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摘要：本文主要对土建结构工程的安全性、耐久性等方面进行了探讨。
关键词：土建工程；安全性；耐久性
Abstract: This paper discussed the main safety, durability and other aspects of civil engineering structure.
Key words: civil engineering; safety; durability
中图分类号：V552+.4文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
土建工程是指建造各類工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程的含义可从两方面去理解。一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施，如建筑工程、公路与城市道路工程、铁路工程、桥梁工程等。另一层含义是指为了建造工程设施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。下面，笔者结合多年工作经验，主要就土木结构工程的安全性、耐久性进行简要探讨，希望对同行有所启发。
1土建结构工程的安全性
结构安全性是各种作用下结构防止破坏倒塌、保护人员不受伤害的能力,是结构工程最重要的质量指标。结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关,而这些又与土建工程法规和技术标准(规范、规程、条例等)的合理设置及运用相关联。1.1我国结构设计规范的安全设置水准。对结构工程的设计而言,结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的安全耐久性等几个方面。
一是结构构件承载能力的安全性。与结构构件安全水准关系最大的两个因素:一是规范规定结构需要承受多大的荷载(荷载标准值),比如同样是办公楼,我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是1.5KPa（在新修订的规范里已改为2KPa）,而美国、英国则分别为2.4KPa和2.5KPa;二是规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是计算荷载对结构构件的作用时,将荷载标准值加以放大的一个系数,后者是计算结构构件固有的承载能力时,将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数。这样根据我国原有规范设计办公楼时,所依据的楼层设计荷载(荷载标准值与荷载分项系数的乘积)值大约只有英国、美国的52%(考虑人员和设施等的活载)和85%(对结构自重等的恒载),而设计时据以确定构件能够承受荷载的能力却要比英国、美国规范高,两者都使构件承载力的安全水准下降。这里的问题主要在于设计墨守成规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。
二是结构的安全耐久性。我国土建结构的设计与施工规范,重点放在各种荷载作用下的结构强度要求,而对环境因素作用(如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀)下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故,其严重程度已远大于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害,所以这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求,如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级,都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一;而提高结构构件承载能力的安全设置水准,在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。1.2调整结构安全设置水准的不同见解。我国结构设计规范的安全设置水准较低,与我国建国后长期处于短缺经济和计划体制的历史条件有关。这种作法能够对土建结构取用较低的安全水准并基本满足了当时的生产与生活需求,并历经了较长时间的考验,这是国内土建科技人员经过巨大努力取得的重大成就。但是,由于安全储备较低,抵御意外作用的能力相对不足。如果能够适当提高安全设置水准,将有利于减少事故的发生频率和提高工程抗御灾害的能力。国内发生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准,主要是基于客观形势的变化,是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础,要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要,有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。
2土建结构工程的耐久性
土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。
2.1土建结构工程耐久性现状
当今大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题，并非我国所特有。有资料指出，加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害，钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm，而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40，桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋；我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面至今仍无明确要求，对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25，与上面提到的加拿大50年代水准一致。
我国桥梁、港口等基础设施工程的耐久性问题更为严重，由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用，使用十几年后就出现问题，有的不得不限载、大修或拆除。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料，密实度和抗渗性差，不耐地下水与机车废气侵蚀，开裂与渗漏严重；对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明，漏水的占50.4%，其中1/3渗漏严重，并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电，影响正常运行。
耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训。大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥，其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与3～4cm厚的保护层厚度。
2.2影响混凝土结构耐久性的主要原因
一是由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求，使水泥细度增加，早强的矿物成份比例提高，这些都不利于混凝土的耐久性。
