給排水工程結構耐久性設計研究

彭北華 南昌市市政公用事業(yè)服務中心

1 前言

在城市化進程不斷加快的背景下，城市建筑工程的數(shù)量不斷增加，在此過程中，為進一步提升城市居住的舒適度，給排水工程的整體建筑質量受到了人們的廣泛關注。現(xiàn)階段，開展給排水工程結構耐久性設計成為了一項極為重要的工作。

2 提升給排水工程結構耐久性的重要性

現(xiàn)階段，給排水工程結構主要包括污水泵站、雨污水管道、輸水泵站等部分，這些建筑結構大多為全地下或者半地下構筑物，在實際應用過程中，這些構筑物往往與水資源直接接觸。一般情況下，這些構筑物的主要建筑材料為鋼筋混凝土，這種結構在水中氯離子、硫酸鹽離子、鉀離子、鎂離子等物質的侵蝕下可能會出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土性能劣化等問題，進而造成建筑結構整體安全度大幅度下降，縮短建筑的使用壽命。面對上述問題，采用合適的給排水工程結構耐久性設計，進一步提升建筑結構抗外力侵蝕的效果，已經(jīng)成為進一步保障建筑整體安全，減緩城市發(fā)展負擔的有效方式之一。

3 當前給排水工程結構耐久性設計中存在的問題

結構耐久性設計指的是在確定的周邊環(huán)境、維護與使用條件下，對建筑結構構件設計使用年限內(nèi)保障其安全性的設計。盡管當前對給排水工程結構耐久性設計的關注度不斷提升，但是在設計過程中，受我國開展給排水工程結構耐久性設計工作時間較短、相關工作人員設計理念相對落后、設計規(guī)范仍不夠完善等因素的影響，現(xiàn)階段，部分給排水工程結構的耐久性仍不能滿足預期的設計要求，這種情況的出現(xiàn)不僅會使建筑結構的維護費用上漲，還會影響人們正常的生產(chǎn)生活。

3.1 設計理念較為落后

現(xiàn)階段，工程設計人員忽視了對混凝土結構耐久性設計的重要性，導致鋼筋混凝土結構在實際使用過程中無法切實滿足建筑設計的預期需要，這種情況的出現(xiàn)不僅會降低工程施工的安全性，還會縮短工程的整體使用壽命。具體來說，強度與耐久性是混凝土的兩大基本特性，但在當前建筑工程施工過程中，相關設計人員僅僅將混凝土建筑的結構強度計算當成建筑結構設計的主要內(nèi)容，但并不會依據(jù)建筑的實際情況采用一定的技術手段提升混凝土建筑結構的耐久性，這種情況的存在大大縮短了建筑的整體質量。

據(jù)調查顯示，首先，我國大部分工業(yè)建筑在使用20~30年后就需要進行整體翻修，對于一些處于惡劣環(huán)境的工業(yè)建筑來說，其所需全面返修的時間縮短為15~20年；其次，盡管民用建筑與公共建筑的使用環(huán)境相對較好，其整體翻修所需的時間一般在50年左右，但對于室外露臺、雨罩這類的露天建筑構建來說，其所需的翻修時間大約在30~40年之間；再次，對于橋梁、港口等與水接觸較為密切的建筑結構來說，受鋼筋混凝土結構的保護層厚度不足、密實性較差等因素的影響，部分建筑結構在使用10年以后就會出現(xiàn)混凝土順著鋼筋剝離的情況，需要及時對其進行大修；最后，自二十世紀八十年代開始，為進一步提升水資源的利用率，我國不斷建設各種規(guī)模的污水處理廠，但對這些污水處理廠的使用壽命進行調查后可以發(fā)現(xiàn)，大部分的污水處理處理廠所需大修的時間均在50年以內(nèi)，并且大部分污水處理廠中存在構筑物混凝土剝離、鋼筋銹蝕等問題，甚至當前存在部分污水處理廠因建筑鋼筋混凝土結構的耐久性不足而被迫停止運轉。

舉例來說，設計人員在進行某污水處理廠在建設設計過程中，忽視了對鋼筋混凝土結構進行防腐處理的重要性，導致該污水處理廠在運轉5年后，如圖1所示，鋼筋混凝土結構就出現(xiàn)了較為嚴重的硫酸鹽侵蝕破壞現(xiàn)象，混凝土結構表面多處出現(xiàn)脹裂現(xiàn)象，同時有大量白色絮狀或者針狀的結晶體析出，這種情況的出現(xiàn)使得該污水處理廠為保證自身建筑的整體安全不得不及時停產(chǎn)對結構整體進行修復，這種情況的出現(xiàn)給該污水處理廠帶來了嚴重的經(jīng)濟損失。

