它有以上的特点,所以无论在迎水面或背水面施工,只要有一个能使催化剂可以渗透的环境和机会,它就可以发挥它的防水功能。因此,它是一种在背水面施工极好的材料。

4 后浇带、施工缝、变形缝施工质量控制

设置后浇带是目前工程中常用的施工手段之一。后浇带能有效地分化大面积混凝土的收缩应力,减少混凝土裂缝的产生,从而保证地下车库底板、外墙的抗渗能力。但若施工措施不当,施工质量则很难保证,后浇带也人成为地下车库结构的薄弱带、渗漏的薄弱带。因此,应合理设计后浇带排渣、清淤通道,彻底清除后浇带中的混凝土溢流物,在达到后浇期龄时,及时安排浇筑混凝土并加强养护,确保后浇带施工质量。

施工缝的留置应依据规范合理选定,应尽量与后浇带重合。变形缝是地下车库的施工难点,务必按设计要求严格施工。后浇带、施工缝、变形缝在隐蔽验收时,应摄取影像资料,使存在的问题不易被掩盖。在编制施工方案、监理细则时,应具体明确拍照部位,图像应重点反映相关部位的清理、安装情况,有效地制约人为因素的忽视,督促保证质量。

5 结语

地下车库防水是多方面的,它需要从设计、材料的选用到施工各工种的密切配合,在结构防水设计与施工中应注意以下几个问题。

(1)合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提,也是进行防水设计的准则和依据。

(2)选择规整的结构形式,做好构造节点的防水设计。

(3)优先采用水化热低的矿渣水泥配置大体积混凝土。

(4)严格控制混凝土中的碱含量。

(5)根据使用要求掺人钢纤维或合成纤维,使用水泥基渗透结晶型防水材料。

(6)混凝土配合比设计,除满足设计强度等级,还应达到《混凝土外加剂应用技术规范》中对补偿收缩混凝土限制膨胀率的规定。鉴于膨胀剂与水泥、化学外加剂及掺和料存在适应性问题,应通过混凝土试配优选,以确定用何种水泥及外加剂。

(7)掺膨胀剂的混凝土要特别加强保温、保湿、养护,补偿收缩混凝土浇筑后1 d～7 d内应特别加强养护(有条件时应采用蓄水养护),7 d～15 d仍需湿养护,模板拆除时间宜不少于7 d,模板拆除后继续养护至15 d。

(8)严格控制后浇带、施工缝、变形缝的施工质量。

摘要：地下车库防水需要从设计、材料的选用到施工各方面的密切配合,应从结构设计方面合理确定防水等级,选用合理结构形式,做好构造节点的防水设计、主体结构设计及钢筋布置,并严格控制后浇带、施工缝、变形缝的施工质量。提出在结构自防水设计与施工中应注意的几个问题。

关键词：地下车库,结构防水,设计,施工

参考文献

[1]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[2]GB50108-2001,地下工程防水技术规范[S].

[3]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,997.

[4]建筑施工手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

防空地下室的一般结构设计要求 第11篇

关键词 防空地下室；结构选型

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0147-01

1 防空地下室的结构选型

1）防空地下室结构的选型，应根据防护要求，平时和战时使用要求，上部建筑结构类型，工程地质水文条件以及材料供应和施工条件等因素综合分析确定。2）防空地下室的结构类别一般可分为钢筋混凝土结构和砌体结构两种，应优先采用钢筋混凝土结构。当上部建筑为砌体结构，防空地下室抗力级别较低（一般核6级，常6级及以下）时，防空地下室可采用砌体结构。3）砌体结构通常有两种情况：一种外墙，内墙均采用砌体；另一种外墙采用钢筋混凝土，内墙采用砌体。对上述两种情况，由防护密闭门至密闭门的防护密闭段，均应采用整体现浇钢筋混凝土结构。当地下水位埋深位于基础以上或有盐碱腐蚀时，外墙宜采用钢筋混凝土结构。当防空地下室顶板底面高于室外地面时，外墙应采用钢筋混凝土结构。4）防空地下室钢筋混凝土结构体系常采用梁板结构，现浇空心楼盖结构，不得采用无粘接预应力混凝土结构。5）目前在防空地下室中采用的预制装配式构件有叠合板，钢管混凝土及螺旋筋套管混凝土柱等。其他预制装配式构件，如有充分试验依据，也可逐步用于防空地下室。