二是工程施工单位不适当地加快施工进度,尤其是对工程进度不适当的行政干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证,“早产有损生命健康”的概念同样适用于混凝土。国内一些媒体大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉大量资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工工期的工程在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。三是环境的不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨面积已超过国土的30%。
2.3土建结构工程使用阶段的正常检测与维护
结构耐久性与使用阶段的检测、维护和修理不能分割，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。我国由于施工管理水平和事故操作人员的素质相对较差，质量控制与质量保证制度不够健全，规范对结构安全与耐久性的设置水准又相对较低，已建的工程中往往存在较多隐患。对于土建结构工程的安全质量，虽然政府已作出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定，但是这种要求执行起来缺乏可操作性。
3 改善我国土建结构安全性与耐久性的建议
3.1对政府机关方面的建议
一是建议国家建设部、交通部、铁道部主管土建工程设计标准的部门，能对工程的耐久性要求作重点审查，明确土建工程的设计应有最低使用寿命的要求，重要工程的设计文件中应有正常使用寿命和耐久性设计的独立章节与论证。
二是建议有关部门在桥、隧、道路等土建基础设施工程投资上，根据需要，加大工程维修费的比例；国家自然科学基金委员会能在今后一段时期内对混凝土工程耐久性的基础理论研究给予重点支持；国家安全生产监督管理局为在近期内编订有关法规标准给以立项资助；中国工程院土木水利建筑学部在其咨询研究项目中，联络国内有关专家，促进土建结构耐久性设计指导性技术条例的编制。
3.2对提高土木工程安全性的建议
一是建议对土建工程使用过程中的安全性,进行定期的检测和正常的维护修理。对于重要土建工程,我国尚无必须进行安全检测的法规。在基础设施工程的投资上有重新建、轻维修的倾向,不利于保证工程寿命和投资效益。建议对桥、隧等重要公共基础设施和重要的公共建筑物,在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此,需要制定法规和编制相应的技术标准;对于土建结构工程的检测与评估,需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。凡屬已建工程的安全诊断也可一并归入这一行业。建议有关部门在桥、隧、道路等土建基础设施工程投资上,根据需要,加大工程维修费的比例。
二是建议对桥、隧等重要公共基础设施和公共建筑物，在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此，需要制定法规，编制相应的技术标准；对于土建结构工程的检测与评估，需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。
三是建议完善技术标准体系与管理体制，发挥学会、协会在技术标准编制、修订和管理中的作用；逐步淡化技术规范条文的强制性质；鼓励编制地方性规范(标准)和企业标准，适应不同地区在环境地质和经济、技术水平上的差异，并鼓励科技创新和技术进步。
四是建议合理设置土建结构设计的安全水准，必须考虑工程失效的风险后果、社会的财富与资源供给、乃至公众的意向等多种因素。随着我国经济形势的巨大变化，有必要重新审视现行土建结构工程设计规范的安全设置水准，建议主管部门组织论证。桥梁等交通土建结构的风险后果较大，且由于车流、车载、车速的快速发展，在设计荷载标准值和承载力安全度的设置水准上似乎应比一般的建筑结构有更高的安全贮备。在建筑结构的安全设置水准上，建议进一步收集不同意见，包括商品房消费者的意见。我国不同地区的经济发展水平悬殊，在建筑物安全性和耐久性的要求上是否需要区别对待也值得探讨。
4 结束语
综上所述，只要我们熟练掌握影响土建结构工程安全性与耐久性的各种因素，不断探索研究解决土建结构工程安全性与耐久性的好的办法，就一定会设计和建造出合格的、让人民放心的工程，为加快建成小康社会而做出更大的贡献。
关键词：土建工程；安全性；耐久性
Abstract: This paper discussed the main safety, durability and other aspects of civil engineering structure.
Key words: civil engineering; safety; durability
中图分类号：V552+.4文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
土建工程是指建造各類工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程的含义可从两方面去理解。一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施，如建筑工程、公路与城市道路工程、铁路工程、桥梁工程等。另一层含义是指为了建造工程设施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。下面，笔者结合多年工作经验，主要就土木结构工程的安全性、耐久性进行简要探讨，希望对同行有所启发。
1土建结构工程的安全性
结构安全性是各种作用下结构防止破坏倒塌、保护人员不受伤害的能力,是结构工程最重要的质量指标。结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关,而这些又与土建工程法规和技术标准(规范、规程、条例等)的合理设置及运用相关联。1.1我国结构设计规范的安全设置水准。对结构工程的设计而言,结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的安全耐久性等几个方面。
一是结构构件承载能力的安全性。与结构构件安全水准关系最大的两个因素:一是规范规定结构需要承受多大的荷载(荷载标准值),比如同样是办公楼,我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是1.5KPa（在新修订的规范里已改为2KPa）,而美国、英国则分别为2.4KPa和2.5KPa;二是规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是计算荷载对结构构件的作用时,将荷载标准值加以放大的一个系数,后者是计算结构构件固有的承载能力时,将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数。这样根据我国原有规范设计办公楼时,所依据的楼层设计荷载(荷载标准值与荷载分项系数的乘积)值大约只有英国、美国的52%(考虑人员和设施等的活载)和85%(对结构自重等的恒载),而设计时据以确定构件能够承受荷载的能力却要比英国、美国规范高,两者都使构件承载力的安全水准下降。这里的问题主要在于设计墨守成规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。
