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土木工程养护维修

/curing and repairing for civil engineering/
条目作者何川王士民
条目作者何川

何川

王士民

王士民

最后更新 2023-12-14
浏览 138
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针对土木工程结构及其设施在长期使用过程中发生的缺陷、劣化、损伤所展开的养护、修补或修复工作。

英文名称
curing and repairing for civil engineering
所属学科
土木工程

土木工程养护维修工作的目的是保障土木工程在规定的设计使用年限内满足安全性、适用性和耐久性的功能要求,通过养护修复,一方面可以保证结构的正常使用,预防和降低结构灾害性损坏,另一方面可以改善结构构件的适用性和耐久性,延长其使用年限。

土木工程养护维修管理发展历程大致为4个阶段,第一阶段是事后性养护维修管理阶段,以修复为主要手段;第二阶段是周期性养护维修管理阶段,养护与修复并重;第三阶段是预防性养护维修管理阶段,开始侧重于养护;第四阶段是预知性养护维修管理阶段,以养护为主要手段。土木工程养护维修管理发展历程见图。①事后性养护维修管理阶段,养护维修管理工作主要是在土木工程设备或结构物发生故障或损伤,丧失正常工作能力之后开展,这是20世纪50年代以前最主要的养护维修管理方式。②周期性养护维修管理阶段,养护维修管理工作主要依赖于对土木工程设备或结构物的自身特性的了解以及以往维护经验,制定周期性的养护维修计划,并以此为依据开展养护维修管理工作。③预防性养护维修管理阶段,养护维修管理工作主要是根据工程设备或者结构物的性能变化规律,在故障或损伤发生前制定养护维修方案并实施。④预知性养护维修管理阶段,养护维修管理工作主要通过状态监测技术、故障诊断技术、性能预测等技术获取结构状态信息,并以此为基础提前开展养护维修工作,可以最大限度地发挥结构部件的使用性能,同时也可避免故障(伤损)发生带来的被动局面,是当前阶段主要发展的一种养护维修管理方式。

土木工程养护维修管理发展历程土木工程养护维修管理发展历程

土木工程养护维修包括土木工程养护土木工程修复,在其实施过程中会具体涉及土木工程修复材料的使用。

土木工程养护是一种预防式的维护行为,如对钢结构构件定期涂刷油漆,对桥梁伸缩缝密封橡胶带中积压泥沙、石屑等杂物进行清理等,其目的通常是降低材料的腐蚀或老化速度,预防损伤发生,延长土木工程使用寿命。根据土木工程的类型不同,要求有所差异,土木工程养护各类型主要内容及其养护目的见表1。

表1 土木工程主要养护类型

类型

主要内容

养护目的

路面养护

路面养护包括粒料路面养护、沥青(渣油)路面养护和水泥混凝土路面养护。

延长道路的使用年限,推迟重建的时间。

路基养护

路基养护包括路基设备的小型病害整治、经常养护和巡查工作,对病害及时维修,对缺陷进行持续改善。

保证路基结构坚固和稳定,并具有良好防排水性能,在几何尺寸和高程坡度等方面符合要求。

桥梁养护

保持桥梁及其附属物的正常使用而进行的经常性养护。

保证桥梁经常处于完好的技术状态,延长其使用年限,满足承载能力和通行能力的要求。

隧道养护

为隧道土建结构、机电设施及其他工程设施的正常使用而进行的日常巡查、清洁维修、检查评定、养护维修工作。

及时消灭超限处所和临近超限处所,保持隧道设备状态经常均衡完好,确保行车安全平稳。

建筑物养护

及时处理建筑物使用过程中可能出现的承载力不足、裂缝、渗漏、腐蚀、变形和损伤等缺陷。

保持建筑物必要安全性能和服务水平,使其处于完好的技术状态延长其使用寿命。

坝体养护

围绕防洪标准、工程质量、运行管理、结构安全、渗流安全、抗震安全、金属结构安全,开展坝体坝基防渗、结构抗震性能增强、坝体加高、泄流能力提升、混凝土修补、监测系统维修、泄洪通道整治、水文测报系统完善、土坝白蚁防治、面板坝分缝治理等。