2 防空地下室基础选型

1）防空地下室基础的选型，应根据工程地质和水文地质条件，平时和战时使用要求，上部建筑结构要求以及材料供应和施工条件等因素综合考虑确定。2）建筑工程中常见的基础类型，如筏板基础（有梁或无梁），箱型基础，桩基础，刚性条形基础，扩展条形基础，独立柱基础等，均可用于防空地下室。当采用条形基础或独立柱基础，且地下水位埋深位于基础以上时，应设置钢筋混凝土防水底板，防水底板应考虑等效静荷载作用。3）防空地下室结构在有武器爆炸的动荷载作用下，对基础强度的验算包括弯，剪及冲切力的验算都是十分必要的，其中地基的承载力和地基基础的变形可不进行验算。基础的平面尺寸可根据平时荷载作用计算确定，武器爆炸动荷载作用下可不进行基础尺寸的验算。

3 防空地下室结构布置

防空地下室结构设计使用年限应按50年采用。当上部建筑结构的设计使用年限大于50年时，防空地下室的设计使用年限应与上部建筑结构相同。

4 结构重要性系数

在战时荷载组合作用下，结构的重要性已完全体现在抗力级别上，因此当采用极限状态设计表达式进行防空地下室结构承载力设计时，结构重要性系数γ均取1.0.当防空地下室结构按平时荷载组合作用进行承载力验算时，结构重要性系数γ应按建筑结构安全等级或设计使用年限取值。

5 防空地下室结构设计动荷载

甲类防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的分别作用，乙类防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载的作用。对常规武器爆炸动荷载与核武器爆炸动荷载，结构设计时均按一次作用。

此外防空地下室内部的墙，柱等构件则间接承受围护结构及上部结构传来的武器爆炸动荷载作用。

6 钢筋混凝土结构构件设计原则

防空地下室结构在满足设计抗力前提下，钢筋混凝土结构构件应采取“强柱弱梁（弱板）”和“强剪弱弯”的设计原则。

1）尽量利用受弯及受压构件的屈服变形来吸收武器爆炸动荷载所产生释放的能量，可以降低支座处截面的抗剪和竖向构件抗压的承受力，以保证结构构件在屈服变形前不产生剪切受力破坏及屈服后能有充分的延性，最后产生塑性破坏，避免产生脆性破坏，从而提高结构整体的承载能力。2）受弯构件应双面配筋，双面配筋对承受武器爆炸动荷载作用下可能的回弹和防止在大挠度情况下构件坍塌十分重要。3）在构造上，应特别注意在梁，板，柱的节点区应有足够的抗剪，抗压能力和足够的钢筋锚固长度。

7 结构各个部位抗力相协调

防空地下室的结构设计，应充分考虑各部位作用的荷载值不同，破坏形态不同以及安全储备不同等因素，保证在规定的动荷载作用下，结构各部位（如出入口和主体结构）都能正常地工作，防止由于存在个别薄弱环节致使整个结构抗力明显降低。

8 钢筋混凝土结构构件的允许延性比

钢筋混凝土结构构件在动荷载作用下，可按弹塑性工作阶段设计。在动荷载作用下结构变形极限通常用允许延性比[β]，即构件允许出现的最大变位于弹性极限变位的比值来控制。结构构件的允许延性比与结构构件的材料，受力特征及使用要求有关。按允许延性比进行弹塑性工作阶段设计的防空地下室，可认为满足防护和密闭要求。结构构件的允许延性比与结构材料的延性无对应关系，在开展防空地下室结构构件设计时，可不进行结构材料（如钢筋）的延性验算。