圖1 混凝土表面情況

3.2 設計規(guī)范需要完善

在當前給排水建筑工程施工過程中，較為常見的建筑耐久性設計規(guī)范包括GB 50069《給排水工程構筑物結構設計規(guī)范》、GB/T 50476《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》、GB 50046《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范》等內(nèi)容，在這些規(guī)范的實際應用過程中，GB 50069《給排水工程構筑物結構設計規(guī)范》盡管可以作為給排水結構設計的專用規(guī)范，但相較于水利水電、鐵路、橋梁等建筑設計規(guī)范中將“結構耐久性要求”單獨列出的情況，這一規(guī)范僅僅在材料、正常使用極限狀態(tài)驗算規(guī)定等章節(jié)中對建筑結構耐久性進行了具體要求，同時，對GB 50069《給排水工程構筑物結構設計規(guī)范》與GB 50046《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范》進行比對后可以發(fā)現(xiàn)，兩者間對于建筑混凝土材料的耐久性要求存在較大的差別，不僅會對設計人員的實際工作內(nèi)容造成不利影響，還無法滿足當前給排水工程結構耐久性的設計需要。

4 提升給排水工程結構耐久性設計效果的方法

在當前的給排水工程結構耐久性設計過程中，為切實保障工程的建設質量能夠滿足工程的預期設計需要，降低建筑維護成本，提升相關設計人員對給排水工程結構耐久性設計的重視程度，對工程建設規(guī)范進行完善都成為當前工程結構耐久性設計中的關鍵點。

4.1 提升對給排水工程結構耐久性的重視程度

面對當前工程設計人員更重視建筑承載力、裂縫計算，忽視了對工程結構耐久度計算的情況，在工程建設前加強對工程結構耐久性重要性的宣傳，保證設計人員在工程建設過程中能依據(jù)建筑的預期建設功能、工程的建設環(huán)境以及工程的實際施工條件，切實做好工程結構的耐久性設計，以便盡可能延長建筑的使用壽命。盡管從實際情況來看，給排水工程結構耐久性數(shù)值并不能得到精確的計算，但在開展工程結構耐久性設計之前，相關設計人員可以通過對建筑結構應用環(huán)境進行模擬的方式，獲取一定的耐久性范圍數(shù)值，進而在工程實際施工過程中，通過提升鋼筋混凝土硬度、抗壓性能等方式，切實滿足給排水系統(tǒng)對水流量、建筑實際使用壽命等方面的要求。

4.2 對給排水工程結構耐久性規(guī)范制度進行完善

4.2.1 提升工程結構的使用年限

鋼筋混凝土作為當前建筑工程中應用較為廣泛的建筑材料，盡管法律方面并沒有明確規(guī)定鋼筋混凝土結構的使用壽命，但土木工程行業(yè)普遍認為鋼筋混凝土建筑在無修補的情況下使用壽命應該在50~100年之間。同時，從GB 50068—2001《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》可以了解到，普通房屋與構筑物的設計使用年限應為50年，一些紀念性建筑以及一些特別重要的建筑結構其設計使用年限應在100年左右，現(xiàn)階段，對GB 50068—2001《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》、SL191—2008《水工混凝土結構設計規(guī)范》、《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定（鐵建設〔2005〕157號）》等規(guī)范進行分析，可以了解當前鋼筋混凝土材料的給排水工程結構設計使用年限應在50~100年之間，同時，在實際設計過程中，相關設計人員需要在考慮到委托方的要求與建筑預計使用情況的基礎上，開展給排水工程結構預期使用壽命的設計，并且，建筑的預期施工壽命應在50年以上。

4.2.2 判別工程所處的環(huán)境類型

2010年頒布的GB 50010《混凝土結構設計規(guī)范》中對混凝土結構所處的環(huán)境劃分成了7類，而GB/T 50476《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》將混凝土結構所處的環(huán)境分成了5類，并且依據(jù)混凝土結構所處環(huán)境將會對混凝土結構產(chǎn)生影響的嵌入，將環(huán)境對混凝土結構造成作用程度分成了6種環(huán)境等級。

現(xiàn)階段，給排水工程大多屬于水處理構筑物，在工作過程中，混凝土構筑物往往會受到所處理液體、土壤地下水的腐蝕以及構筑物所處地理環(huán)境的侵蝕，因此，在識別混凝土構筑物所處環(huán)境類型時應以《混凝土結構耐久性設計規(guī)范（GB/T 50476）》為標準，在對混凝土構筑物所處環(huán)境進行分類的同時，依據(jù)給排水系統(tǒng)所處環(huán)境以及自身所需要處理的液體情況對其耐久性等級進行劃分，在提升構筑物設計專業(yè)性的同時，為后續(xù)工程建設標準的制定提供參照。

4.2.3 選擇合適的混凝土材料

在當前的給排水工程結構建設過程中，為進一步提升工程結構的耐久性，相關設計人員可以從控制混凝土材料強度、抗?jié)B等級以及最大水膠比、氯離子含量、堿含量等方面入手，進一步提升混凝土的整體質量，保證混凝土材料在應用于給排水工程結構時能夠切實滿足GB/T 50476《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》的要求。

5 結束語

總而言之，在我國環(huán)境工程建設飛速發(fā)展的背景下，給排水工程的重要性也得到了有效的凸顯，現(xiàn)階段，為進一步提升我國給排水工程建設的可靠性，對當前給排水工程結構中的耐久性問題進行分析，并制定相應的解決辦法，從而達到切實提升給排水工程結構耐久性的目的。