重大土木与水利工程安全性及耐久性的基础研究

武娟 高淳区水资源管理中心

引言：土木工程大多与城市发展建设息息相关，而水利工程通过控制与调配自然资源，以此来达到除害兴利的目标，但是目前土木与水利工程发展迅速，施工规模逐步扩大，这也为工程建设带来诸多困难。我国对于基础设施的要求往往非常严格，尤其是安全性与耐久性两项指标，关乎着整个工程的质量，并且会影响后续的应用和维护。另外很多工程项目大多由政府部门投资建设，若施工过程中安全性与耐久性没有达到标准，不仅会损坏国家的利益，还会对国民生计造成威胁，因此重大土木与水利工程与国家发展息息相关。

一、重大土木工程安全性分析

（一）构件承载能力安全性

对土木工程来说安全性体现在多个方面，其中就包括构件承载能力安全性，在建设过程中必须要符合国家规定的标准要求，只有达到安全水准才能提高建筑质量，但是我国在相关标准上比国外同类工程规范往往较低。构件安全性与自身的承载能力有关，因此在工程设计中往往会提前进行计算，并选择相应的材料去提高构件强度标准，这样就能达到国家要求的构件承载标准。构建承载能力与建筑工程安全系数存在密切关联，很多发达国家都会通过提高构件承载能力标准，对工程质量进行约束，由于我国在标准上相比发达国家有所降低，所以在建筑物的荷载标准值有一定差距，尤其是不同材料、不同类型结构的安全设置水准，往往与国际间存在差距。虽然我国在规范标准下较低，但施工过程中的材料质量，大多高于国外同类工程，所以问题在于构件承载能力标准值设计创新，而不是通过材料或其他因素改变构件承载能力的安全性。

（二）结构整体牢固安全性

除了土木建筑工程中结构构件承载力以外，整体的牢固安全性同样非常关键，这样才能保证后续不会出现各类质量问题。建筑结构整体牢固性，代表工程应用过程中出现局部损坏，但不会引发大范围损坏或倒塌的能力，大多数情况下土木建筑牢固安全性，会依赖结构本身良好的延伸性和冗余度，这样才能面对严峻的自然灾害，包括地震、爆炸等，有利于减轻灾害带来的损失。例如2001年在河南石家庄，在一栋民用住宅楼中，因土炸药爆炸导致墙体局部出现损坏，最终导致整栋楼倒塌，这就是结构整体缺乏牢固性的表现，可能会造成无法逆转的后果，给广大的百姓带来生命财产威胁。

（三）整体荷载强度安全性

土木工程建设往往相对复杂，工程开始前必须要进行大量调查、计算以及设计，施工过程中要依靠出色的管理，才能真正确保质量符合标准，尤其是安全性能够达到国家要求。目前土木工程在荷载参数上相对严谨，这也要求设计人员能够按照规范去制定施工方案，以此来展现出土木建筑工程的荷载性能，大多数情况下荷载强度不同，代表施工规范中的荷载标准存在差异，而规定的荷载标准就是整个土木工程的安全系数。在土木工程中有很多因素会影响整体荷载强度安全性，例如设计师的水平、经验，前期现场勘查是否全面，以及施工过程中的偷工减料，都会降低土木工程安全系数，对质量造成严重影响。除此之外施工中忽略管理工作，导致技术的运用上存在不合理，最终影响到土木工程荷载参数。

二、重大土木工程耐久性分析

（一）土木工程安全设置水平较低

目前来看我国土木建筑工程的耐久性并不高，很多建筑工程在25～30年后就需要展开修理，而处于恶劣环境下的建筑物会适当缩短使用寿命，20年左右就需要大修，民用建筑与公共建筑维持的年限要相对较长，一般来说都能达到50年左右，但是处于室外的阳台、雨罩等露天构件受到环境影响会降低到30年。由此可见桥梁、公路等基础设施工程的耐久性往往会更低，这个问题大多与施工过程的管理有关，同时包括应用过程中的环境恶化，最重要的是土木工程安全设置水平较低。作为整个工程的基本规范，施工过程中所有操作都要基于安全规范标准之内，作为本身存在安全风险的行业，更应该有严格的施工标准和原则。但是目前来看我国土木工程安全规范过于粗略，不仅存在诸多问题权威性也明显不足，很难起到警示与约束的作用，因此土木工程往往安全性和耐久性不足。