9 结构设计验算内容

防空地下室结构在常规武器爆炸或核武器爆炸动荷载的作用下，应验算结构承载力。由于在确定各种结构构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制和防护密闭要求，因而在结构计算中不必再单独进行结构变形和裂缝开展的验算。

10 防空地下室结构设计的控制条件

多层或高层地面建筑的防空地下室，是整个建筑结构体系的一部分，其结构设计既要满足平时使用的结构要求，又要满足战时规定设防类别和级别的防护结构要求，即防空地下室结构设计应满足平时和战时不同荷载效应组合的要求，并应取其中控制条件作为防空地下室结构设计的依据。

11 常用结构构件的设计要点

1）临空墙 一侧直接承受空气冲击波作用，而另一侧为防空地下室内部的墙体，其通常采用钢筋混凝土结构。当计入顶板传来的竖向等效静荷载及静荷载时，临空墙可以按照大偏心的受压构件计算，也可不计入竖向荷载考虑，近似按单向或双向受弯构件计算；考虑到武器爆炸的反向作用，临空墙两侧的受力钢筋支座锚固长度均应按受拉钢筋取值，并设置梅花形排列的拉结钢筋。2）防护单元间隔墙及与普通地下室相邻的隔墙 在防空地下室中，防护设施和内部设备均能自成体系的使用空间为防护单元，分隔防护单元的墙体为防护单元间隔墙。隔墙的两侧可为抗力等级相同或不同的防空地下室，也可以一侧为防空地下室，另一侧为普通地下室。单元隔墙最小厚度：甲类防空地下室核5级时为250 mm，核6级，和6B级时为200 mm；乙类防空地下室常5级时为250 mm，常6级时为200 mm。当隔墙两侧抗力级别不同时，隔墙的最小厚度应按抗力级别高的一侧取值。3）甲类工程单元间隔墙两侧应分别按单侧受力计算配筋。乙类防护单元间隔墙不计入常规武器爆炸的作用。4）当计入顶板传来的武器爆炸等效静荷载，静荷载时，防护单元间隔墙可按大偏心受压构件计算；也可不计入竖向荷载，近似按受弯构件计算。5）钢筋锚固及墙体拉结筋要求同临空墙。

参考文献

[1]CB50038-2005人民防空地下室设计规范.

[2]全国民用建筑工程设计技术措施.2009.

城市废弃的地下工程结构处置 第12篇

随着经济发展,原城市中早期建设的地下工程多有废弃,尤其以20世纪建国后不久建设的人防工程为甚。这些废弃地下工程的结构处置问题应引起相关部门的重视。为避免这些废弃地下工程对现代城市建设造成不良影响,应采取相关的结构评估、加固或废弃处理,本文对这些问题进行了探讨。

1 地下结构现状与剩余寿命的评估

1.1 评估的重点

1)混凝土结构的裂缝。

一般混凝土结构都是带裂缝工作的。只要裂缝宽度满足规范关于裂宽的规定,问题应该不大;如果裂缝宽度过大,必须进行修补,并需达到现设计水平要求的90%以上才行。

2)钢筋的锈蚀程度。

钢筋锈蚀会导致结构性能劣化,具体表现在以下3个方面:a.由于钢筋锈蚀使得钢筋有效截面减小、钢筋与混凝土粘结力下降,从而降低了结构的承载能力;b.由于钢筋锈蚀体积膨胀(一般为2倍～6倍),使得混凝土产生顺筋胀裂,从而降低了结构的刚度,增大了变形,甚至使混凝土保护层剥落,影响结构的正常使用;c.由于钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力,使混凝土承受双向或三向应力,另外由于钢筋应力腐蚀,从而降低了结构的延性,改变了破坏形态。

