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大坝耐久性设计尚处起步阶段
文章来源:中国能源报发布日期:2017-05-04苏南

记者从4月26 日-28 日在杭州召开的第六届水库大坝新技术推广研讨会上了解到,我国大坝耐久性设计尚处于起步阶段,许多研究工作还需深入开展,标准还需要在实践中进一步完善。   

  根据调查,我国许多水工建筑物耐久性不良,状况较差。在冻融、氯化物、硫酸盐等侵蚀性环境中维护不到位,使其使用寿命缩短。

  我国现有水利水电工程大多数建于上世纪50-60年代,至今已运行50年以上。由于受当时技术和物质条件限制等原因,对工程耐久性认识不足,对工程建设基本没有提出明确的耐久性要求。这些年的水库除险加固工作表明,大部分水库工程尽管存在病险,但经过除险加固后仍能投入正常运行。

  水利部水利水电规划设计总院副院长刘志明说:"由于工程耐久性不足,增加了建筑物使用过程中的维护修理与加固费用,影响或限制建筑物的正常使用功能并缩短使用年限,不仅造成经济损失,而且还浪费资源。

  欧美国家用于维护修理与加固费用惊人。统计资料显示,2000年美国基础工程总造价约6万亿美元,而其后用于维修和重建的费用高达近3000亿美元,有的建筑工程使用还不到20年;英国1998年全部建筑工程维修费近150亿英磅。 

  "我国这些年开展的水库大坝除险加固工程的投入同样巨大。"刘志明介绍,按我国每年投资4000亿元计算,每年将消耗水泥量约1.2亿吨,产生CO2约1.2亿吨,耗煤2400万吨。

  最新数据显示,每年全球生产砂石材料约10亿吨。目前,全球已经开始面临优质砂石材料短缺的问题,我国不少城市亦将远距离运送砂石材料,或需要大量开采。与此同时,所带来的植被带破坏和水土流失等问题也日益突出。

  工程耐久性认识不足 

  按照国际规定,水利工程年限规定I等水库工程不低于150年;I等防洪、供水、发电和II等水库供水、发电工程不低于100年,其他为30-50年。水工建筑物年限规定1级壅水、泄洪建筑物不低于150年;1 级、2 级输水、发电建筑物,防洪、供水水闸、供水泵站、堤防和2级壅水、泄洪建筑物不低于100年;其他为30-50年。美国《大坝安全-洪水和地震准则》规定(社会服务年限不低于100年。

  据悉,在"按强度设计混凝土"的传统模式支配下, 40余年来, 我国坝工混凝土建筑物的综合耐久寿命约为30-50 年左右。

  "水利工程合理使用年限包括水利水电工程合理使用年限和水工建筑物合理使用年限两方面。"刘志明介绍,由于环境侵蚀作用和建筑物材料性能劣化机理的复杂性、不确定性与不确知性以及缺乏足够的经验和数据,目前很难对建筑物的耐久性和实际使用年限作出准确预测,标准中规定的年限只是一种基于现有认识、近似的判断和估计。

  按照国际上的研究,建筑工程设计使用年限的安全系数大概需有1.8-2,也就是要做到平均使用寿命90-100年左右,才能将50年的大修概率降低到可以接受的程度。

  刘志明认为,在许多情况下,建筑物的合理使用年限与工程的经济性并不矛盾,合理耐久性设计在造价不明显增加的前提下能大幅提高建筑物的使用寿命,使工程具有优良的长期使用效益。

  重视工程耐久性是当务之急

  记者了解到,目前国内外对建筑物耐久性和使用年限的研究主要集中在混凝土结构的范围,研究各类耐久性问题的深度比较接近"约定"建筑物合理使用年限,要达到从耐久性到"约定"使用年限研究深度尚需加强。"耐久性措施如何与使用年限进行完全匹配是设计人员比较难做的一件事。"刘志明说。

  对耐久性的研究,美国学者用"5倍定律"形象地说明耐久性的重要性,设计时对钢筋混凝土防护节省1美元,意味着钢筋锈蚀时采取措施多追加维修费5美元,顺筋开裂时多追加25美元,严重破坏时多追加125美元。

  由此可见,防护工作进行得越早,投入越小,而获得的回报越大。延长工程使用寿命意味着节约资源和资金,也使业主和社会得到更多的服务。

  "世界上的基础设施建设,一半以上在中国,中国的建筑业正处于巅峰时期。我们必须要看到发展中的问题,所谓萝卜快了不洗泥。若出现'短命工程',损失将十分巨大。耐久的工程是环境保护和生态文明的需要。因此,重视工程耐久性是当务之急。"刘志明说,提高建筑物质量、延长工程使用寿命、减少维修和重建费用是水利水电行业可持续发展的关键,更是我国经济建设的需要。

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