（二）土木建筑结构耐久性差缺乏维护意识

土木建筑耐久性是比较重要的问题，这会影响工程后续的使用年限，因此在使用阶段往往会采取相应的检测、维护措施，对于工程展开详细分析，很多处于恶劣环境下的工程更应该加强检测与维护，这样才能降低应用过程中的安全隐患。目前来看我国土木建筑工程已经逐渐进入老化阶段，由于很多工程在建设过程中不符合规范，必须采取相应措施进行检测、加固处理。此类工程在施工过程中往往缺少耐久性考虑，尤其是环境对于建筑工程本身的影响，导致应用过程中混凝土腐蚀或钢筋锈蚀，建筑整体安全性与耐久性大大降低。其次在施工结束后没有定期开展监测与维护，而使用者更不具备这样的意识和认知，因此土木建筑工程在没有达到使用年限后就出现损坏，甚至造成严重的经济损失与人员伤亡。

（三）土木建筑施工操作不当导致耐久性降低

土木工程大多处在露天环境下施工，基本上不仅会受到自然因素影响，与自身的操作同样息息相关，施工过程中任何条件无法满足需求，可能都会造成建筑耐久性降低点问题。例如违章施工、前期勘探不够准确、设计方案存在偏差、施工过程中随意改动图纸内容等，都会引发极为严重的后果，尤其是很多建筑单位看重经济效益，在材料的选择上往往低价购买，导致整体强度与荷载能力达不到预期要求，尤其是民用建筑楼房很容易出现断筋、开裂等质量问题。另外施工人员没有经过严格教育培训，导致施工过程中操作不当，加上建筑单位没有针对性展开监督管理，所以导致工程整体质量无法达到预期目标，目前来看我国有很多建筑工程安全事故，都与施工人员的违规操作有关，严重的情况下可能会引发大规模伤亡。

三、重大水利工程安全性分析

（一）前期安全性

重大水利工程项目往往较为复杂，施工过程中可能会受到周边环境等因素影响，因此需要前期做好现场勘查，避免拖延施工周期、留下潜在的安全隐患。水利工程主要起到挡水、蓄水以及泄水等重要作用，前期施工中对地基的要求极为严格，所以施工地质条件必须满足水利工程需求，大多会较为专业团队进行地基处理。其次要根据水利工程项目的位置完成导流、截流作业，在建设时必须要将改善国民生计放在首位，同时根据地理位置判断是否存在含沙量较高的问题，这样在前期施工中能够有效处理避免黄沙过多造成河道淤塞，同样会引发极为严重的安全隐患。由此可见水利工程前期需要做好诸多安全问题处理，对可能存在的安全隐患提前预防，为广大人民群众的生命财产提供安全保障。

（二）中期安全性

目前来看水利工程最大的特点在于工期长，施工人员未必能够长时间保持安全意识，在施工过程中造成疏忽，加上施工单位安全责任制度没有广泛落实，因此会给中期安全性大大降低。对于水利工程来说，最需要重视的就是中期阶段，重大水利工程在功能上会更加复杂，包含了防洪、灌溉、航运、发电等等，所以在施工过程中要谨慎分析，尽量保障所有功能性。比如根据季节把握好水闸高度，必要的情况下蓄水进行应急，灌溉时同样要控制用水量，降雨量提高时应做好预防措施，通过调控水闸高度避免水灾发生。因此在工程设计中要考虑好各方面问题，尤其是结合度汛措施，保证好蓄水期间的防洪安全。

（三）后期安全性

水利工程往往规模庞大，因此必然会涉及到大量的投资，如果施工过程中没有做好设计规划，施工能力与水平又不强，必然会给水利工程建设带来严重损失，包括后期工程运用的安全问题。在水利工程的后期运营过程中，尽管看似并不复杂和繁琐，但仍然需要给予重视，以此来避免水利工程使用寿命过快，无法发挥其功能与作用。大多数情况下水利工程后期运营需要定期维修检测，一旦发现问题必须及时处理，必要的情况下应采取拆除、取缔等方法，这样才能避免对当地居民造成生命财产安全威胁。由此可见水利工程后期要做到防患于未然，维护好整个工程运营的稳定，对突发事件或意外事件进行预防和应急处置，等后期安全性将会大大提高。

四、重大水利工程耐久性分析

（一）防洪工程耐久性

重大水利工程的建设依托自然资源实现，由于近些年我国生态环境保护意识有所增强，打造良好的治水、用水环境将成为重要目标。水利工程不仅关系到国民经济，同时也会影响各类自然灾害，例如水利工程的防洪功能，大多数情况下在工程建设初期就会提前考虑好防洪功能，并通过有效设计提高防洪功能的持久性，为了保证下游人民群众的生命财产安全，不受水灾影响汛墙加固工程至关重要。另外需要注意施工过程中不能过度追求利益，必须要投入足够的资金，满足水利工程防洪耐久性，这样才能有与自然灾害对抗的资本，为人们都生命财产安全提供保障。

