《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》的編制和應用

陸忠民，柏寶忠

(上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434)

1 規范編制背景

我國水利水電工程水工建筑物的設計目前主要采用按強度設計的模式，主要考慮荷載作用下結構承載力(強度)安全性與適用性的需要，較少考慮結構長期使用過程中由于環境侵蝕作用引起結構材料性能劣化、對結構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》第六十條規定:“建筑物在合理使用壽命內，必須確保地基基礎工程和主體結構的質量”;第八十條規定:“在建筑物的合理使用壽命內，因建筑工程質量不合格受到損害的，有權向責任者要求賠償”。所謂工程的“合理”壽命，首先應滿足工程本身的“功能”(安全性、適用性和耐久性等)需要，其次是要“經濟”，最后要體現國家、社會和民眾的根本利益如公共安全、環保生態和資源節約等需要。在許多情況下，建筑物的合理使用年限與工程的經濟性并不矛盾，合理的耐久性設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，使工程具有優良的長期使用效益。耐久的工程適應了環境保護和生態文明的需要。

《建設工程質量管理條例》第二十一條規定，設計文件應當符合國家規定的設計深度要求，注明工程合理使用年限;第四十條規定，在正常使用條件下，基礎設施工程、房屋建筑的地基基礎工程和主體結構工程的最低保修期限為設計文件規定的該工程的合理使用年限。

《建設工程勘察設計管理條例》第二十六條規定，設計文件要注明建設工程合理使用年限。

建設部《關于設計單位執行有關建設工程合理使用年限問題的通知》(建設【2000】146號)規定，在設計文件中應注明建筑物的合理使用年限。

遵照水利部領導批示精神，水利部水利水電規劃設計總院(以下簡稱水規總院)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，會議達成以下兩方面主要共識。

(1)在設計文件中注明工程合理使用年限，對于加強設計單位和設計人員的責任感，提高設計質量，推動科技進步，促進水利建設的發展，具有積極意義，應當認真貫徹執行。

(2)建議由水規總院牽頭，組織有關單位，通過廣泛深入的調查研究，起草一個文件，經部審定后試行，以指導當前工作，同時在實踐中繼續研究，不斷充實完善，為制定正式法規準備條件。

2 專題研究及規范編制工作過程

2.1 專題研究

2001年12月上海勘測設計研究院(以下簡稱上海院)受水規總院委托，開展水利工程合理使用年限規定的專題研究工作。通過調研和資料收集工作，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和方法。調查了全國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。收集了國內外有關建筑物合理使用年限(或設計使用年限)和耐久性設計方面的建筑、橋梁、港工、公路、鐵路等相關行業的標準和文獻、以及國內外一些重大工程的使用年限或使用壽命的規定，并征詢了有關專家的意見。

收集了國內外有關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，對我國現行水利水電行業設計、施工、管理有關的規程規范中與水工建筑物耐久性和使用壽命相關內容進行分析、總結和研究。

(2)工程實地調研。調研了湖北、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，同時走訪了相關工程設計、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。《水利工程合理使用年限專題研究報告》共分11章、2個附件，主要內容為在一般環境、海水氯化物環境、土中和水中化學環境、凍融環境中水工建筑物(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狀，工程對建筑材料及施工的耐久性要求。

2.1.2 主要結論

(1)我國地域廣闊，水利水電工程所處環境(大氣環境、水環境、溫度、濕度、土壤、泥沙等)復雜，工程結構種類繁多，建設過程不同，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出不同程度的狀況。

(2)工程耐久性問題十分復雜，不僅環境作用本身多變，帶有很大的不確定性，而且結構材料在環境作用下的劣化機理也有諸多問題有待進一步明確。環境條件與各類原材料均存在很大差異。

(3)國內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構上，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。但當地材料的建筑物，如以土、石、砂等當地材料填筑、砌筑的堤、壩等其耐久性問題研究與混凝土結構有明顯差距，研究資料和觀測、檢測資料較少。

(4)由于環境作用和建筑物材料性能劣化機理的復雜性、不確定性與不確知性以及缺乏足夠的經驗和數據，目前尚難對建筑物的耐久性及其實際使用年限作出準確的預測，研究的成果只是一種基于現有認識的、近似的判斷和估計。

