關(guān)于給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的解析

莊旭東

摘要：在我國城市化快速發(fā)展的進(jìn)程中，給排水工程結(jié)構(gòu)的耐久性至關(guān)重要，直接關(guān)系到城市生產(chǎn)生活的用水問題。本文分析了目前給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的幾個常見問題，并從結(jié)構(gòu)壽命、環(huán)境類別、混凝土材料和施工要求等方面提出了一些建議，并應(yīng)對相關(guān)規(guī)范不斷改進(jìn)和補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：給排水;工程結(jié)構(gòu);耐久性;設(shè)計(jì)

前言

給排水工程結(jié)構(gòu)包括雨水和污水泵站，各種廢水處理和廢水存儲設(shè)施，城市雨水和污水管道，特種井，取水設(shè)施，水閘等。給排水工程是與水體長期長期接觸的所有地下或半地下結(jié)構(gòu)?；炷潦墙o排水工程的主要建筑材料，具有良好的機(jī)械性能和耐久性。但是，由于給排水工程長時(shí)間接觸水和水中的化學(xué)物質(zhì)，混凝土往往會在一定程度上降低其耐久性。對于某些酸性下水道管，混凝土和內(nèi)置鋼筋可能會迅速被腐蝕，從而大大降低其穩(wěn)定性和使用壽命。因此，給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)必須對實(shí)際問題進(jìn)行解決。

1.給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性

所有工程設(shè)計(jì)都必須考慮到結(jié)構(gòu)的耐久性。結(jié)構(gòu)的耐久性主要是指結(jié)構(gòu)在清潔環(huán)境中的整個生命周期內(nèi)提供安全性和可用性的能力。耐久性主要包括混凝土碳化，鋼腐蝕等，這對土木工程具有重要意義。如果不能保證壽命，將導(dǎo)致極其嚴(yán)重的后果，甚至可能給整個社會帶來巨大壓力。給排水工程結(jié)構(gòu)覆蓋了主要廢水處理廠和水處理設(shè)施的水庫。通常這些是地下或半地下結(jié)構(gòu)，通常直接與各種水或地下水接觸?；炷潦墙o排水工程中最重要的建筑材料，盡管它具有良好的耐久性，但它的結(jié)構(gòu)組件在干燥和潮濕的交替環(huán)境中使用，也在外部環(huán)境（例如水和化學(xué)侵蝕性環(huán)境）中使用，或直接在鹽、海浪等的環(huán)境中。這可能導(dǎo)致其性能快速下降，鋼筋腐蝕，損壞混凝土的整體結(jié)構(gòu)以及耐久性急劇下降?；瘜W(xué)腐蝕，例如氯離子，硫酸根離子和鎂離子，可能會存在于水中，特別是對于某些混凝土成分，將造成巨大破壞。顯然，耐久性對于給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要。

2.給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1設(shè)計(jì)理念落后

在很多給排水項(xiàng)目工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)師對于耐久性設(shè)計(jì)認(rèn)識不足，或者并不重視。相比于耐久性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師更重視結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、承載力或者抗裂性的設(shè)計(jì)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，很多給排水工程運(yùn)行20年左右就需要進(jìn)行翻新，最長也不多30年壽命，這造成了極大的浪費(fèi)。究其原因是在給排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不重視耐久性的設(shè)計(jì)。當(dāng)然與環(huán)境也有一定的關(guān)系，通常情況下環(huán)境條件越惡劣，混凝土結(jié)構(gòu)的壽命就越短。此外一些給排水工程中由于鋼筋混凝土保護(hù)層太薄且密實(shí)度低，許多項(xiàng)目在竣工后的數(shù)年內(nèi)都會遭受鋼筋腐蝕和混凝土開裂的情況。而我國從1980年代開始建設(shè)大量的各種規(guī)模的廢水處理廠，其中大多數(shù)尚未達(dá)到50年的使用壽命，許多結(jié)構(gòu)都存在諸如混凝土外皮剝落和鋼筋腐蝕等問題，造成巨大損失。

2.2設(shè)計(jì)規(guī)范亟待完善

目前，給排水工程的耐久性設(shè)計(jì)的主要規(guī)范制定的時(shí)期都比較早，且其中，缺乏專門針對給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的規(guī)范。只是在一些章節(jié)中有所涉及和要求，規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)并不細(xì)致，也沒有針對環(huán)境類別以及使用壽命等進(jìn)行具體的規(guī)定，這導(dǎo)致了在很多給排水工程設(shè)計(jì)時(shí)對于耐久性的要求無規(guī)可依，從而影響了給排水工程結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。除了一些專用工程的特別要求之外，大量普通工程給排水耐久性設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范已成為影響工程結(jié)構(gòu)壽命的重要因素。

