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我国建筑地基基础耐久性分析

文章编辑:【河南彬豫强夯地基基础工程有限公司】发布日期:2018-10-26 14:17:59

  建筑结构的耐久性是指在设计规定的环境作用和维护、使用条件下,结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。结构的耐久性设计,应该包括两部分主要内容: 一是要满足建筑在设计使用年限内的使用要求; 二是在超过设计使用年限时,其使用功能要具有可改造性,结构要具有可修复性,延长建筑使用寿命。目前我国规范的要求主要是满足建筑的设计使用年限要求,而对于提高建筑物的使用寿命则是近年国际上建筑设计上的新思想。
  1、建筑的地基基础重要性
  地基基础作为房屋建筑结构的一部分,由于其工作环境要求,几乎所有高层建筑基础均采用钢筋混凝土结构。地基基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限,是其耐久性设计的最基本要求。地基基础的耐久性设计应根据环境类别符合现行的有关国家标准的规定。大量工程实践证明,地基在长期荷载作用下承载力有所提高; 基础材料在完全地下水、土环境中,其施工满足耐久性设计要求后的使用情况良好。对于建筑地基基础在规定的建筑寿命完成后,不论是拆除重建,还是鉴定加固后再使用,其特殊性应赋予耐久性设计新的内容。首先,上部结构需拆除重建时,地下结构拆除对周边环境的影响大,采取保护措施的费用高,工期长; 其次,既有建筑的桩基础,拆除难度大,对于长桩基础是几乎办不到的; 其三,对于既有建筑的地基基础再利用,应在充分鉴定分析基础上设计,要求既有建筑的地基基础有更长的使用年限; 其四,从工程建造的工期、费用考虑,应充分考虑原地基基础再利用。因此,有必要对我国建筑地基基础的耐久性设计内容和要求进行总结,与国外先进技术水平进行比较,使我国地基基础的耐久性设计、施工技术符合今后发展的要求。针对地基基础是隐蔽工程,出现问题不宜修复,以及重复使用需求的考虑,地基基础工程应该是建筑结构耐久性设计要求较高的结构部分。
  2、国内外对钢筋混凝土基础结构耐久性设计要求的比较分析
  针对影响钢筋混凝土基础结构耐久性设计的几个因素,对目前国内外基础设计耐久性的要求进行比较分析,确定考虑可持续发展要求的基础结构耐久性设计要求。
  2. 1 国内外地基基础设计规范规定的比较
  根据我国《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010、《混凝土结构耐久性设计规范》GB / T50476-2008、美国 ACI318 规范( 2008) 、欧洲岩土设计规范 EN1997、《高耐久性钢筋混凝土结构设计施工指南》( 1991) 有关混凝土结构耐久性设计的规定进行了分析比较。各国基础结构混凝土的水胶比、最低强度等级、保护层厚度、氯离子含量的设计要求见表 1;
  中、美、欧、日对混凝土基础裂缝限值为:0.2、0.3、0.3、0.2ωmax( mm)
  从表中数值可知,我国规范对基础结构混凝土的耐久性要求,与其他国家要求相当,但混凝土强度设计等级略低于美国、欧洲。日本的高耐久性钢筋混凝土的设计使用年限为 100 年,混凝土保护层厚度要求较高。我国混凝土结构允许裂缝宽度的规定与国外基本相当。对于混凝土耐久性有较大影响的混凝土含气量,我国规范与美国、欧洲、日本的标准基本一致,但其所指含气量为减少冻胀、碱蚀对混凝土结构破坏的适宜含量。对于地下结构混凝土,这
  部分内容应该考虑,但对混凝土耐久性有较大影响的混凝土的密实性,更应引起重视。目前我国规范对于混凝土密实性的要求限于施工振捣或混凝土自密实要求,对于有防渗要求的混凝土才进行混凝土渗透性试验。
  2. 2 国内有关规范混凝土在腐蚀性环境下的设计规定对比
