《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》的編制和應(yīng)用

陸忠民，柏寶忠

(上海勘測設(shè)計研究院有限公司，上海 200434)

1 規(guī)范編制背景

我國水利水電工程水工建筑物的設(shè)計目前主要采用按強(qiáng)度設(shè)計的模式，主要考慮荷載作用下結(jié)構(gòu)承載力(強(qiáng)度)安全性與適用性的需要，較少考慮結(jié)構(gòu)長期使用過程中由于環(huán)境侵蝕作用引起結(jié)構(gòu)材料性能劣化、對結(jié)構(gòu)安全性與適用性的影響。

1998年頒布實施的《中華人民共和國建筑法》第六十條規(guī)定:“建筑物在合理使用壽命內(nèi)，必須確保地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量”;第八十條規(guī)定:“在建筑物的合理使用壽命內(nèi)，因建筑工程質(zhì)量不合格受到損害的，有權(quán)向責(zé)任者要求賠償”。所謂工程的“合理”壽命，首先應(yīng)滿足工程本身的“功能”(安全性、適用性和耐久性等)需要，其次是要“經(jīng)濟(jì)”，最后要體現(xiàn)國家、社會和民眾的根本利益如公共安全、環(huán)保生態(tài)和資源節(jié)約等需要。在許多情況下，建筑物的合理使用年限與工程的經(jīng)濟(jì)性并不矛盾，合理的耐久性設(shè)計在造價不明顯增加的前提下就能大幅度提高建筑物的使用壽命，使工程具有優(yōu)良的長期使用效益。耐久的工程適應(yīng)了環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明的需要。

《建設(shè)工程質(zhì)量管理條例》第二十一條規(guī)定，設(shè)計文件應(yīng)當(dāng)符合國家規(guī)定的設(shè)計深度要求，注明工程合理使用年限;第四十條規(guī)定，在正常使用條件下，基礎(chǔ)設(shè)施工程、房屋建筑的地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)工程的最低保修期限為設(shè)計文件規(guī)定的該工程的合理使用年限。

《建設(shè)工程勘察設(shè)計管理條例》第二十六條規(guī)定，設(shè)計文件要注明建設(shè)工程合理使用年限。

建設(shè)部《關(guān)于設(shè)計單位執(zhí)行有關(guān)建設(shè)工程合理使用年限問題的通知》(建設(shè)【2000】146號)規(guī)定，在設(shè)計文件中應(yīng)注明建筑物的合理使用年限。

遵照水利部領(lǐng)導(dǎo)批示精神，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院(以下簡稱水規(guī)總院)于2000年12月21日在北京召開了水利水電工程合理使用年限問題座談會，會議達(dá)成以下兩方面主要共識。

(1)在設(shè)計文件中注明工程合理使用年限，對于加強(qiáng)設(shè)計單位和設(shè)計人員的責(zé)任感，提高設(shè)計質(zhì)量，推動科技進(jìn)步，促進(jìn)水利建設(shè)的發(fā)展，具有積極意義，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真貫徹執(zhí)行。

(2)建議由水規(guī)總院牽頭，組織有關(guān)單位，通過廣泛深入的調(diào)查研究，起草一個文件，經(jīng)部審定后試行，以指導(dǎo)當(dāng)前工作，同時在實踐中繼續(xù)研究，不斷充實完善，為制定正式法規(guī)準(zhǔn)備條件。

2 專題研究及規(guī)范編制工作過程

2.1 專題研究

2001年12月上?？睖y設(shè)計研究院(以下簡稱上海院)受水規(guī)總院委托，開展水利工程合理使用年限規(guī)定的專題研究工作。通過調(diào)研和資料收集工作，對水利工程合理使用年限的涉及因素進(jìn)行分析研究，提出專題研究的主要思路、合理使用年限確定的依據(jù)和方法。調(diào)查了全國11個省和直轄市工程運行時間較長的32個水利水電項目，編制了工程調(diào)研報告，于2010年8月完成《水利工程合理使用年限專題研究報告》。

2.1.1 專題研究主要工作

(1)資料收集、整理、分析和研究。收集了國內(nèi)外有關(guān)建筑物合理使用年限(或設(shè)計使用年限)和耐久性設(shè)計方面的建筑、橋梁、港工、公路、鐵路等相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)、以及國內(nèi)外一些重大工程的使用年限或使用壽命的規(guī)定，并征詢了有關(guān)專家的意見。

