关于给排水工程结构耐久性设计的解析

庄旭东

摘要：在我国城市化快速发展的进程中，给排水工程结构的耐久性至关重要，直接关系到城市生产生活的用水问题。本文分析了目前给排水工程结构耐久性设计中的几个常见问题，并从结构寿命、环境类别、混凝土材料和施工要求等方面提出了一些建议，并应对相关规范不断改进和补充。

关键词：给排水;工程结构;耐久性;设计

前言

给排水工程结构包括雨水和污水泵站，各种废水处理和废水存储设施，城市雨水和污水管道，特种井，取水设施，水闸等。给排水工程是与水体长期长期接触的所有地下或半地下结构。混凝土是给排水工程的主要建筑材料，具有良好的机械性能和耐久性。但是，由于给排水工程长时间接触水和水中的化学物质，混凝土往往会在一定程度上降低其耐久性。对于某些酸性下水道管，混凝土和内置钢筋可能会迅速被腐蚀，从而大大降低其稳定性和使用寿命。因此，给排水工程结构耐久性设计必须对实际问题进行解决。

1.给排水工程结构耐久性

所有工程设计都必须考虑到结构的耐久性。结构的耐久性主要是指结构在清洁环境中的整个生命周期内提供安全性和可用性的能力。耐久性主要包括混凝土碳化，钢腐蚀等，这对土木工程具有重要意义。如果不能保证寿命，将导致极其严重的后果，甚至可能给整个社会带来巨大压力。给排水工程结构覆盖了主要废水处理厂和水处理设施的水库。通常这些是地下或半地下结构，通常直接与各种水或地下水接触。混凝土是给排水工程中最重要的建筑材料，尽管它具有良好的耐久性，但它的结构组件在干燥和潮湿的交替环境中使用，也在外部环境（例如水和化学侵蚀性环境）中使用，或直接在盐、海浪等的环境中。这可能导致其性能快速下降，钢筋腐蚀，损坏混凝土的整体结构以及耐久性急剧下降。化学腐蚀，例如氯离子，硫酸根离子和镁离子，可能会存在于水中，特别是对于某些混凝土成分，将造成巨大破坏。显然，耐久性对于给排水系统的设计非常重要。

2.给排水工程结构耐久性设计中存在的问题

2.1设计理念落后

在很多给排水项目工程结构设计中，工程设计师对于耐久性设计认识不足，或者并不重视。相比于耐久性设计，设计师更重视结构强度、承载力或者抗裂性的设计。据相关统计，很多给排水工程运行20年左右就需要进行翻新，最长也不多30年寿命，这造成了极大的浪费。究其原因是在给排水工程结构设计中不重视耐久性的设计。当然与环境也有一定的关系，通常情况下环境条件越恶劣，混凝土结构的寿命就越短。此外一些给排水工程中由于钢筋混凝土保护层太薄且密实度低，许多项目在竣工后的数年内都会遭受钢筋腐蚀和混凝土开裂的情况。而我国从1980年代开始建设大量的各种规模的废水处理厂，其中大多数尚未达到50年的使用寿命，许多结构都存在诸如混凝土外皮剥落和钢筋腐蚀等问题，造成巨大损失。

2.2设计规范亟待完善

目前，给排水工程的耐久性设计的主要规范制定的时期都比较早，且其中，缺乏专门针对给排水工程结构耐久性设计的规范。只是在一些章节中有所涉及和要求，规范与标准并不细致，也没有针对环境类别以及使用寿命等进行具体的规定，这导致了在很多给排水工程设计时对于耐久性的要求无规可依，从而影响了给排水工程结构的耐久性设计。除了一些专用工程的特别要求之外，大量普通工程给排水耐久性设计缺乏规范已成为影响工程结构寿命的重要因素。

3.关于给排水工程结构耐久性设计的建议

为了提高给排水工程结构耐久性的设计水平，有必要改变设计理念，即以混凝土结构的耐久性为重点。在设计结构时，不仅要设计结构的承载力，变形和抗裂耐久性，而且还要考虑工程环境和施工条件来设计结构的耐久性。有必要充分理解设计结构耐久性对我国可持续发展的重要作用。

3.1关于结构的使用寿命

混凝土作为一种广泛使用的建筑材料已有近一个世纪的历史。在正常情况下，尚未确定混凝土建筑物的无修理安全运行的期限，但通常认为是50至100年。因此，给排水工程设施的使用寿命应设置为50至100年，并由施工组织（客户）和设计者共同确定，但不得少于50年。随着给排水工程行业投资的多样化，BOT等各种施工方法也在不断扩展。在这种情况下，混凝土结构的设计寿命必须在国家和投资人之间商定。同时，特许经营协议应规定，在BOT特许经营期结束后和结构达到其使用寿命后，应对结构进行单独评估，并重新定义其连续使用寿命。

3.2关于环境类别

大多数给排水工程都是水处理设施，其结构要素可能会受到处理液体的腐蚀性、土壤和地下水的腐蚀性、项目所在地的气候以及各种外部腐蚀性环境的影响。对于给排水工程可能遇到的的环境类别，应该明確相关规范不仅详细分类混凝土所面临的各种环境类别，而且根据环境对混凝土结构的影响程度将环境影响分级。此外，在设计废水处理项目时，存在不容易发现的脱节现象。通常，此过程仅在预设计条件且通常不会引起水性腐蚀时才确保结构的大小和高度。建筑行业通常对此并不关心。这可能导致化学侵蚀性介质的被视为非腐蚀性介质，这对废水处理设施的未来运行造成隐患。这种潜在危害更加严重，尤其是在一些工业废水比例很高的废水处理厂时。因此，建议将此要求添加到规范中。

3.3对混凝土结构的要求

混凝土结构要求包括厚度，钢筋分布规则，钢筋锚固和连接，最小钢筋比率，裂缝控制宽度，伸缩缝和其他特殊规则。其中，保护层厚度厚度和防裂宽度与耐久性密切相关。如果对裂纹宽度的外观没有特殊要求，则当保护层厚度厚度超过30毫米时，最大裂纹宽度可以采用30毫米的厚度来设计。这不仅确保保护层厚度厚度满足要求，而且避免了由于保护层厚度厚度增加而导致的裂纹宽度的设计值过大的情况。

3.4关于施工质量要求

毫无疑问，施工质量对于混凝土的耐久性非常重要。除了材料测试外，结构的表面混凝土的耐久性，均质性和良好的维护，混凝土保护层厚度的准确性，各种结构缝和浇筑质量也会影响混凝土的耐久性。

结束语：

结构的耐久性对于给排水工程结构非常重要。当前，港口、铁路、公路、水利和其他行业已将耐久性设计的纳入了行业规范，所有这些行业规范都发挥了重要作用。但是对于给排水工程结构，没有统一的标准可供设计参考。给排水工程是重要的基础工程之一，相关的设计规范具有不同的设计标准，这使设计人员的设计过程变得复杂。因此，有必要对给排水工程结构的耐久性进行标准和明确，以提供有力的保证，确保行业的快速发展。

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.

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