3.關(guān)于給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的建議

為了提高給排水工程結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)水平，有必要改變設(shè)計(jì)理念，即以混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性為重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的承載力，變形和抗裂耐久性，而且還要考慮工程環(huán)境和施工條件來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的耐久性。有必要充分理解設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)耐久性對我國可持續(xù)發(fā)展的重要作用。

3.1關(guān)于結(jié)構(gòu)的使用壽命

混凝土作為一種廣泛使用的建筑材料已有近一個世紀(jì)的歷史。在正常情況下，尚未確定混凝土建筑物的無修理安全運(yùn)行的期限，但通常認(rèn)為是50至100年。因此，給排水工程設(shè)施的使用壽命應(yīng)設(shè)置為50至100年，并由施工組織（客戶）和設(shè)計(jì)者共同確定，但不得少于50年。隨著給排水工程行業(yè)投資的多樣化，BOT等各種施工方法也在不斷擴(kuò)展。在這種情況下，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命必須在國家和投資人之間商定。同時(shí)，特許經(jīng)營協(xié)議應(yīng)規(guī)定，在BOT特許經(jīng)營期結(jié)束后和結(jié)構(gòu)達(dá)到其使用壽命后，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行單獨(dú)評估，并重新定義其連續(xù)使用壽命。

3.2關(guān)于環(huán)境類別

大多數(shù)給排水工程都是水處理設(shè)施，其結(jié)構(gòu)要素可能會受到處理液體的腐蝕性、土壤和地下水的腐蝕性、項(xiàng)目所在地的氣候以及各種外部腐蝕性環(huán)境的影響。對于給排水工程可能遇到的的環(huán)境類別，應(yīng)該明確相關(guān)規(guī)范不僅詳細(xì)分類混凝土所面臨的各種環(huán)境類別，而且根據(jù)環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的影響程度將環(huán)境影響分級。此外，在設(shè)計(jì)廢水處理項(xiàng)目時(shí)，存在不容易發(fā)現(xiàn)的脫節(jié)現(xiàn)象。通常，此過程僅在預(yù)設(shè)計(jì)條件且通常不會引起水性腐蝕時(shí)才確保結(jié)構(gòu)的大小和高度。建筑行業(yè)通常對此并不關(guān)心。這可能導(dǎo)致化學(xué)侵蝕性介質(zhì)的被視為非腐蝕性介質(zhì)，這對廢水處理設(shè)施的未來運(yùn)行造成隱患。這種潛在危害更加嚴(yán)重，尤其是在一些工業(yè)廢水比例很高的廢水處理廠時(shí)。因此，建議將此要求添加到規(guī)范中。

3.3對混凝土結(jié)構(gòu)的要求

混凝土結(jié)構(gòu)要求包括厚度，鋼筋分布規(guī)則，鋼筋錨固和連接，最小鋼筋比率，裂縫控制寬度，伸縮縫和其他特殊規(guī)則。其中，保護(hù)層厚度厚度和防裂寬度與耐久性密切相關(guān)。如果對裂紋寬度的外觀沒有特殊要求，則當(dāng)保護(hù)層厚度厚度超過30毫米時(shí)，最大裂紋寬度可以采用30毫米的厚度來設(shè)計(jì)。這不僅確保保護(hù)層厚度厚度滿足要求，而且避免了由于保護(hù)層厚度厚度增加而導(dǎo)致的裂紋寬度的設(shè)計(jì)值過大的情況。

3.4關(guān)于施工質(zhì)量要求

毫無疑問，施工質(zhì)量對于混凝土的耐久性非常重要。除了材料測試外，結(jié)構(gòu)的表面混凝土的耐久性，均質(zhì)性和良好的維護(hù)，混凝土保護(hù)層厚度的準(zhǔn)確性，各種結(jié)構(gòu)縫和澆筑質(zhì)量也會影響混凝土的耐久性。

結(jié)束語：

結(jié)構(gòu)的耐久性對于給排水工程結(jié)構(gòu)非常重要。當(dāng)前，港口、鐵路、公路、水利和其他行業(yè)已將耐久性設(shè)計(jì)的納入了行業(yè)規(guī)范，所有這些行業(yè)規(guī)范都發(fā)揮了重要作用。但是對于給排水工程結(jié)構(gòu)，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供設(shè)計(jì)參考。給排水工程是重要的基礎(chǔ)工程之一，相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范具有不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這使設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)過程變得復(fù)雜。因此，有必要對給排水工程結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和明確，以提供有力的保證，確保行業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]佟彤彤.電廠水工結(jié)構(gòu)工程中耐久性設(shè)計(jì)的應(yīng)用初探[J].現(xiàn)代裝飾（理論），2015（5）：132.

[2]金偉良，牛荻濤.工程結(jié)構(gòu)耐久性與全壽命設(shè)計(jì)理論[J].工程力學(xué)，2011（S2）：31～37.

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