收集了國內(nèi)外有關(guān)水工建筑物耐久性的大量資料，研究分析影響水工建筑物使用壽命的各因素，對我國現(xiàn)行水利水電行業(yè)設(shè)計、施工、管理有關(guān)的規(guī)程規(guī)范中與水工建筑物耐久性和使用壽命相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析、總結(jié)和研究。

(2)工程實地調(diào)研。調(diào)研了湖北、寧夏等11個省市的壅水建筑物、泄洪建筑物、輸水建筑物、水電站廠房、水閘、泵站等各類水工建筑物，同時走訪了相關(guān)工程設(shè)計、管理單位，收集了大量工程實例資料。

(3)專題研究報告的編寫?！端こ毯侠硎褂媚晗迣ｎ}研究報告》共分11章、2個附件，主要內(nèi)容為在一般環(huán)境、海水氯化物環(huán)境、土中和水中化學(xué)環(huán)境、凍融環(huán)境中水工建筑物(水閘、泵站、水庫、渡槽、水電站等)侵蝕破壞的實例，侵蝕破壞的原因，工程實際使用壽命和耐久性現(xiàn)狀，工程對建筑材料及施工的耐久性要求。

2.1.2 主要結(jié)論

(1)我國地域廣闊，水利水電工程所處環(huán)境(大氣環(huán)境、水環(huán)境、溫度、濕度、土壤、泥沙等)復(fù)雜，工程結(jié)構(gòu)種類繁多，建設(shè)過程不同，建成后管理水平、管理條件參差不齊，因此工程的耐久性表現(xiàn)出不同程度的狀況。

(2)工程耐久性問題十分復(fù)雜，不僅環(huán)境作用本身多變，帶有很大的不確定性，而且結(jié)構(gòu)材料在環(huán)境作用下的劣化機(jī)理也有諸多問題有待進(jìn)一步明確。環(huán)境條件與各類原材料均存在很大差異。

(3)國內(nèi)外對建筑物耐久性和使用年限的研究主要集中在混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，研究的程度較深，資料較豐富，確定合理使用年限有一定基礎(chǔ)。但當(dāng)?shù)夭牧系慕ㄖ?，如以土、石、砂等?dāng)?shù)夭牧咸钪⑵鲋牡?、壩等其耐久性問題研究與混凝土結(jié)構(gòu)有明顯差距，研究資料和觀測、檢測資料較少。

(4)由于環(huán)境作用和建筑物材料性能劣化機(jī)理的復(fù)雜性、不確定性與不確知性以及缺乏足夠的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，目前尚難對建筑物的耐久性及其實際使用年限作出準(zhǔn)確的預(yù)測，研究的成果只是一種基于現(xiàn)有認(rèn)識的、近似的判斷和估計。

2.2 規(guī)范編制過程

2.2.1 征求意見稿階段

在進(jìn)行專題研究過程中，同時開展了標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

2002年8月上海院完成了《水利工程合理使用年限的規(guī)定》編制工作大綱，2003年6月編制組完成《水利工程合理使用年限的規(guī)定(征求意見稿)》(以下簡稱《規(guī)定》)，征詢水利系統(tǒng)有關(guān)單位和專家的意見。根據(jù)專家意見，編制組對征求意見稿進(jìn)行了修改，于2005年3月完成了《規(guī)定》征求意見稿二稿。2005年4月水規(guī)總院在北京主持召開《規(guī)定》征求意見稿二稿討論會，形成主要意見如下。

(1)為了執(zhí)行國務(wù)院頒布的《建設(shè)工程質(zhì)量管理條例》和建設(shè)部《關(guān)于設(shè)計單位執(zhí)行有關(guān)建設(shè)工程合理使用年限問題的通知》，根據(jù)水利行業(yè)的需要，編制《規(guī)定》是十分必要的，對今后的水利工程建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

(2)鑒于水利工程由各種水工建筑物組成，不同的水工建筑物有不同的使用年限，為與《建設(shè)工程質(zhì)量管理條例》相對應(yīng)，同時為以后在《規(guī)定》使用過程中積累經(jīng)驗，以便進(jìn)一步修改完善，建議將名稱改為“水利工程水工建筑物合理使用年限暫行規(guī)定”，也有部分專家建議將名稱改為“水利工程水工建筑物合理使用年限導(dǎo)則”。