2.2 規范編制過程

2.2.1 征求意見稿階段

在進行專題研究過程中，同時開展了標準的編制工作。

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定(征求意見稿)》(以下簡稱《規定》)，征詢水利系統有關單位和專家的意見。根據專家意見，編制組對征求意見稿進行了修改，于2005年3月完成了《規定》征求意見稿二稿。2005年4月水規總院在北京主持召開《規定》征求意見稿二稿討論會，形成主要意見如下。

(1)為了執行國務院頒布的《建設工程質量管理條例》和建設部《關于設計單位執行有關建設工程合理使用年限問題的通知》，根據水利行業的需要，編制《規定》是十分必要的，對今后的水利工程建設具有指導意義。

(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《建設工程質量管理條例》相對應，同時為以后在《規定》使用過程中積累經驗，以便進一步修改完善，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則”。

(3)《規定》中所規定的使用范圍和內容總體上是合適的，對其框架順序建議作適當調整，突出合理使用年限規定，對有關建筑物材料、設計、施工、運行和管理方面的條款可作適當簡化。

據此，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定(送審稿)》。

2008年底，根據水利部標準制定、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定(送審稿)》和《水利工程合理使用年限專題研究調研報告》的基礎上，啟動編制《水利水電工程合理使用年限設計規范》工作。2009年6月完成了《水利水電工程合理使用年限設計規范》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計規范(征求意見稿初稿)》。2011年4月，水規總院在北京組織召開了征求意見稿初稿的咨詢討論會，建議將規范名稱改為《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》。

2011年10月，經修改形成的《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范(征求意見稿)》向全國水利水電行業114家有關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行了修改、調整，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計規范(送審稿初稿)》。2012年6月25日，水規總院組織專家對送審稿初稿進行了咨詢討論，經修改后于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計規范(送審稿)》(以下簡稱《規范(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《規范(送審稿)》審查會，會議認為《送審稿》滿足編制工作大綱要求，編寫程序符合《水利標準化管理工作辦法》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《水利技術標準編寫規定》(SL1-2002);章節安排基本合理，內容全面，主要技術指標合理，可操作性強，滿足了當前我國水利水電工程合理使用年限及耐久性設計的要求。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 報批稿的形成和規范的發布實施

根據審查意見，編制組對送審稿進行了修改、調整，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計規范(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。根據報批稿審定意見，編制組修改完成了該規范報批稿二稿。2013年5月31日提交了報批稿審定會后要求提交的相關成果，完成了規范編制所有工作。

2014年1月26日水利部發文批準《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》為水利行業標準，予以發布，標準編號為 SL654-2014，于2014年4月26日實施。

3 規范主要章節內容

3.1 章節內容

規范共4章和1個附錄，主要技術內容有水利水電工程及其水工建筑物的合理使用年限規定、水工建筑物耐久性設計要求。具體章節內容見表1。

表1 規范各章節內容、條款數量設置表

3.2 主要條文編制的背景和依據

3.2.1 關于水利水電工程及各類建筑物的合理使用年限要求

(1)對現有水利水電工程的調查分析。調查了全國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)對現行水利水電行業設計、施工、管理有關的規程規范中與水工建筑物耐久性和使用年限相關內容進行分析和研究。

(3)收集了國內外其他行業有關建筑物合理使用年限(或設計使用年限)和耐久性方面的規定，主要有建筑、港工、公路、鐵路、橋梁等相關行業的標準、國外有關標準以及國內外有關學術文獻和一些重大工程的使用年限或使用壽命的規定。

3.2.2 關于環境類別

水利水電工程的環境類別，主要依據《水工混凝土結構設計規范》(SL191-2008)、《水工建筑物抗冰凍設計規范》(GB/T50662-2011)的有關規定編寫，部分借鑒了《混凝土結構耐久性設計規范》(GB/T50476-2008)的規定，同時指出水利水電工程還有泥沙淤積和不良地質等環境。

3.2.3 關于不同環境下的耐久性設計要求

(1)混凝土結構和鋼筋混凝土結構。侵蝕性環境下混凝土結構和鋼筋混凝土結構的耐久性設計要求主要依據SL191-2008、GB/T50662-2011的有關規定編寫，同時借鑒了GB/T50476-2008的有關規定，并結合現行水利水電行業其他設計、施工規范中的相關要求，按水工建筑物的特點和行業習慣等進行編制。