提升坝体及附属设施安全,保障水库正常运行调度,实现工程结构和自然环境的和谐共处。

轨道养护

包括恢复轨道各组成部件性能的轨道更新、修理,预防和消除轨道在列车动力作用及其他影响下所产生的不良变形、病害等的经常性维修工作。

保证轨道状态良好,使列车按规定速度安全、平稳、不间断运行而进行的各项轨道养护作业。

土木工程修复是一种纠正式的维护行为,通常是在发现损伤后进行,是一项通过养护结构部件、设施及修复损害部分而保持土木工程完好程度的综合技术性活动,它贯穿于建造、使用直至报废的全过程,修复工作是在原有基础上做修补,并不改变原有结构、造型、功能和布局等,如对混凝土裂缝的修补等,其目的是维修出现故障或失去工作能力的结构或构件,恢复土木工程良好的技术状况、保证正常使用。具体各土木工程修复类型的主要内容及其修复目的见表2。

表2 土木工程主要修复类型

类型

主要内容

修复目的

结构工程修复

通过拆换或修理毁损结构中已经劣化、损坏的结构材料或结构构件、配件,包括结构功能补强、外观修复以及恢复结构构件、配件和材料的其他内在特性,使结构恢复原样

恢复原有结构的承载能力和使用功能

岩土工程修复

主要包括地基处理修复、滑坡修复、岩土生态修复、液化土体修复

针对天然软弱地基、潜在滑坡及液化土体,通过物理、生物等方法,改良土体物理力学性质,积极减轻岩土工程灾害的产生和发展,恢复岩土工程及其所处环境的生态、承载性能及力学稳定性

土木工程修复材料是一种功能性修复材料,通过有机或无机的手段对裂缝进行填补,以达到修复作用。土木工程修复材料已经从单组分发展至多种组分复合的修复补强材料,具体可分为修补砂浆渗透结晶材料裂缝灌浆材料自修复材料软土无机固化剂污染土固化及稳定化材料改性阻隔材料。在实际工程中,综合考虑修补方法的适应性及工程造价,土木工程修复材料以修补砂浆为首选。

中国在土木工程养护维修领域已积累了较为丰富的实践经验,在结构物鉴定、评估、检测与试验、养护、维修等领域针对不同类型的结构制定了相应的规范、规定或准则。但是,与世界工业化国家相比,中国的土木工程设施养护维修总体表现出起步晚、速度快、强度大等特点。①因结构的自然劣化、严峻的服役条件以及不足的养护维修等因素影响,一部分结构过早地出现了安全性不足、耐久性降低,适用性不强的状况,这导致结构的实际使用寿命远远短于期望的使用年限。②随着时间的推移,中国大批的工程结构物老化的现象日益突出,部分重大结构也将陆续达到设计使用寿命,如何科学决策它们的归属或合理使用将是中国面临的一个重要问题;同时,以往高速度和高强度建设的弊端今后必然会集中反映到结构的养护维修上,届时将会给养护维修经费、交通运输和社会生活等带来巨大压力。如何有效地维护基础设施的价值、功能以及如何在有限的财政基础上达到最优的使用性能或是在既定的服务水平下达到最少的资本投入,使之处于最佳的运营状态,更好地为经济建设服务,创造出更大的经济效益,已成为亟需解决的问题。

土木工程养护维修应不断探索新材料、新装备、新工艺及其应用,并形成针对性的新规程、新标准,逐步提高养护维修工程的系统性和可持续性,节约造价,并延长结构的使用寿命。①新材料,现阶段针对环保、高效、成本较低的新型土木工程修复材料的开发仍面临诸多挑战,研发智能修复材料、生物修复材料等,在未来拥有相当广阔的工程应用前景,若现存的问题能一一解决,将对土木工程修复材料今后的研究发展产生深远影响。②新装备,随着计算机技术、通信技术以及传感技术的快速发展,信息技术在土木工程领域得到了广泛的应用,利用智能化设备完成对土木工程养护维修信息收集、提取、处理、分析和利用,研发具有快速自动识别病害、诊断、决策及修复功能的新型装备,可以大大提高土木工程养护维修的效率和质量。新工艺,在现有的基础上,结合对土木工程结构性能退化机理的研究成果,考虑新型修复材料和修复装备的适用性及修复效果保障条件,进一步优化养护维修施工方案,提出创新性施工工艺,提升施工技术和施工经验,在保证土木工程养护维修效果的基础上提高施工效率,通过革新工艺从而解决实际施工中存在的具体问题。④新规程,根据养护维修对象的特点和需求,结合新材料、新装备的研发与新工艺的形成,系统总结凝练,形成一批实用的新规程、新标准,对土木工程养护维修工作形成有效指导和规范,提升土木工程养护维修工作的效率、效能、效果,降低土木工程养护维修的成本,让土木工程养护维修工作朝着精准、高效、智能的方向发展。

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