（二）蓄水工程耐久性

水是关乎着我国社会经济发展的战略性资源，而水利工程能够对水资源进行合理分配、运用，并且是影响国民生计的重要工程项目。水利工程往往具备良好的蓄水功能，而蓄水功能的持久性就是影响国民生计的关键因素，由于自然降水无法通过人为展开控制，所以降水量很难达到平衡，这种情况下就需要利用蓄水功能。无论是干旱地区还是水患长发地区，调节水量的功能对于水利工程来说至关重要，除了防洪以外蓄水同样会有重大影响，如果耐久性无法达到预期，在蓄水后水利工程出现质量问题，必然会引发更为严重的水患，所以在工程建设中就应该提前思考如何提高蓄水功能的耐久性。

（三）引水工程耐久性

水利工程的建设可以提高地区抗旱、抗涝能力，同时有助于调节当地气候、优化水环境，确保该地区能够维持良好的自然生态，当然这也需要水利工程的另一项功能，借助引水实现自流灌溉等。我国很多区域受到地理位置影响始终处于缺水干旱的状态，而水利工程的引水功能将会滋润干戈的大地，为当地的人民带来更多水资源运用。因此饮水功能的耐久性非常重要，如果饮水功能耐久性无法得到保障，河流的改向将难以得到有效控制，可能会造成难以预估的后果。

五、提高重大土与大水利工程安全性及耐久性对策

（一）加强土木工程质量检测与维护

土木工程的安全性与耐久性，不仅要依靠施工过程来实现，同时要借助相应的检测与维护措施，极高建筑工程的使用寿命，由于土木建筑工程大多处在恶劣的环境下，为了保证使用过程中的安全性与耐久性，必须定期开展检测与维护工作。目前我国针对土木工程有着明确的设计规范与施工标准，如果没有按照规范操作可能会引发严重的坍塌事故，而定期检测维护有利于避免事故的发生。尤其是民用住宅于影响公众安全的桥梁建筑，都要定期接受严格的检测，包括建筑外墙面砖等部件，若存在隐患都会伤及公众生命安全，所以当下应制定强制性的检测要求。其次要注意完善土木建筑工程检测与维护制度，对施工单位进行有效约束，明确起终身负责的意识，并将检测与维护工作真正贯彻落实，充分保障土木建筑工程的安全性与耐久性，这样也能起到预防效果，提前发现可能存在的安全隐患。

（二）采用科学合理的设计理念

土木建筑工程的安全性与耐久性与设计存在密切关联，当下应采用更加科学合理的设计理念，明确好设计人员的职责，这样才能充分保障建筑质量。首先要注重土木建筑工程中的材料，包括钢筋、混凝土等材料，如果不符合要求必然会造成安全性降低、耐久性缩短的问题，因此在前期设计中要考虑好材料的应用。其次施工过程中要有明确的安全指标，并针对性开展强度、荷载性能方面的实验，模拟地震等自然灾害从而判断土木工程质量是否达标。除此之外要构建完善的监督管理系统，并落实好参与施工的人员责任，必须要围绕安全性与耐久性进行建设，在违反规定的条件下应给予严厉处罚，确保土木建筑能够顺利完成施工。

（三）重视土木工程安全性与耐久性研究

目前我国土木建筑工程对于安全性与耐久性的认识不足，大多会通过经验或其他措施弥补施工缺陷，如此可见安全性与耐久性方面的理论还有待加强，尤其是标准规范、规章制度与工程实际不符，缺乏全面、具体的整治措施。比如在材料性能方面，混凝土碳化、碱骨料反应与钢筋锈蚀时间关系等，都是影响土木工程安全性与耐久性的重要因素，除此之外应重视无黏结预应力工艺、灌浆不密实引发的结构耐久性问题，通过采取适当措施对施工细节进行调整，以此来提高土木工程安全性与耐久性。施工单位必须本着对国家、社会负责的态度，加强施工过程中的安全性与耐久性分析，不断获取实践经验改良施工方案，为社会发展贡献最大力量。

（四）合理设置土木建筑结构设计安全标准

由于我国社会经济处在时刻变化的形势下，土木工程建设应做到与时俱进，重新审视传统的安全设施水准，考虑好工程安全性与耐久性不足引发的风险与后果，重新修订安全标准，将新的技术标准体系与管理体制严格落实。当下我国在土木工程中缺少地方性规范与施工标准，这也导致在不同地区和环境下，施工技术水平存在明显差异，因此迫切需要合理设置安全标准。比如公路桥梁等基础设施，需要承担的风险往往非常大，并且近些年发展迅速车流量增加，所以在荷载标准值与承载能力上要有所提高，另外不同地区的经济发展水平悬殊，建筑物安全性与耐久性要求应区别对待，促使安全标准更为科学合理。

