重大土木與水利工程安全性及耐久性的基礎研究

武娟 高淳區水資源管理中心

引言：土木工程大多與城市發展建設息息相關，而水利工程通過控制與調配自然資源，以此來達到除害興利的目標，但是目前土木與水利工程發展迅速，施工規模逐步擴大，這也為工程建設帶來諸多困難。我國對于基礎設施的要求往往非常嚴格，尤其是安全性與耐久性兩項指標，關乎著整個工程的質量，并且會影響后續的應用和維護。另外很多工程項目大多由政府部門投資建設，若施工過程中安全性與耐久性沒有達到標準，不僅會損壞國家的利益，還會對國民生計造成威脅，因此重大土木與水利工程與國家發展息息相關。

一、重大土木工程安全性分析

（一）構件承載能力安全性

對土木工程來說安全性體現在多個方面，其中就包括構件承載能力安全性，在建設過程中必須要符合國家規定的標準要求，只有達到安全水準才能提高建筑質量，但是我國在相關標準上比國外同類工程規范往往較低。構件安全性與自身的承載能力有關，因此在工程設計中往往會提前進行計算，并選擇相應的材料去提高構件強度標準，這樣就能達到國家要求的構件承載標準。構建承載能力與建筑工程安全系數存在密切關聯，很多發達國家都會通過提高構件承載能力標準，對工程質量進行約束，由于我國在標準上相比發達國家有所降低，所以在建筑物的荷載標準值有一定差距，尤其是不同材料、不同類型結構的安全設置水準，往往與國際間存在差距。雖然我國在規范標準下較低，但施工過程中的材料質量，大多高于國外同類工程，所以問題在于構件承載能力標準值設計創新，而不是通過材料或其他因素改變構件承載能力的安全性。

（二）結構整體牢固安全性

除了土木建筑工程中結構構件承載力以外，整體的牢固安全性同樣非常關鍵，這樣才能保證后續不會出現各類質量問題。建筑結構整體牢固性，代表工程應用過程中出現局部損壞，但不會引發大范圍損壞或倒塌的能力，大多數情況下土木建筑牢固安全性，會依賴結構本身良好的延伸性和冗余度，這樣才能面對嚴峻的自然災害，包括地震、爆炸等，有利于減輕災害帶來的損失。例如2001年在河南石家莊，在一棟民用住宅樓中，因土炸藥爆炸導致墻體局部出現損壞，最終導致整棟樓倒塌，這就是結構整體缺乏牢固性的表現，可能會造成無法逆轉的后果，給廣大的百姓帶來生命財產威脅。

（三）整體荷載強度安全性

土木工程建設往往相對復雜，工程開始前必須要進行大量調查、計算以及設計，施工過程中要依靠出色的管理，才能真正確保質量符合標準，尤其是安全性能夠達到國家要求。目前土木工程在荷載參數上相對嚴謹，這也要求設計人員能夠按照規范去制定施工方案，以此來展現出土木建筑工程的荷載性能，大多數情況下荷載強度不同，代表施工規范中的荷載標準存在差異，而規定的荷載標準就是整個土木工程的安全系數。在土木工程中有很多因素會影響整體荷載強度安全性，例如設計師的水平、經驗，前期現場勘查是否全面，以及施工過程中的偷工減料，都會降低土木工程安全系數，對質量造成嚴重影響。除此之外施工中忽略管理工作，導致技術的運用上存在不合理，最終影響到土木工程荷載參數。

二、重大土木工程耐久性分析

（一）土木工程安全設置水平較低

目前來看我國土木建筑工程的耐久性并不高，很多建筑工程在25～30年后就需要展開修理，而處于惡劣環境下的建筑物會適當縮短使用壽命，20年左右就需要大修，民用建筑與公共建筑維持的年限要相對較長，一般來說都能達到50年左右，但是處于室外的陽臺、雨罩等露天構件受到環境影響會降低到30年。由此可見橋梁、公路等基礎設施工程的耐久性往往會更低，這個問題大多與施工過程的管理有關，同時包括應用過程中的環境惡化，最重要的是土木工程安全設置水平較低。作為整個工程的基本規范，施工過程中所有操作都要基于安全規范標準之內，作為本身存在安全風險的行業，更應該有嚴格的施工標準和原則。但是目前來看我國土木工程安全規范過于粗略，不僅存在諸多問題權威性也明顯不足，很難起到警示與約束的作用，因此土木工程往往安全性和耐久性不足。

