關于給排水工程結構耐久性設計的解析

莊旭東

摘要：在我國城市化快速發展的進程中，給排水工程結構的耐久性至關重要，直接關系到城市生產生活的用水問題。本文分析了目前給排水工程結構耐久性設計中的幾個常見問題，并從結構壽命、環境類別、混凝土材料和施工要求等方面提出了一些建議，并應對相關規范不斷改進和補充。

關鍵詞：給排水;工程結構;耐久性;設計

前言

給排水工程結構包括雨水和污水泵站，各種廢水處理和廢水存儲設施，城市雨水和污水管道，特種井，取水設施，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構。混凝土是給排水工程的主要建筑材料，具有良好的機械性能和耐久性。但是，由于給排水工程長時間接觸水和水中的化學物質，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，混凝土和內置鋼筋可能會迅速被腐蝕，從而大大降低其穩定性和使用壽命。因此，給排水工程結構耐久性設計必須對實際問題進行解決。

1.給排水工程結構耐久性

所有工程設計都必須考慮到結構的耐久性。結構的耐久性主要是指結構在清潔環境中的整個生命周期內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，將導致極其嚴重的后果，甚至可能給整個社會帶來巨大壓力。給排水工程結構覆蓋了主要廢水處理廠和水處理設施的水庫。通常這些是地下或半地下結構，通常直接與各種水或地下水接觸。混凝土是給排水工程中最重要的建筑材料，盡管它具有良好的耐久性，但它的結構組件在干燥和潮濕的交替環境中使用，也在外部環境（例如水和化學侵蝕性環境）中使用，或直接在鹽、海浪等的環境中。這可能導致其性能快速下降，鋼筋腐蝕，損壞混凝土的整體結構以及耐久性急劇下降。化學腐蝕，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的設計非常重要。

2.給排水工程結構耐久性設計中存在的問題

2.1設計理念落后

在很多給排水項目工程結構設計中，工程設計師對于耐久性設計認識不足，或者并不重視。相比于耐久性設計，設計師更重視結構強度、承載力或者抗裂性的設計。據相關統計，很多給排水工程運行20年左右就需要進行翻新，最長也不多30年壽命，這造成了極大的浪費。究其原因是在給排水工程結構設計中不重視耐久性的設計。當然與環境也有一定的關系，通常情況下環境條件越惡劣，混凝土結構的壽命就越短。此外一些給排水工程中由于鋼筋混凝土保護層太薄且密實度低，許多項目在竣工后的數年內都會遭受鋼筋腐蝕和混凝土開裂的情況。而我國從1980年代開始建設大量的各種規模的廢水處理廠，其中大多數尚未達到50年的使用壽命，許多結構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設計規范亟待完善

目前，給排水工程的耐久性設計的主要規范制定的時期都比較早，且其中，缺乏專門針對給排水工程結構耐久性設計的規范。只是在一些章節中有所涉及和要求，規范與標準并不細致，也沒有針對環境類別以及使用壽命等進行具體的規定，這導致了在很多給排水工程設計時對于耐久性的要求無規可依，從而影響了給排水工程結構的耐久性設計。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計缺乏規范已成為影響工程結構壽命的重要因素。

3.關于給排水工程結構耐久性設計的建議

為了提高給排水工程結構耐久性的設計水平，有必要改變設計理念，即以混凝土結構的耐久性為重點。在設計結構時，不僅要設計結構的承載力，變形和抗裂耐久性，而且還要考慮工程環境和施工條件來設計結構的耐久性。有必要充分理解設計結構耐久性對我國可持續發展的重要作用。

3.1關于結構的使用壽命

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行的期限，但通常認為是50至100年。因此，給排水工程設施的使用壽命應設置為50至100年，并由施工組織（客戶）和設計者共同確定，但不得少于50年。隨著給排水工程行業投資的多樣化，BOT等各種施工方法也在不斷擴展。在這種情況下，混凝土結構的設計壽命必須在國家和投資人之間商定。同時，特許經營協議應規定，在BOT特許經營期結束后和結構達到其使用壽命后，應對結構進行單獨評估，并重新定義其連續使用壽命。

3.2關于環境類別

大多數給排水工程都是水處理設施，其結構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、項目所在地的氣候以及各種外部腐蝕性環境的影響。對于給排水工程可能遇到的的環境類別，應該明確相關規范不僅詳細分類混凝土所面臨的各種環境類別，而且根據環境對混凝土結構的影響程度將環境影響分級。此外，在設計廢水處理項目時，存在不容易發現的脫節現象。通常，此過程僅在預設計條件且通常不會引起水性腐蝕時才確保結構的大小和高度。建筑行業通常對此并不關心。這可能導致化學侵蝕性介質的被視為非腐蝕性介質，這對廢水處理設施的未來運行造成隱患。這種潛在危害更加嚴重，尤其是在一些工業廢水比例很高的廢水處理廠時。因此，建議將此要求添加到規范中。

3.3對混凝土結構的要求

混凝土結構要求包括厚度，鋼筋分布規則，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則。其中，保護層厚度厚度和防裂寬度與耐久性密切相關。如果對裂紋寬度的外觀沒有特殊要求，則當保護層厚度厚度超過30毫米時，最大裂紋寬度可以采用30毫米的厚度來設計。這不僅確保保護層厚度厚度滿足要求，而且避免了由于保護層厚度厚度增加而導致的裂紋寬度的設計值過大的情況。

3.4關于施工質量要求

毫無疑問，施工質量對于混凝土的耐久性非常重要。除了材料測試外，結構的表面混凝土的耐久性，均質性和良好的維護，混凝土保護層厚度的準確性，各種結構縫和澆筑質量也會影響混凝土的耐久性。

結束語：

結構的耐久性對于給排水工程結構非常重要。當前，港口、鐵路、公路、水利和其他行業已將耐久性設計的納入了行業規范，所有這些行業規范都發揮了重要作用。但是對于給排水工程結構，沒有統一的標準可供設計參考。給排水工程是重要的基礎工程之一，相關的設計規范具有不同的設計標準，這使設計人員的設計過程變得復雜。因此，有必要對給排水工程結構的耐久性進行標準和明確，以提供有力的保證，確保行業的快速發展。

參考文獻：

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