   《岩土工程勘察规范》[9]对不同环境类型的土、水对混凝土结构的腐蚀性评价做出了规定,《工业建筑防腐蚀设计规范》[10]对地下水、土环境对钢筋混凝土结构的防腐蚀设计提出了要求。除工业生产的过程及产品环境对结构的腐蚀影响除外,原场地地下水、土腐蚀环境对混凝土结构的设计要求,对民用建筑应具有指导意义。我国大量存在的海相、河相、湖相沉积的土地,包括盐渍土、淤泥、淤泥质土等,以及近年填海、填沟造地形成的建设用地,大多存在地下水、土的腐蚀性,工程设计中应重视防腐设计的要求,提高地基基础的耐久性设计水平。《工业建筑防腐蚀设计规范》中对地基基础的耐久性设计的有关要求如下:
  1) 在腐蚀环境下,结构混凝土的基本要求有所提高 ,上述表 1 的要求相当于表中腐蚀性等级中等的要求。
  2) 钢筋混凝土构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度允许值,上述表 1 的要求相当于表中腐蚀性等级中等的要求。
  3) 基础钢筋的混凝土保护层最小厚度,不应小于 50mm,略高于表 1 中的要求。
  4) 混凝土桩基础的结构设计应符合下列规定:
  ① 预制钢筋混凝土桩的混凝土强度等级不应低于 C40,水灰比不应大于 0. 4; 腐蚀性等级为中、弱时,抗渗等级不应低于 S8; 腐蚀性等级为强时,抗渗等级不应低于 S10; 钢筋的混凝土保护层厚度不应小于 45mm。
  ② 预应力混凝土管桩的混凝土强度等级不应低于 C60,抗渗等级不应低于 S10; 钢筋的混凝土保护层厚度不应小于 35mm; 桩尖宜采用闭口型。
  ③ 混凝土灌注桩的混凝土强度等级不应低于C35,水灰比不宜大于 0. 45,抗渗等级不应低于 S8;钢筋的混凝土保护层厚度不应小于 55mm。规范同时对已污染或可能污染场地的地基处理方法选择,腐蚀环境中基础的防护措施等也进行了规定。
  通过对比分析可知,目前《混凝土结构设计规范》的规定相当于《工业建筑防腐蚀设计规范》中中等腐蚀环境的要求。
  3、设计使用年限不小于 100 年的基础混凝土耐久性设计要求的建议
  根据国际上对于基础耐久性设计的理念以及控制指标,参考《混凝土结构耐久性设计规范》的有关规定,笔者提出对于设计使用年限不小于 100 年的基础混凝土耐久性设计要求的建议见表 2
  另外,对耐久性设计年限为 100 年的混凝土结构建议采用非碱活性骨料,严格控制混凝土中最大碱含量,对于采用无活性骨料且处于潮湿的土壤环境,最大碱含量应控制在 3. 0kg/m3以下。混凝土允许裂缝宽度要求应小于等于 0. 2mm。
  为保证混凝土的密实性,减少混凝土中有害气泡对耐久性的影响,增加抗渗等级不应低于 S8 的要求。
  4、提高基础耐久性使用的若干研究课题
  通过对基础结构混凝土耐久性设计的国内外规范规定的比较,以及国际上对可持续重复使用基础设计的新理念的认识,可以认为地基基础的耐久性设计不仅应满足上部结构设计使用年限的要求,而应有更高的耐久性设计要求。从这个认识出发,笔者提出应进行如下研究课题。
  1) 地基基础受力条件与工作环境对耐久性影响的试验研究;
  2) 基础混凝土保护层、裂缝宽度对耐久性影响的试验研究;
  3) 控制混凝土抗渗等级与混凝土含气量对混凝土耐久性影响的试验研究;
  4) 强腐蚀环境提高混凝土使用耐久性的工程措施研究;
  5) 保证基础混凝土耐久性设计指标的工程检验方法的研究。
  5、结语
  地基基础的耐久性设计是进入新的世纪对基础结构设计的新要求。按照地基基础工程的特点以及今后建设的需要,研究可重复使用的基础设计、提高地基基础的耐久性要求,是摆在我们面前的新问题。笔者提出的地基基础设计使用年限应大于 100 年以及设计控制指标的想法,以及应进行的相关研究,有待国内工程界思考。

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