3)混凝土腐蚀程度。

除因钢筋腐蚀引起结构失效或破坏的情况外,混凝土在酸性或强碱性环境下也要腐蚀。腐蚀严重的混凝土强度极低,对混凝土结构使用寿命也有重要影响。混凝土腐蚀影响其寿命的因素有以下几点:a.腐蚀的程度及范围:若腐蚀深度使面积丧失50%以上,结构开始进入危险阶段。b.结构构件受力状态:环境水土荷载变化而致结构荷载过大或承受偏压。c.结构各构件的连接与支承情况。

4)使用者的心理承受力。

如果结构出现了裂缝或倾斜,但不一定影响安全性,但这些裂缝或倾斜超过了使用者的心理承受力,此时结构需要进行加固或废弃。

1.2 评估的方法

1)混凝土结构的裂缝。

肉眼观察、非破坏性试验(超声波)。

2)钢筋的锈蚀程度。

用于混凝土中钢筋锈蚀检测的物理方法有电阻法、光纤传导法、涡流探测法、射线法、红外热像法和声发射法等[1]。

电阻法是测量因钢筋锈蚀使其截面积减小引起的电阻值变化,利用导电原理间接推算钢筋的剩余面积。光纤传导法是通过埋设光纤传感器检测钢筋锈蚀。涡流探测法是通过测定励磁电流与发生在钢筋内的次生波的相位关系来判断钢筋锈蚀状态。射线法是拍摄混凝土中钢筋的x射线或γ射线照片,直接观察钢筋锈蚀情况。红外热像法是通过测量混凝土表面的稳定分布图分析钢筋锈蚀位置和程度。声发射法是利用传感器接收钢筋锈蚀引起周围混凝土开裂释放的弹性应力波,确定钢筋发生锈蚀膨胀的确切位置。

3)混凝土腐蚀程度。

现场检测混凝土强度的方法主要有回弹法、超声脉冲法、回弹超声综合法、钻芯法和拔出法等。

1.3 评估的结论

1)结构尚可满足一定使用年限,无需处理;2)结构需要加固后方可满足一定使用年限;3)结构不值得加固,废弃。

2 地下结构的加固

2.1 增大截面法

当混凝土梁、板设计与实际承载力相差较大且其刚度也不满足要求时,采用加大截面来加固较为有效。加大截面加固法在构造方面必须解决好新加部分与原有部分的整体受力问题。在新旧结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力,其中关键是剪力和拉力。

2.2 增补受拉钢筋加固法

此法是指在梁受拉力较大区段补加受拉钢筋,以提高梁承载能力的一种加固方法。这种方法适用于当梁的截面尺寸能满足刚度要求且其抗剪承载力也满足要求,而仅是弯曲抗拉强度不能满足要求,且抗拉钢筋的增补数量不是很大时。

2.3 预应力加固法

用预应力筋对建筑物的梁或板进行加固的方法称为预应力加固法。这种方法不仅施工简便,而且在基本不增加梁、板截面高度和不影响结构使用空间的条件下,可提高梁、板的抗弯、抗剪承载力和改善其在使用阶段的性能。根据预应力筋的工作情况,一种是在原梁的体外,通过锚固端与支撑点传递力;另一种是张拉后再浇筑混凝土,通过新旧混凝土之间的粘结来传递力。

2.4 粘贴钢板加固法

粘钢加固是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘结钢板,是提高结构承载力和变形能力的一种加固方法。其优点是简单、快速,施工时对生产活动和居民生活影响较小。所用的建筑结构胶是以环氧树脂为主,钢板能否有效地参与原构件的工作,起到加固效果,主要取决于所用结构胶的抗剪强度和抗拉强度。

2.5 置换混凝土法加固

受火灾或因施工差错等原因引起混凝土柱的强度下降,承载力不足,需进行加固。有时不宜增大柱子尺寸,或者只需要进行局部加固等可以采用置换混凝土法加固。该法宜优先采用喷射混凝土或喷射钢纤维混凝土,特别当置换深度较小且受条件限制时,适当采用人工浇筑混凝土。