(2)混凝土壩等大體積混凝土建筑物和土、石等當地材料建筑物以及水工金屬結構。總結了近年來的水利水電工程實踐經驗，參照現行水利水電行業設計、施工、管理有關的標準中與水工建筑物耐久性和使用壽命相關的內容進行編制。

4 規范的應用

4.1 合理使用年限確定

規范規定新建的水利水電工程在項目建議書、可行性研究報告、初步設計報告、招標設計文件、施工圖設計說明等設計文件中，應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進行。同時規定，綜合利用的水利水電工程，當按各綜合利用項目確定的合理使用年限不同時，其合理使用年限應按其中最高的年限確定。水工建筑物的合理使用年限不應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行的，但又有密切聯系。工程合理使用年限的確定主要依據工程類別、工程等別和社會經濟發展要求確定，建筑物合理使用年限主要根據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準》(SL252-2000)中對工程等別和建筑物級別規定的思路，使得合理使用年限的確定與工程等別、建筑物級別相對應，體現了水利水電行業的特點和要求，與其他行業(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水工程，水庫總庫容339億 m3，裝機容量為 900MW，混凝土壩高176m。按水庫庫容，為Ⅰ等工程，根據表2，則工程合理使用年限為150年;按供水重要性，為Ⅰ等工程，根據表2，則工程合理使用年限為100年;按發電裝機容量，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 耐久性設計

規范第4章對水利水電工程及其水工建筑物耐久性設計內容進行了全面系統的規定，包括一般規定、構造要求、材料要求和不同侵蝕環境條件下設計要求4個部分內容，技術指標合理，可操作性強。

新建的水利水電工程的耐久性設計內容需按該規范的規定執行，故在工程的項目建議書、可行性研究報告、初步設計報告的“工程布置及建筑物”一章中應增加“建筑物耐久性設計”章節，詳細說明工程及其水工建筑物的合理使用年限，建筑物所處的環境條件;根據合理使用年限要求和環境條件，具體提出建筑物材料要求和結構構造要求。材料要求包括原材料的選擇、混凝土強度等級、水膠比、抗滲等級、抗凍等級以及抗侵蝕性和抗沖耐磨等要求。土、石結構材料抗風化、抗環境侵蝕要求等。結構構造要求包括結構縫的設置、混凝土保護層厚度、混凝土裂縫控制、有效的防滲、排水設施等。

耐久性設計還應考慮到建筑物正常使用過程中構件的預定檢測、維護及必要的更換。構件使用年限比主體結構短時，應設計成可更換的構件。對耐久性要求高但易發生耐久性破壞的結構構件或結構部位，設計時應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構。

不同環境條件耐久性設計目標為:碳化環境條件下，應控制大氣作用下混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕;凍融環境條件下，應控制混凝土遭受長期凍融循環作用引起的損傷;氯化物環境(包括海水、鹽霧、除冰鹽環境)條件下，應控制氯離子引起的鋼筋銹蝕;化學腐蝕環境條件下，應控制混凝土遭受化學腐蝕性物質長期侵蝕引起的損傷。當地材料填筑的堤、壩結構應具有防滲、排水、抗風化和抗沖刷的長期性能。

在施工圖設計階段，設計說明中應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、施工技術要求和施工質量驗收要求以及耐久性專項質量檢驗要求等。

工程竣工后，應向業主提出建筑物使用過程中日常維護措施、設計預定的定期修理、部件更換、監測要求、檢測要求和定期安全鑒定計劃的內容。

在建筑物在日常運行和管理中，應按設計工況運行，不應有超出設計范圍的工況。對特殊運行工況，應加強監測和控制。建筑物的日常運行管理應建立檢測、維護的制度，及時更換不能正常工作結構或部件。

5 結語

由于水利水電工程類型多、結構復雜，結構材料多樣，使用運行條件各有不同，故該標準的編制難度大，時間跨度長。工程合理使用年限的規定對水利水電行業來說是一個新問題、新課題，而合理使用年限必須考慮環境侵蝕作用、材料性能等因素的變化對于結構耐久性的影響，工程的耐久性設計就是為了滿足建筑物在合理使用年限內能按設計功能安全使用的要求。

由于耐久性問題十分復雜，目前尚缺乏足夠的工程經驗和數據積累。因此廣大設計、科研、工程建設管理人員在使用本標準時，應結合工程重要性和環境條件等具體特點，充分考慮當地的實際情況，注意工程經驗、試驗數據的積累，為今后該標準的改進和完善提供充分的依據和基礎。