(3)《規(guī)定》中所規(guī)定的使用范圍和內(nèi)容總體上是合適的，對其框架順序建議作適當(dāng)調(diào)整，突出合理使用年限規(guī)定，對有關(guān)建筑物材料、設(shè)計、施工、運行和管理方面的條款可作適當(dāng)簡化。

據(jù)此，編制組于2006年6月完成《水利工程水工建筑物合理使用年限暫行規(guī)定(送審稿)》。

2008年底，根據(jù)水利部標(biāo)準(zhǔn)制定、修訂計劃安排，在《水利工程水工建筑物合理使用年限暫行規(guī)定(送審稿)》和《水利工程合理使用年限專題研究調(diào)研報告》的基礎(chǔ)上，啟動編制《水利水電工程合理使用年限設(shè)計規(guī)范》工作。2009年6月完成了《水利水電工程合理使用年限設(shè)計規(guī)范》編制工作大綱。

2011年3月編制組完成了《水利水電工程合理使用年限設(shè)計規(guī)范(征求意見稿初稿)》。2011年4月，水規(guī)總院在北京組織召開了征求意見稿初稿的咨詢討論會，建議將規(guī)范名稱改為《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》。

2011年10月，經(jīng)修改形成的《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范(征求意見稿)》向全國水利水電行業(yè)114家有關(guān)單位及專家征求意見，編制組共收到137條意見。

2.2.2 送審稿階段

在整理、分析、研究征詢收到的意見后，編制組對征求意見稿進(jìn)行了修改、調(diào)整，2012年6月編制完成《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范(送審稿初稿)》。2012年6月25日，水規(guī)總院組織專家對送審稿初稿進(jìn)行了咨詢討論，經(jīng)修改后于2012年8月編制完成《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范(送審稿)》(以下簡稱《規(guī)范(送審稿)》)。

2012年11月14日～16日，水利部國際合作與科技司在北京主持召開了《規(guī)范(送審稿)》審查會，會議認(rèn)為《送審稿》滿足編制工作大綱要求，編寫程序符合《水利標(biāo)準(zhǔn)化管理工作辦法》要求，提交會議的送審材料齊全，滿足審查要求;體例格式基本符合《水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)定》(SL1-2002);章節(jié)安排基本合理，內(nèi)容全面，主要技術(shù)指標(biāo)合理，可操作性強(qiáng)，滿足了當(dāng)前我國水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計的要求。會議通過了對送審稿的審查，同時對部分條文提出了具體修改意見。

2.2.3 報批稿的形成和規(guī)范的發(fā)布實施

根據(jù)審查意見，編制組對送審稿進(jìn)行了修改、調(diào)整，2013年2月編制完成《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范(報批稿)》。

2013年4月26日水利部國際合作與科技司在北京組織召開報批稿審定會。根據(jù)報批稿審定意見，編制組修改完成了該規(guī)范報批稿二稿。2013年5月31日提交了報批稿審定會后要求提交的相關(guān)成果，完成了規(guī)范編制所有工作。

2014年1月26日水利部發(fā)文批準(zhǔn)《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》為水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，予以發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)編號為 SL654-2014，于2014年4月26日實施。

3 規(guī)范主要章節(jié)內(nèi)容

3.1 章節(jié)內(nèi)容

規(guī)范共4章和1個附錄，主要技術(shù)內(nèi)容有水利水電工程及其水工建筑物的合理使用年限規(guī)定、水工建筑物耐久性設(shè)計要求。具體章節(jié)內(nèi)容見表1。

表1 規(guī)范各章節(jié)內(nèi)容、條款數(shù)量設(shè)置表

3.2 主要條文編制的背景和依據(jù)

3.2.1 關(guān)于水利水電工程及各類建筑物的合理使用年限要求

(1)對現(xiàn)有水利水電工程的調(diào)查分析。調(diào)查了全國11個省和直轄市32個水利水電工程以及部分國外工程項目(包括水庫、水電站、水閘、泵站、渡槽等)，了解目前現(xiàn)有工程的安全性和耐久性狀況、運行狀況、安全鑒定情況，研究分析了影響水工建筑物使用年限和耐久性的各因素。

