關于給排水工程結構耐久性設計的思考

劉春生

摘 要：通常情況下，給排水工程的相關管道都是建于地下，其耐久性的高低會起到十分重要的作用。同時，給排水工程又是涉及到民生的重要問題，一旦出了事故將會給人民群眾的日常生活造成不必要的麻煩。而對于給排水工程工程設計人員來說在設計的過程中還是將重點放在了管道強度方面，對于工程耐久性方面可能會出現考慮不全的問題，所以本文就結合相關工作經驗，提出幾點建議，希望對相關的工作人員能夠起到一定的幫助作用。

關鍵詞：給排水工程；結構耐久性；設計；思考

1 目前存在的問題

1.1 設計規范亟待完善。

目前指導給排水結構耐久性設計的主要規范包括《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB50069）（以下簡稱《給規》）、《混凝土結構設計規范》（GB50010）（以下簡稱《砼規》）、《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T50476）（以下簡稱《耐規》）及《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB50046）（以下簡稱《腐規》）。其中，《給規》作為給排水結構的專業規范，沒有像其他水利水電、港口、鐵路、橋梁等專業在規范中專門將“結構耐久性要求”設為一章節，只是在“材料”、“正常使用極限狀態驗算規定”及“基本構造規定”等章節中有一些具體要求。對于耐久性設計非常重要的設計使用年限及環境類別并沒有提及，只是提示參見《砼規》及現行有關規范，不是很明確。而《砼規》及《耐規》中對環境類別的劃分有一定區別。而且《給規》與《腐規》中關于混凝土材料耐久性的要求也不盡相同，造成設計人員的無所適從和不便。另外，對于影響混凝土結構耐久性的各種因素及規定研究還欠深入，難以達到進行定量設計的程度。

1.2 設計理念落后

目前工程設計人員對混凝土結構耐久性設計意識不強的情況在各個行業的工程設計中普遍存在。混凝土的強度和耐久性是混凝土兩大基本特性，而很多設計人員一般只把結構強度計算作為結構設計的主要內容，對承載力和裂縫的計算比較重視，而對于耐久性重要性的認識不足，更不會根據施工中的具體情況，采取切實有效的措施來提高混凝土的耐久性。根據我國建設部曾經做過的一項調查，國內大多數工業建筑物在使用25～30年后即需大修，處于嚴酷環境下的建筑物使用壽命僅15～20年；民用建筑和公共建筑的使用環境相對較好，一般可維持50年以上，但室外的陽臺、雨罩等露天構件的使用壽命通常也僅有30～40年；橋梁、港工等基礎設施工程的耐久性問題更為嚴重，由于鋼筋的混凝土保護層過薄且密實性差，許多工程建成后幾年就出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂。海港碼頭一般使用十年左右就因混凝土順筋開裂和剝落，需要大修；據1998年底統計，我國鐵路隧道受腐蝕而裂損的有734座，占隧道總數的13.2%；對于給排水工程，我國從上世紀80年代開始大量建設各種規模的污水處理廠，到目前絕大多數都沒有達到一般的50年的使用壽命。據調查，相當多數的構筑物存在混凝土保護層脫落、鋼筋銹蝕等問題，甚至有的污水處理廠因為耐久性破壞而被迫停產加固。如北方沿海地區某座建于2003年的污水處理廠，由于設計人員沒有考慮地下水對混凝土的腐蝕情況，沒有采取相應的防腐蝕措施，致使污水廠在僅僅運行了不到5年的時間內便出現了較嚴重的硫酸鹽侵蝕破壞現象，混凝土表面出現脹裂、結構疏松、大量的白色絮狀和針狀結晶析出，迫使工程不得不采取停水加固措施，造成了很大損失。另外，天津開發區內處于濱海鹽漬地的混凝土排水地下管道，埋入土中僅半年就出現了混凝土表面開裂和起皮的現象。

2 對于提高工程耐久性的建議

如果想要全面提高給排水結構的耐久性水平，首當其沖應當做的就是要有效的轉變設計人員對混凝土結構耐久性認識不足的問題。在日常設計工作進行的過程中就要不斷地強調混凝土的強度和耐久性對于混凝土結構特性來說是同等重要的，在設計的過程中不但要對構件的承載力、裂縫以及變形進行合理的計算，更要結合工程所在地的實際情況對構件的耐久性進行合理的估計。只有當設計院的理念充分建立起來之后，還可以從以下幾個方面對他們加強對他們的認識。

2.1 環境類別

環境類別的要求主要是在《混凝土結構耐久性設計規范》中有較為明確的定。對于給排水結構來說一般都是建于地下，這些構件在使用的過程中長時間處于比較潮濕的環境中，再加上所處理的水中可能還含有各種其他的物質，更是對其耐久性產生了一定的影響。所以建議設計人員在設計的構成中應當參照《混凝土結構耐久性設計規范》中的相關標準。在這本規范中不僅對混凝土可能面臨的各種環境類別進行較為詳細的分類，而且還根據環境對混凝土結構的作用程度不同將其分為了6種環境作用等級，不僅使用起來比較方便，而且得到的結果也較為可信。

同時還要著重說明的一點，在實際設計的過程中，各個專業之間的配合并不是十分地到位。工藝設計人員在提供設計條件的過程中只是將構筑物的大體尺寸以及高程提供給結構設計人員，并不會向其闡述其中水質的污染情況。這種不同專業之間脫鉤的現象，造成的最大問題就是往往需要考慮腐蝕問題的混凝土并沒有考慮到，為將來的使用埋下了安全隱患。

2.2 混凝土材料及構造要求

在對混凝土的耐久性受到很多因素的綜合影響，例如混凝土材料的強度等級、抗凍性等等。對于這些因素的界定在規范中涉及的較為簡單，在設計的過程中也應建議參照《混凝土結構耐久性設計規范》的相關規定進行設計。例如從混凝土的構造要求來說，應當對鋼筋保護層的厚度以及鋼筋的分布進行較為明確的限定。在該規范中的3.5.4條中就指出如果沒有其他特殊要求的話，保護層厚度超過30mm的時，可以將厚度取為30mm計算裂縫的最大寬度。這種做法既滿足了混凝土保護層的厚度要求，又防止因為增加保護層厚度而導致的計算值偏大的情況出現。

2.3 結構使用年限

混凝土是給排水工程施工過程中經常被使用的一種材料。如果在正常使用條件下，對于混凝土的安全使用期限還沒有明確的規定，一般來說是在50～100年之間。根據《建筑結構可靠度設計統一標準》，一般的普通房屋或者構筑物的設計使用年限都是5年，而一些比較重要的標志性建筑物的使用年限則在100年。但是這部規范并沒有對給排水工程的設計使用年限進行明確的規定。一般的給排水結構的使用年限應當設定為50年左右，如果建設單位有特殊要求的話，按照要求進行設計。

3 結束語

如前文所述，耐久性設計對于給排水結構來說非常重要。目前，港口、鐵路、公路、水利等行業均把耐久性設計最為重要內容編入行業規范中，這些都起到了很好的示范作用。目前，我國正在經歷著環境工程建設的高峰時期，給排水行業作為我國重要的行業之一，為了體現對工程結構耐久性設計的重視，建議在下一版《給規》修訂中將耐久性設計作為重要內容單獨列為一節，將耐久性所涉及到的問題盡可能明確，為給排水行業的快速發展提供可持續的保證。

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