关于给排水工程结构耐久性设计的分析

刘海波

摘    要：目前，我国的综合国力在快速的发展，社会在不断的进步，通过以往的工程实际经验我们能够得到这样的一个结论，给排水结构的耐久性设计能否符合规范的要求是十分重要的。本文在研究的过程中分析了目前给排水耐久性设计中普遍存在着的几点问题，并从结构使用年限、环境类别、混凝土材料以及构造要求等多个方面入手提出了几点建议，最后还建议在相关规范修编的过程中应当对相应的内容进行不断的完善以及补充。希望通过本文的研究，能够相关的工作人员提供一定的帮助。

关键词：给排水工程;结构耐久性;建议

1  引言

给排水结构包括雨污水泵站、各种水厂污水处理结构以及污水储存结构、城市雨污水管道以及特殊井、取水和输水构筑物、水闸等。给排水工程大多为全地下或者半地下构筑物，与水体存在大规模和长期性的接触。混凝土是给排水工程的主要建筑材料，其本身具有较好的力学和耐久性能，但是因为给排水工程长期与水以及水中的化学物质相接触，故而混凝土很容易出现一定程度上的耐久性降低。对于一些酸性的污水管道中，混凝土以及其内置的钢筋都有可能迅速的劣化，使得其稳定性和寿命大大降低，故对于给排水工程结构中的耐久性设计，需要针对于其实际问题，提出相应的建议。

2  给排水结构耐久性设计的重要意义

所有的工程设计中都必须考虑到结构的耐久性这个问题。结构的耐久性主要是指在设计明确环境作用的背景之下，结构设计在设计使用年限内确保安全性以及适用性的能力。耐久性主要包括了混凝土碳化、钢筋腐蚀等，其对土木工程而言意义重大。如果耐久性得不到保证，会带来极为严重的后果，甚至可能会给整个社會带来巨大的压力。给排水结构涵盖了各大污水处理站、水厂的储水结构等，一般情况下是地下或者是半地下的建筑物，会和各种类型的水体（包括地下水）直接接触。混凝土是给排水结构中重要的建筑材料，其本身就具有良好的耐久性能，但是因为和水、空气进行接触之后，结构会发生变化，这样其性能就会发生改变，进而造成了钢筋的腐蚀，整个的混凝土结构都受到了一定的影响。混凝土强度受到影响，结构不够稳定，进而建筑物的寿命大大缩减。由此可见，耐久性对于给排水工程而言，具有重要作用。

3  目前存在的问题

3.1  设计理念落后

从目前国内的设计实际情况来看，对于耐久性考虑不周全已经成为了一种常态。对于经常使用的混凝土来说，强度和耐久性是其两大基本的特征，但是很多设计人员在设计的过程中往往都将重点放在了结构强度设计方面，对于结构构件的承载力以及裂缝的计算相对来说比较重视，但是在考虑耐久性方面则出现了明显的不足，就更不用说根据工程的实际施工情况采取有效措施对结构构件的耐久性就行有效的加强。根据我国建设部最新的统计数据显示，我国范围内绝大多数的工业建筑物在使用25年左右的时候就要对其进行大修，而工程所在地如果条件比较恶劣的话，一般都是在15年左右就要进行大修。而相对而言，民用建筑物的情况要好的多，很多构件例如室外阳台、雨罩等的使用年限都在30年以上。而对于给排水工程来说，绝大多数的构件使用年限都不会超过50年，很多时候都是由于混凝土保护层出现陀螺、钢筋锈蚀等问题的产生。更为严重的是有的污水处理厂更是因为这一情况的发生而导致了停业的情况。例如大连市的一座污水处理厂，在设计人员进行设计的过程中没有充分的考虑地下水对混凝土的腐蚀情况，在设计的过程中没有采取较为有效的措施，导致了该污水厂在运行5年之后管道就出现了由于锈蚀而导致的泄露现象发生。虽然通过采取积极的补救措施令其恢复了正常的工作，但是也给该污水处理厂造成了十分大的经济损失。