(2)對現(xiàn)行水利水電行業(yè)設(shè)計、施工、管理有關(guān)的規(guī)程規(guī)范中與水工建筑物耐久性和使用年限相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析和研究。

(3)收集了國內(nèi)外其他行業(yè)有關(guān)建筑物合理使用年限(或設(shè)計使用年限)和耐久性方面的規(guī)定，主要有建筑、港工、公路、鐵路、橋梁等相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)外有關(guān)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和一些重大工程的使用年限或使用壽命的規(guī)定。

3.2.2 關(guān)于環(huán)境類別

水利水電工程的環(huán)境類別，主要依據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(SL191-2008)、《水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范》(GB/T50662-2011)的有關(guān)規(guī)定編寫，部分借鑒了《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》(GB/T50476-2008)的規(guī)定，同時指出水利水電工程還有泥沙淤積和不良地質(zhì)等環(huán)境。

3.2.3 關(guān)于不同環(huán)境下的耐久性設(shè)計要求

(1)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。侵蝕性環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計要求主要依據(jù)SL191-2008、GB/T50662-2011的有關(guān)規(guī)定編寫，同時借鑒了GB/T50476-2008的有關(guān)規(guī)定，并結(jié)合現(xiàn)行水利水電行業(yè)其他設(shè)計、施工規(guī)范中的相關(guān)要求，按水工建筑物的特點和行業(yè)習(xí)慣等進(jìn)行編制。

(2)混凝土壩等大體積混凝土建筑物和土、石等當(dāng)?shù)夭牧辖ㄖ镆约八そ饘俳Y(jié)構(gòu)。總結(jié)了近年來的水利水電工程實踐經(jīng)驗，參照現(xiàn)行水利水電行業(yè)設(shè)計、施工、管理有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中與水工建筑物耐久性和使用壽命相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行編制。

4 規(guī)范的應(yīng)用

4.1 合理使用年限確定

規(guī)范規(guī)定新建的水利水電工程在項目建議書、可行性研究報告、初步設(shè)計報告、招標(biāo)設(shè)計文件、施工圖設(shè)計說明等設(shè)計文件中，應(yīng)注明工程及其永久性水工建筑物的合理使用年限。工程及其建筑物的合理使用年限的確定按表2、表3進(jìn)行。同時規(guī)定，綜合利用的水利水電工程，當(dāng)按各綜合利用項目確定的合理使用年限不同時，其合理使用年限應(yīng)按其中最高的年限確定。水工建筑物的合理使用年限不應(yīng)超過其所屬工程的合理使用年限。水工建筑物級別提高或降低時，其合理使用年限應(yīng)不變。

表2 水利水電工程合理使用年限 單位:年

表3 水利水電工程各類永久性水工建筑物的合理使用年限 單位:年

注:水庫壅水建筑物不包括定向爆破壩、橡膠壩。

由表2、表3可以看出，工程合理使用年限的確定和建筑物合理使用年限的確定是分別進(jìn)行的，但又有密切聯(lián)系。工程合理使用年限的確定主要依據(jù)工程類別、工程等別和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求確定，建筑物合理使用年限主要根據(jù)建筑物類別和建筑物級別確定。這個確定的方法和思路主要參照了《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)中對工程等別和建筑物級別規(guī)定的思路，使得合理使用年限的確定與工程等別、建筑物級別相對應(yīng)，體現(xiàn)了水利水電行業(yè)的特點和要求，與其他行業(yè)(如建筑、橋梁、港工、鐵路等)的使用年限的確定明顯不同。

例如一特別重要的流域調(diào)水工程，水庫總庫容339億 m3，裝機(jī)容量為 900MW，混凝土壩高176m。按水庫庫容，為Ⅰ等工程，根據(jù)表2，則工程合理使用年限為150年;按供水重要性，為Ⅰ等工程，根據(jù)表2，則工程合理使用年限為100年;按發(fā)電裝機(jī)容量，為Ⅱ等工程，則工程合理使用年限為100年，最終綜合確定此工程的合理使用年限為150年。該工程主要建筑物大壩、泄水建筑物、輸水建筑物、電站廠房均為1級建筑物，根據(jù)表3，則大壩、泄水建筑物的合理使用年限為150年，輸水建筑物、電站廠房為100年。