（五）落实水利工程安全施工

当下重大水利工程应落实安全施工理念，建立相应的安全管理系统，严格执行提出的各类安全策略，施工过程中避免出现忽视、疏漏的情况，通过落实安全责任对违规操作、监管不力的行为展开惩罚处理。由于水利工程施工相对复杂，其中包含不同的施工项目，并且在施工中可能存在交叉或冲突，为了保障施工安全必须注重细节，履行施工项目安全责任。例如水利工程需要注意防触电、消防雷保护等安全措施，材料仓库、设备仓库必须合理规划，施工过程中应注重结合水文与气象信息开展，对自然灾害进行合理预防，充分保障水利工程的安全性。

（六）合理设计提高水利工程耐久性

耐久性对于水利工程来说至关重要，尤其是涉及到防洪蓄水等功能的耐久性，将会起到长期为社会服务的目标，如果耐久性较低必然会影响不同功能的使用，甚至引发极为严重的后果。通过对以往的水利工程进行分析，耐久性低主要由于设计、施工质量以及材料运用有关，其中混凝土是最主要的因素，施工过程中材料配比错误，导致混凝土结构造成破损、碳化等，因此需要针对水利工程耐久性进行强化。材料方面可以通过外加剂、正确的混凝土比例，有效提高水利工程整体结构耐久性，同时注意混凝土浇筑施工过程，同时做好后续的养护工作，对温度与湿度加强控制等，以此来减少各类因素造成的混凝土脱裂问题。

（七）加强水利工程安全施工教育

以往水利工程安全问题大多由于施工中的疏忽、轻视造成，当下应通过加强安全施工教育培训，提高施工人员本身的安全生产意识。准确来说人的行为会通过意识进行支配，如果施工人员能够保持良好的安全意识，必然会减少施工过程中的事故发生，因此安全施工教育至关重要，这也是保障水利工程建设的基础条件。首先在施工正式开始前，应为施工人员提供岗前安全培训活动，根据不同岗位采取针对性安全教育措施，了解不同类型的安全事故，从而加强施工过程中的细节处理。另外施工过程中同样要注重宣传，时刻督促施工人员注重安全施工行为，必要的情况下可以定期对施工人员的安全生产知识、技能展开考核，若施工过程中违背制度或原则，必须接受相应的处罚。

（八）提前做好水利工程安全事故预防

想要保障水利工程建设顺利开展，必须要保证施工过程足够谨慎，因此需要提前对安全事故展开预防，这也是提高工程质量的重要条件。但是水利工程安全事故大多有多方面因素引起，因此要针对现有的安全管理状况、潜在的安全隐患进行分析，同时提出有效的预防措施。比如在材料的应用方面，钢筋混凝土用量与配比，应经过相对严密的计算，同时反复试验达到标准后才能应用在水利工程中，另外要注意搜集地区气候条件、地形地质条件等，提前制定好导流预案、应急方案，并且考虑好洪汛、排水等应急措施，增强水利工程的安全性。部分工程会涉及到爆破工作，施工前需要明确爆破位置、爆破强度、影响范围等，保护好施工人员的生命财产安全。

（九）注重水利工程施工现场监督管理

水利工程施工现场是最容易引发安全隐患的区域，所以要作为重点加强安全保障，由施工现场的各类防电、防火与各类基础设施的设置，应按照工程监理人员批准的方案部署，确保每个环节都符合规范标准。其次施工现场必须要做好责任划分，由负责人对各个施工环节展开检查，施工过程中机械设备的应用要合理规划，避免造成交通不畅，通过提前针对功能区规划、协调，研究出更加安全、流畅的交通路线。由此可见施工现场安全管理，要注重各部门之间的沟通组织，有利于避免机械设备运转作业造成的安全事故。

结束语：近些年我国城市建设速度明显加快，而重大土木与水利工程是城市发展规划的基础条件，但是重大土木与水利工程本身相对复杂，在施工过程中受到外界与自身因素影响的概率很大，这也导致安全性与耐久性无法达到预期要求。作为判断建筑工程质量标准的主要指标，安全性与耐久性得不到保障，必然会对现代化建设与国民经济发展造成冲击，同时为人们的日常生活与工作带来困扰。因此当下必须针对土木与水利工程质量进行监督管理，尤其是安全性与耐久性应制定明确标准，通过完善技术体系与管理体制，推动重大土木与水利工程规范化发展，施工过程中谨慎求稳，从而达到预期的质量标准。