（二）土木建筑結構耐久性差缺乏維護意識

土木建筑耐久性是比較重要的問題，這會影響工程后續的使用年限，因此在使用階段往往會采取相應的檢測、維護措施，對于工程展開詳細分析，很多處于惡劣環境下的工程更應該加強檢測與維護，這樣才能降低應用過程中的安全隱患。目前來看我國土木建筑工程已經逐漸進入老化階段，由于很多工程在建設過程中不符合規范，必須采取相應措施進行檢測、加固處理。此類工程在施工過程中往往缺少耐久性考慮，尤其是環境對于建筑工程本身的影響，導致應用過程中混凝土腐蝕或鋼筋銹蝕，建筑整體安全性與耐久性大大降低。其次在施工結束后沒有定期開展監測與維護，而使用者更不具備這樣的意識和認知，因此土木建筑工程在沒有達到使用年限后就出現損壞，甚至造成嚴重的經濟損失與人員傷亡。

（三）土木建筑施工操作不當導致耐久性降低

土木工程大多處在露天環境下施工，基本上不僅會受到自然因素影響，與自身的操作同樣息息相關，施工過程中任何條件無法滿足需求，可能都會造成建筑耐久性降低點問題。例如違章施工、前期勘探不夠準確、設計方案存在偏差、施工過程中隨意改動圖紙內容等，都會引發極為嚴重的后果，尤其是很多建筑單位看重經濟效益，在材料的選擇上往往低價購買，導致整體強度與荷載能力達不到預期要求，尤其是民用建筑樓房很容易出現斷筋、開裂等質量問題。另外施工人員沒有經過嚴格教育培訓，導致施工過程中操作不當，加上建筑單位沒有針對性展開監督管理，所以導致工程整體質量無法達到預期目標，目前來看我國有很多建筑工程安全事故，都與施工人員的違規操作有關，嚴重的情況下可能會引發大規模傷亡。

三、重大水利工程安全性分析

（一）前期安全性

重大水利工程項目往往較為復雜，施工過程中可能會受到周邊環境等因素影響，因此需要前期做好現場勘查，避免拖延施工周期、留下潛在的安全隱患。水利工程主要起到擋水、蓄水以及泄水等重要作用，前期施工中對地基的要求極為嚴格，所以施工地質條件必須滿足水利工程需求，大多會較為專業團隊進行地基處理。其次要根據水利工程項目的位置完成導流、截流作業，在建設時必須要將改善國民生計放在首位，同時根據地理位置判斷是否存在含沙量較高的問題，這樣在前期施工中能夠有效處理避免黃沙過多造成河道淤塞，同樣會引發極為嚴重的安全隱患。由此可見水利工程前期需要做好諸多安全問題處理，對可能存在的安全隱患提前預防，為廣大人民群眾的生命財產提供安全保障。

（二）中期安全性

目前來看水利工程最大的特點在于工期長，施工人員未必能夠長時間保持安全意識，在施工過程中造成疏忽，加上施工單位安全責任制度沒有廣泛落實，因此會給中期安全性大大降低。對于水利工程來說，最需要重視的就是中期階段，重大水利工程在功能上會更加復雜，包含了防洪、灌溉、航運、發電等等，所以在施工過程中要謹慎分析，盡量保障所有功能性。比如根據季節把握好水閘高度，必要的情況下蓄水進行應急，灌溉時同樣要控制用水量，降雨量提高時應做好預防措施，通過調控水閘高度避免水災發生。因此在工程設計中要考慮好各方面問題，尤其是結合度汛措施，保證好蓄水期間的防洪安全。

（三）后期安全性

水利工程往往規模龐大，因此必然會涉及到大量的投資，如果施工過程中沒有做好設計規劃，施工能力與水平又不強，必然會給水利工程建設帶來嚴重損失，包括后期工程運用的安全問題。在水利工程的后期運營過程中，盡管看似并不復雜和繁瑣，但仍然需要給予重視，以此來避免水利工程使用壽命過快，無法發揮其功能與作用。大多數情況下水利工程后期運營需要定期維修檢測，一旦發現問題必須及時處理，必要的情況下應采取拆除、取締等方法，這樣才能避免對當地居民造成生命財產安全威脅。由此可見水利工程后期要做到防患于未然，維護好整個工程運營的穩定，對突發事件或意外事件進行預防和應急處置，等后期安全性將會大大提高。

四、重大水利工程耐久性分析

（一）防洪工程耐久性

重大水利工程的建設依托自然資源實現，由于近些年我國生態環境保護意識有所增強，打造良好的治水、用水環境將成為重要目標。水利工程不僅關系到國民經濟，同時也會影響各類自然災害，例如水利工程的防洪功能，大多數情況下在工程建設初期就會提前考慮好防洪功能，并通過有效設計提高防洪功能的持久性，為了保證下游人民群眾的生命財產安全，不受水災影響汛墻加固工程至關重要。另外需要注意施工過程中不能過度追求利益，必須要投入足夠的資金，滿足水利工程防洪耐久性，這樣才能有與自然災害對抗的資本，為人們都生命財產安全提供保障。