4.2 耐久性設(shè)計

規(guī)范第4章對水利水電工程及其水工建筑物耐久性設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行了全面系統(tǒng)的規(guī)定，包括一般規(guī)定、構(gòu)造要求、材料要求和不同侵蝕環(huán)境條件下設(shè)計要求4個部分內(nèi)容，技術(shù)指標(biāo)合理，可操作性強(qiáng)。

新建的水利水電工程的耐久性設(shè)計內(nèi)容需按該規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行，故在工程的項目建議書、可行性研究報告、初步設(shè)計報告的“工程布置及建筑物”一章中應(yīng)增加“建筑物耐久性設(shè)計”章節(jié)，詳細(xì)說明工程及其水工建筑物的合理使用年限，建筑物所處的環(huán)境條件;根據(jù)合理使用年限要求和環(huán)境條件，具體提出建筑物材料要求和結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求。材料要求包括原材料的選擇、混凝土強(qiáng)度等級、水膠比、抗?jié)B等級、抗凍等級以及抗侵蝕性和抗沖耐磨等要求。土、石結(jié)構(gòu)材料抗風(fēng)化、抗環(huán)境侵蝕要求等。結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求包括結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置、混凝土保護(hù)層厚度、混凝土裂縫控制、有效的防滲、排水設(shè)施等。

耐久性設(shè)計還應(yīng)考慮到建筑物正常使用過程中構(gòu)件的預(yù)定檢測、維護(hù)及必要的更換。構(gòu)件使用年限比主體結(jié)構(gòu)短時，應(yīng)設(shè)計成可更換的構(gòu)件。對耐久性要求高但易發(fā)生耐久性破壞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)部位，設(shè)計時應(yīng)考慮方便檢修的條件和更換的可能性，必要時可采用耐久性高的結(jié)構(gòu)。

不同環(huán)境條件耐久性設(shè)計目標(biāo)為:碳化環(huán)境條件下，應(yīng)控制大氣作用下混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕;凍融環(huán)境條件下，應(yīng)控制混凝土遭受長期凍融循環(huán)作用引起的損傷;氯化物環(huán)境(包括海水、鹽霧、除冰鹽環(huán)境)條件下，應(yīng)控制氯離子引起的鋼筋銹蝕;化學(xué)腐蝕環(huán)境條件下，應(yīng)控制混凝土遭受化學(xué)腐蝕性物質(zhì)長期侵蝕引起的損傷。當(dāng)?shù)夭牧咸钪牡?、壩結(jié)構(gòu)應(yīng)具有防滲、排水、抗風(fēng)化和抗沖刷的長期性能。

在施工圖設(shè)計階段，設(shè)計說明中應(yīng)提出工程及其水工建筑物的合理使用年限，耐久性所需的原材料要求、施工技術(shù)要求和施工質(zhì)量驗收要求以及耐久性專項質(zhì)量檢驗要求等。

工程竣工后，應(yīng)向業(yè)主提出建筑物使用過程中日常維護(hù)措施、設(shè)計預(yù)定的定期修理、部件更換、監(jiān)測要求、檢測要求和定期安全鑒定計劃的內(nèi)容。

在建筑物在日常運行和管理中，應(yīng)按設(shè)計工況運行，不應(yīng)有超出設(shè)計范圍的工況。對特殊運行工況，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和控制。建筑物的日常運行管理應(yīng)建立檢測、維護(hù)的制度，及時更換不能正常工作結(jié)構(gòu)或部件。

5 結(jié)語

由于水利水電工程類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)材料多樣，使用運行條件各有不同，故該標(biāo)準(zhǔn)的編制難度大，時間跨度長。工程合理使用年限的規(guī)定對水利水電行業(yè)來說是一個新問題、新課題，而合理使用年限必須考慮環(huán)境侵蝕作用、材料性能等因素的變化對于結(jié)構(gòu)耐久性的影響，工程的耐久性設(shè)計就是為了滿足建筑物在合理使用年限內(nèi)能按設(shè)計功能安全使用的要求。

由于耐久性問題十分復(fù)雜，目前尚缺乏足夠的工程經(jīng)驗和數(shù)據(jù)積累。因此廣大設(shè)計、科研、工程建設(shè)管理人員在使用本標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)結(jié)合工程重要性和環(huán)境條件等具體特點，充分考慮當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，注意工程經(jīng)驗、試驗數(shù)據(jù)的積累，為今后該標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)和完善提供充分的依據(jù)和基礎(chǔ)。