二是结构的安全耐久性。我国土建结构的设计与施工规范,重点放在各种荷载作用下的结构强度要求,而对环境因素作用(如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀)下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故,其严重程度已远大于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害,所以这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求,如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级,都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一;而提高结构构件承载能力的安全设置水准,在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。1.2调整结构安全设置水准的不同见解。我国结构设计规范的安全设置水准较低,与我国建国后长期处于短缺经济和计划体制的历史条件有关。这种作法能够对土建结构取用较低的安全水准并基本满足了当时的生产与生活需求,并历经了较长时间的考验,这是国内土建科技人员经过巨大努力取得的重大成就。但是,由于安全储备较低,抵御意外作用的能力相对不足。如果能够适当提高安全设置水准,将有利于减少事故的发生频率和提高工程抗御灾害的能力。国内发生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准,主要是基于客观形势的变化,是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础,要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要,有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。
2土建结构工程的耐久性
土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。
2.1土建结构工程耐久性现状
当今大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题，并非我国所特有。有资料指出，加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害，钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm，而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40，桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋；我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面至今仍无明确要求，对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25，与上面提到的加拿大50年代水准一致。
我国桥梁、港口等基础设施工程的耐久性问题更为严重，由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用，使用十几年后就出现问题，有的不得不限载、大修或拆除。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料，密实度和抗渗性差，不耐地下水与机车废气侵蚀，开裂与渗漏严重；对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明，漏水的占50.4%，其中1/3渗漏严重，并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电，影响正常运行。
耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训。大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥，其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与3～4cm厚的保护层厚度。
2.2影响混凝土结构耐久性的主要原因
一是由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求，使水泥细度增加，早强的矿物成份比例提高，这些都不利于混凝土的耐久性。
二是工程施工单位不适当地加快施工进度,尤其是对工程进度不适当的行政干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证,“早产有损生命健康”的概念同样适用于混凝土。国内一些媒体大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉大量资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工工期的工程在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。三是环境的不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨面积已超过国土的30%。
2.3土建结构工程使用阶段的正常检测与维护
结构耐久性与使用阶段的检测、维护和修理不能分割，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。我国由于施工管理水平和事故操作人员的素质相对较差，质量控制与质量保证制度不够健全，规范对结构安全与耐久性的设置水准又相对较低，已建的工程中往往存在较多隐患。对于土建结构工程的安全质量，虽然政府已作出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定，但是这种要求执行起来缺乏可操作性。
3 改善我国土建结构安全性与耐久性的建议
3.1对政府机关方面的建议
一是建议国家建设部、交通部、铁道部主管土建工程设计标准的部门，能对工程的耐久性要求作重点审查，明确土建工程的设计应有最低使用寿命的要求，重要工程的设计文件中应有正常使用寿命和耐久性设计的独立章节与论证。
二是建议有关部门在桥、隧、道路等土建基础设施工程投资上，根据需要，加大工程维修费的比例；国家自然科学基金委员会能在今后一段时期内对混凝土工程耐久性的基础理论研究给予重点支持；国家安全生产监督管理局为在近期内编订有关法规标准给以立项资助；中国工程院土木水利建筑学部在其咨询研究项目中，联络国内有关专家，促进土建结构耐久性设计指导性技术条例的编制。
3.2对提高土木工程安全性的建议
一是建议对土建工程使用过程中的安全性,进行定期的检测和正常的维护修理。对于重要土建工程,我国尚无必须进行安全检测的法规。在基础设施工程的投资上有重新建、轻维修的倾向,不利于保证工程寿命和投资效益。建议对桥、隧等重要公共基础设施和重要的公共建筑物,在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此,需要制定法规和编制相应的技术标准;对于土建结构工程的检测与评估,需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。凡屬已建工程的安全诊断也可一并归入这一行业。建议有关部门在桥、隧、道路等土建基础设施工程投资上,根据需要,加大工程维修费的比例。
二是建议对桥、隧等重要公共基础设施和公共建筑物，在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此，需要制定法规，编制相应的技术标准；对于土建结构工程的检测与评估，需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。
三是建议完善技术标准体系与管理体制，发挥学会、协会在技术标准编制、修订和管理中的作用；逐步淡化技术规范条文的强制性质；鼓励编制地方性规范(标准)和企业标准，适应不同地区在环境地质和经济、技术水平上的差异，并鼓励科技创新和技术进步。
四是建议合理设置土建结构设计的安全水准，必须考虑工程失效的风险后果、社会的财富与资源供给、乃至公众的意向等多种因素。随着我国经济形势的巨大变化，有必要重新审视现行土建结构工程设计规范的安全设置水准，建议主管部门组织论证。桥梁等交通土建结构的风险后果较大，且由于车流、车载、车速的快速发展，在设计荷载标准值和承载力安全度的设置水准上似乎应比一般的建筑结构有更高的安全贮备。在建筑结构的安全设置水准上，建议进一步收集不同意见，包括商品房消费者的意见。我国不同地区的经济发展水平悬殊，在建筑物安全性和耐久性的要求上是否需要区别对待也值得探讨。
4 结束语
综上所述，只要我们熟练掌握影响土建结构工程安全性与耐久性的各种因素，不断探索研究解决土建结构工程安全性与耐久性的好的办法，就一定会设计和建造出合格的、让人民放心的工程，为加快建成小康社会而做出更大的贡献。