（二）蓄水工程耐久性

水是關乎著我國社會經濟發展的戰略性資源，而水利工程能夠對水資源進行合理分配、運用，并且是影響國民生計的重要工程項目。水利工程往往具備良好的蓄水功能，而蓄水功能的持久性就是影響國民生計的關鍵因素，由于自然降水無法通過人為展開控制，所以降水量很難達到平衡，這種情況下就需要利用蓄水功能。無論是干旱地區還是水患長發地區，調節水量的功能對于水利工程來說至關重要，除了防洪以外蓄水同樣會有重大影響，如果耐久性無法達到預期，在蓄水后水利工程出現質量問題，必然會引發更為嚴重的水患，所以在工程建設中就應該提前思考如何提高蓄水功能的耐久性。

（三）引水工程耐久性

水利工程的建設可以提高地區抗旱、抗澇能力，同時有助于調節當地氣候、優化水環境，確保該地區能夠維持良好的自然生態，當然這也需要水利工程的另一項功能，借助引水實現自流灌溉等。我國很多區域受到地理位置影響始終處于缺水干旱的狀態，而水利工程的引水功能將會滋潤干戈的大地，為當地的人民帶來更多水資源運用。因此飲水功能的耐久性非常重要，如果飲水功能耐久性無法得到保障，河流的改向將難以得到有效控制，可能會造成難以預估的后果。

五、提高重大土與大水利工程安全性及耐久性對策

（一）加強土木工程質量檢測與維護

土木工程的安全性與耐久性，不僅要依靠施工過程來實現，同時要借助相應的檢測與維護措施，極高建筑工程的使用壽命，由于土木建筑工程大多處在惡劣的環境下，為了保證使用過程中的安全性與耐久性，必須定期開展檢測與維護工作。目前我國針對土木工程有著明確的設計規范與施工標準，如果沒有按照規范操作可能會引發嚴重的坍塌事故，而定期檢測維護有利于避免事故的發生。尤其是民用住宅于影響公眾安全的橋梁建筑，都要定期接受嚴格的檢測，包括建筑外墻面磚等部件，若存在隱患都會傷及公眾生命安全，所以當下應制定強制性的檢測要求。其次要注意完善土木建筑工程檢測與維護制度，對施工單位進行有效約束，明確起終身負責的意識，并將檢測與維護工作真正貫徹落實，充分保障土木建筑工程的安全性與耐久性，這樣也能起到預防效果，提前發現可能存在的安全隱患。

（二）采用科學合理的設計理念

土木建筑工程的安全性與耐久性與設計存在密切關聯，當下應采用更加科學合理的設計理念，明確好設計人員的職責，這樣才能充分保障建筑質量。首先要注重土木建筑工程中的材料，包括鋼筋、混凝土等材料，如果不符合要求必然會造成安全性降低、耐久性縮短的問題，因此在前期設計中要考慮好材料的應用。其次施工過程中要有明確的安全指標，并針對性開展強度、荷載性能方面的實驗，模擬地震等自然災害從而判斷土木工程質量是否達標。除此之外要構建完善的監督管理系統，并落實好參與施工的人員責任，必須要圍繞安全性與耐久性進行建設，在違反規定的條件下應給予嚴厲處罰，確保土木建筑能夠順利完成施工。

（三）重視土木工程安全性與耐久性研究

目前我國土木建筑工程對于安全性與耐久性的認識不足，大多會通過經驗或其他措施彌補施工缺陷，如此可見安全性與耐久性方面的理論還有待加強，尤其是標準規范、規章制度與工程實際不符，缺乏全面、具體的整治措施。比如在材料性能方面，混凝土碳化、堿骨料反應與鋼筋銹蝕時間關系等，都是影響土木工程安全性與耐久性的重要因素，除此之外應重視無黏結預應力工藝、灌漿不密實引發的結構耐久性問題，通過采取適當措施對施工細節進行調整，以此來提高土木工程安全性與耐久性。施工單位必須本著對國家、社會負責的態度，加強施工過程中的安全性與耐久性分析，不斷獲取實踐經驗改良施工方案，為社會發展貢獻最大力量。

（四）合理設置土木建筑結構設計安全標準

由于我國社會經濟處在時刻變化的形勢下，土木工程建設應做到與時俱進，重新審視傳統的安全設施水準，考慮好工程安全性與耐久性不足引發的風險與后果，重新修訂安全標準，將新的技術標準體系與管理體制嚴格落實。當下我國在土木工程中缺少地方性規范與施工標準，這也導致在不同地區和環境下，施工技術水平存在明顯差異，因此迫切需要合理設置安全標準。比如公路橋梁等基礎設施，需要承擔的風險往往非常大，并且近些年發展迅速車流量增加，所以在荷載標準值與承載能力上要有所提高，另外不同地區的經濟發展水平懸殊，建筑物安全性與耐久性要求應區別對待，促使安全標準更為科學合理。