3.2  设计规范不完善

目前给排水工程结构耐久性设计主要参照的规范是《给水排水工程构筑物结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《混凝土结构耐久性设计规范》以及《工业建筑防腐蚀设计规范》，在以下文章内分别简称《给规》、《砼规》、《耐规》以及《腐规》。其中《给规》的缺点是没有专门规范结构耐久性，仅仅只是在材料以及正常使用极限状态下等相关规定中有一些具体要求，对于耐久性的年限以及环境等因素没有专门开章去详细规定，在一些较为重要的耐久性规定上，只是简单提议参考《砼规》，不够明确。同时《给规》以及《腐规》中关于给排水工程结构耐久性的要求存在着很大的差异，使得设计人员在参考上遇到困境，同时，对于影响混凝土结构耐久性的研究目前还未很深入，使得设计人员难以定量设计，这也为我国无机非金属行业的科研人员提出了较为严峻的挑战。

3.3  设计尚不规范

从目前来看，给排水设计人员在实际的设计过程中，会应用到相关的理论。但是这些理论在编制之前，没有经过充分的实践，有的规范中未将其专门设置一个章节，只是在其他的章节中稍微提及，尤其是在使用年限这块，科学实验周期长，混凝土结构环境类别多，理论研究并不深入，只是在设计环节，进行定性的分析，未实现定量分析。

4  对于提高工程耐久性的建议

4.1  结构使用年限

混凝土是给排水工程施工过程中经常被使用的一种材料。如果在正常使用条件下，对于混凝土的安全使用期限还没有明确的规定，一般来说是在50～100年之间。根据《建筑结构可靠度设计统一标准》，一般的普通房屋或者构筑物的设计使用年限都是50年，而一些比较重要的标志性建筑物的使用年限则在100年。但是这部规范并没有对给排水工程的设计使用年限进行明确的规定。根据笔者多年的设计经验，一般的给排水结构的使用年限应当设定为50年左右，如果建设单位有特殊要求的话，按照要求进行设计。

4.2  关于环境侵蚀

混凝土的质量，特别是低渗透性，是抵抗硫酸盐侵蚀的最好的屏障。混凝土的硫酸盐侵蚀是由于混凝土的渗透性过强以及开裂等导致硫酸盐渗入混凝土内部，硫酸盐侵入会使得混凝土内部生成膨胀物，导致混凝土发生较严重的结构问题。硫酸盐的量、地下水、混凝土浇筑方法以及混凝土本身的质量是影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素。为了减轻由于干缩、冰冻作用、钢筋锈蚀或其他原因引起的开裂，使用抗硫酸盐水泥的安全性更大。

4.3  混凝土材料

影响钢筋混凝土的耐久性有诸多的因素，混凝土的密实度以及材料的强度等都会对混凝土的耐久性产生极大的影响，在实际的工程施工中，必须要严格按照相关的规范进行设计。就混凝土的构造结构而言，要明确规定钢筋的分布以及混凝土保护层的厚度，在没有明确的规定的情况下，厚度超过了30mm，可以按照30mm来计算裂缝的最大宽度，这样不仅满足了混凝土保护层的厚度要求，而且也减少了出现误差的概率。

5  结语

综上所述，耐久性设计在住宅、公路、桥梁以及港口等建筑设计中，都有着明确的设计规范，但在给排水工程结构中未有能够支持设计人员计算的统一标准，同时可供参考的相关设计规范如《砼规》、《腐规》等均具有不同的设计标准，这为设计人员的设计过程造成了阻碍，所以将给排水工程结构的耐久性设计规范条例化、清晰化是我国目前需要尽快施行的项目之一。同时，为了体现对给排水工程结构耐久性的重视，建议在下一版《给规》中将耐久性设计作为重要内容列为一章，将耐久性涉及到的问题尽量明确，为给排水工程的迅速发展提供支持。

参考文献：

[1] 佟彤彤.电厂水工结构工程中耐久性设计的应用初探[J].现代装饰（理论），2015（5）：132.

[2] 金伟良，牛荻涛.工程结构耐久性与全寿命设计理论[J].工程力学，2011（S2）：31～37.