海底隧道的防腐設(shè)計(jì)因素方法及程序
調(diào)查資料表明,地層中的碳化作用、細(xì)菌、硫酸鹽侵蝕、(襯砌表面水泥的)集料的堿化反應(yīng)、地層里偶然出現(xiàn)的間層和感應(yīng)電流的侵蝕等,都是潛在的腐蝕因素。而氯化物對(duì)鋼筋的腐蝕,對(duì)大海峽隧道襯砌是一個(gè)最嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)
面臨地下水的氯化物嚴(yán)重和靜水壓力甚大的狀況,至少要用高密度不滲透的預(yù)制混凝土管片。在這樣不利的地層下施工,還要采取其他保護(hù)措施,包括高質(zhì)量的環(huán)向注漿加固層和整環(huán)接縫的密封墊片。但對(duì)襯砌的進(jìn)一步保護(hù),仍然需要依靠混凝土管片自身耐用性的提高。
可選用的方法是增加鋼筋保護(hù)層和混凝土施工摻合料,同時(shí)用鍍鋅和不銹鋼鋼筋以及陰極保護(hù)。陰極保護(hù)的現(xiàn)行技術(shù)還不能充分確保數(shù)千米長(zhǎng)的隧道襯砌,反而會(huì)造成鋼筋骨架分離。因而,用于陰極保護(hù)的設(shè)備裝置還須進(jìn)一步研制。
鋼筋上涂環(huán)氧粘合料
對(duì)襯砌的兩個(gè)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)有效的防腐方法,是在管片的背面應(yīng)用涂膜和使用涂在鋼筋上的環(huán)氧粘合料(BECR)。在受控狀態(tài)下,鋼筋施受涂膜,并埋置在混凝土里。鋼筋施受涂膜在隧道施工中具有不易損壞的優(yōu)點(diǎn),而管片上的涂膜易遭損壞。
基于最初調(diào)查研究的結(jié)論,招投標(biāo)設(shè)計(jì)中已將兩種方法作為比較方案。比較的結(jié)果是,采用在鋼筋上涂膜的方案成本低,受益率高。富有成功經(jīng)驗(yàn)的丹麥MT財(cái)團(tuán)也選擇了這個(gè)方案。這樣斯多貝爾特大海峽東面航道隧道襯砌的防腐,就采用了在鋼筋上涂上環(huán)氧粘合料的方法。
防腐機(jī)理研究
盡管斯多貝爾特大海峽隧道所處的地質(zhì)環(huán)境條件很差,仍然要求隧道能使用10O年。設(shè)計(jì)者利用模型對(duì)防腐工藝進(jìn)行了研究,認(rèn)識(shí)到腐蝕通常有4種機(jī)理:
(1)鋼筋銹蝕;
(2)堿一硅反應(yīng);
(3)化學(xué)反應(yīng)(如:酸化);
(4)凍融引起管片爆裂。
影響以上因素的最重要的兩個(gè)參數(shù)是水和鹽。對(duì)管片的具體不利影響因素有:隧道處于侵蝕性的地質(zhì)環(huán)境中,地下水含有C1-19.000ppm、SO42-:1.900ppm,地下水的最高壓力可達(dá)0.8Mpa。隧道襯砌內(nèi)充滿著溫?zé)?、潮濕和有害氣體(包含柴油煙),隨著壓力和氣體流動(dòng)而受到侵蝕作用。
襯砌綜合防腐措施
所有這些不利條件要求對(duì)隧道襯砌進(jìn)行必要的防腐處理,基本對(duì)策如下所述:
(1)在隧道外側(cè)形成環(huán)形注漿區(qū),以阻止氯、酸的侵入;
(2)采用高強(qiáng)度、密實(shí)混凝土管片和接縫防水密封條,以保證隧道襯砌不漏水;
(3)對(duì)鋼筋籠浸以環(huán)氧,形成環(huán)氧涂層;
(4)在管片中布置了測(cè)試腐蝕情況的傳感器、根弦式應(yīng)變傳感器和振弦式孔隙水壓計(jì)。
管片混凝土的水灰比只有0.35,在混凝土配方中加入粉煤灰、微硅和外加劑,以使混凝土具有較高的早期強(qiáng)度、高密實(shí)度和低滲透性。規(guī)定管片對(duì)氯化物的擴(kuò)散系數(shù)為6×10-13m/s,對(duì)水的滲透系數(shù)為0.25×10-13m/s。
鋼筋籠的防腐程序是:采用噴氣法對(duì)鋼筋定除塵銹→將鋼筋籠加溫至200~240C→鋼筋籠放在環(huán)氧池中浸4秒鐘,以形成150~450μm厚的涂層。
鋼筋籠與混凝土的保護(hù)層為3.5cm,含鋼量為800N/m3室內(nèi)系列試驗(yàn)表明,浸過環(huán)氧的鋼筋籠在結(jié)構(gòu)上沒有明顯的不利影響。
鋼筋混凝土管片的養(yǎng)護(hù)方法是:先在45℃溫度下養(yǎng)護(hù)3.5h以上,然后在20℃室溫下養(yǎng)護(hù)3.5h以上,最后脫模放在堆場(chǎng)中自然養(yǎng)護(hù)240h,強(qiáng)度可達(dá)到70MPa。