（五）落實水利工程安全施工

當下重大水利工程應落實安全施工理念，建立相應的安全管理系統，嚴格執行提出的各類安全策略，施工過程中避免出現忽視、疏漏的情況，通過落實安全責任對違規操作、監管不力的行為展開懲罰處理。由于水利工程施工相對復雜，其中包含不同的施工項目，并且在施工中可能存在交叉或沖突，為了保障施工安全必須注重細節，履行施工項目安全責任。例如水利工程需要注意防觸電、消防雷保護等安全措施，材料倉庫、設備倉庫必須合理規劃，施工過程中應注重結合水文與氣象信息開展，對自然災害進行合理預防，充分保障水利工程的安全性。

（六）合理設計提高水利工程耐久性

耐久性對于水利工程來說至關重要，尤其是涉及到防洪蓄水等功能的耐久性，將會起到長期為社會服務的目標，如果耐久性較低必然會影響不同功能的使用，甚至引發極為嚴重的后果。通過對以往的水利工程進行分析，耐久性低主要由于設計、施工質量以及材料運用有關，其中混凝土是最主要的因素，施工過程中材料配比錯誤，導致混凝土結構造成破損、碳化等，因此需要針對水利工程耐久性進行強化。材料方面可以通過外加劑、正確的混凝土比例，有效提高水利工程整體結構耐久性，同時注意混凝土澆筑施工過程，同時做好后續的養護工作，對溫度與濕度加強控制等，以此來減少各類因素造成的混凝土脫裂問題。

（七）加強水利工程安全施工教育

以往水利工程安全問題大多由于施工中的疏忽、輕視造成，當下應通過加強安全施工教育培訓，提高施工人員本身的安全生產意識。準確來說人的行為會通過意識進行支配，如果施工人員能夠保持良好的安全意識，必然會減少施工過程中的事故發生，因此安全施工教育至關重要，這也是保障水利工程建設的基礎條件。首先在施工正式開始前，應為施工人員提供崗前安全培訓活動，根據不同崗位采取針對性安全教育措施，了解不同類型的安全事故，從而加強施工過程中的細節處理。另外施工過程中同樣要注重宣傳，時刻督促施工人員注重安全施工行為，必要的情況下可以定期對施工人員的安全生產知識、技能展開考核，若施工過程中違背制度或原則，必須接受相應的處罰。

（八）提前做好水利工程安全事故預防

想要保障水利工程建設順利開展，必須要保證施工過程足夠謹慎，因此需要提前對安全事故展開預防，這也是提高工程質量的重要條件。但是水利工程安全事故大多有多方面因素引起，因此要針對現有的安全管理狀況、潛在的安全隱患進行分析，同時提出有效的預防措施。比如在材料的應用方面，鋼筋混凝土用量與配比，應經過相對嚴密的計算，同時反復試驗達到標準后才能應用在水利工程中，另外要注意搜集地區氣候條件、地形地質條件等，提前制定好導流預案、應急方案，并且考慮好洪汛、排水等應急措施，增強水利工程的安全性。部分工程會涉及到爆破工作，施工前需要明確爆破位置、爆破強度、影響范圍等，保護好施工人員的生命財產安全。

（九）注重水利工程施工現場監督管理

水利工程施工現場是最容易引發安全隱患的區域，所以要作為重點加強安全保障，由施工現場的各類防電、防火與各類基礎設施的設置，應按照工程監理人員批準的方案部署，確保每個環節都符合規范標準。其次施工現場必須要做好責任劃分，由負責人對各個施工環節展開檢查，施工過程中機械設備的應用要合理規劃，避免造成交通不暢，通過提前針對功能區規劃、協調，研究出更加安全、流暢的交通路線。由此可見施工現場安全管理，要注重各部門之間的溝通組織，有利于避免機械設備運轉作業造成的安全事故。

結束語：近些年我國城市建設速度明顯加快，而重大土木與水利工程是城市發展規劃的基礎條件，但是重大土木與水利工程本身相對復雜，在施工過程中受到外界與自身因素影響的概率很大，這也導致安全性與耐久性無法達到預期要求。作為判斷建筑工程質量標準的主要指標，安全性與耐久性得不到保障，必然會對現代化建設與國民經濟發展造成沖擊，同時為人們的日常生活與工作帶來困擾。因此當下必須針對土木與水利工程質量進行監督管理，尤其是安全性與耐久性應制定明確標準，通過完善技術體系與管理體制，推動重大土木與水利工程規范化發展，施工過程中謹慎求穩，從而達到預期的質量標準。