2.6 喷射混凝土技术

喷射混凝土技术是借助喷射机械,利用压缩空气或其他动力,将一定比例配合的拌合料,通过管道输送并以高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。

2.7 粘贴CFRP加固法

碳纤维是目前世界上已知强度最高的工程材料之一。其突出特点是具有极高的抗拉强度和弹性模量、自重轻、厚度小、突出的抗疲劳能力及抗腐蚀性好。其抗拉强度是普通钢筋的10倍以上,弹性模量略高于钢筋。碳纤维没有类似于钢筋的屈服点,在达到极限抗拉强度之前,应力应变关系为线弹性。与传统的其他加固方法相比,采用碳纤维布加固能最小程度改变原有结构的应力分布,保证在设计范围内与原结构共同受力。

2.8 钢筋混凝土筏板基础的加固

钢筋混凝土筏板基础加固主要是采取增加板厚并在保持板底配筋不变的前提下重新配置上部钢筋网的方法。这也必须通过结构计算方可确定。原基础表面充分凿毛,并在表面每隔500 nm凿出坑洞露出原板上部钢筋网,将拉结筋钩焊在其上。将新的钢筋网配置在计算所定之处,以拉结筋兼支撑钢筋固定,而后浇筑比原基础混凝土标号高一级的混凝土。

2.9 防水处理

对渗漏严重的结构,需进行防水处理。可采用土层灌浆、增加刚性或柔性防水层等措施。

3 地下结构的废弃

对不值得加固的结构进行废弃处置。废弃处置需要注意尽可能减少对周边环境的影响。

3.1 彻底处置

在考虑地下结构废弃后不对地块后续开发利用造成任何不利影响时,需采取彻底处置的方法。

1)对原结构进行清除。

在一定的围护措施的保护下,对原结构进行凿除、爆破等,对结构桩基础等采用特殊设备进行清理。

2)回填。

清除结构渣土后,采用素土对坑洞进行回填处理,并达到一定的密实度要求。

3.2 非彻底处置

对地块后续仅使用表层空间,并且要求不高(如绿化)的情况下,采用非彻底处置的方法。在这种情况下,基本不需要对原结构进行清除处理。打开原结构顶板,对结构内部空腔采用建筑垃圾、素土、泥浆等进行充填即可。

4 结语

1)通过混凝土结构裂缝、钢筋锈蚀程度以及混凝土腐蚀程度等方面的检测对地下结构现状与剩余寿命进行评估,判断结构的状态及是否可以满足一定的使用要求。2)对需要加固处理后才能继续使用的结构,可采用加大截面法、外包钢加固法、预应力加固法、增设支点加固法、粘钢加固法、喷射混凝土补强法及化学灌浆修补法等进行结构加固。对渗漏严重的结构,需进行防水处理。3)对不值得加固的结构进行废弃处置。可选择彻底清除后回填的处置方法,也可选择仅进行结构内部空腔充填的非彻底处置方法。

摘要：针对废弃的城市地下工程的结构处置问题,从地下结构现状与剩余寿命的评估着手,讨论了评估的重点、评估的方法以及评估的结论,指出对需要加固处理后才能继续使用的结构,需进行加固处理,对渗漏严重的结构,需进行防水处理,对不值得加固的结构进行废弃处置。

关键词：废弃地下结构,结构评估,结构加固,废弃处置

参考文献

[1]于志伟,李育红,冯辉.受腐蚀混凝土结构钢筋锈蚀检测技术的研究[J].建材技术与应用,2009(7):8-10.

[2]Huang X,birman V,Nanni A,et al.Properties and potential forapplication of steel reinforced polymer and steel reinforced groutcomposites[J].Engineering,2005,36(1):73-82.