混凝土結(jié)構安全性問題的探討

摘要: 混凝土結(jié)構安全性問題取決于設計、施工及日常的維修等人為因素, 以及自然災害等自然因素。提高結(jié)構設計安全設置水準, 完善結(jié)構耐久性設計標準, 加強使用階段的安全檢測等手段是提高混凝土結(jié)構安全性的有效途徑與方法。

關鍵詞: 混凝土; 結(jié)構; 安全性; 耐久性

　　混凝土結(jié)構的安全性就是結(jié)構及其構件在外力作用下防止破壞、倒塌, 保護人員和設備不受損傷的能力。一個時期以來, 由于混凝土結(jié)構安全質(zhì)量事故頻繁發(fā)生, 混凝土結(jié)構的安全性問題倍受社會和政府關注。分析混凝土結(jié)構的安全性現(xiàn)狀, 尋求存在的問題、差距和根源, 探索解決的途徑、方法和對策, 并為修訂或制定有關技術政策提供建議,已成為解決混凝土結(jié)構安全性問題的當務之急。

　　混凝土結(jié)構安全性取決于設計、施工和使用過程中的正常維修和保養(yǎng), 也與工程技術人員和管理人員的技術水平和業(yè)務素質(zhì)相關聯(lián)。設計、施工取決于工程的法律、法規(guī)、規(guī)范所規(guī)定的安全設置水準, 設計安全系數(shù)偏低, 施工質(zhì)量差, 混凝土結(jié)構的承載能力和結(jié)構整體牢固性先天不足, 就會為混凝土結(jié)構發(fā)生安全事故埋下隱患; 如果養(yǎng)護維修不及時, 結(jié)構安全性也得不到保證。在我國, 由于設計、施工以及維修保養(yǎng)等原因造成的安全事故時有發(fā)生。此外, 由于自然災害造成的安全事故的頻繁發(fā)生, 給國家、人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。究其原因主要有以下幾個方面:

　　( 1) 現(xiàn)行技術標準存在差異, 安全系數(shù)設置水平偏低

　　按照我國現(xiàn)行結(jié)構設計規(guī)范所采用的可靠度設計方法, 結(jié)構安全性的可靠度定義為“規(guī)定”荷載作用下的強度保證率, 既不反映不同設計規(guī)范在荷載標準值上存在很大差異, 也不體現(xiàn)結(jié)構整體上的差別。而設計規(guī)范中的結(jié)構可靠度只是對結(jié)構的構件而言, 構件的安全性很大程度取決于荷載的取值, 設計時安全系數(shù)設置水平與荷載系數(shù)取值有關。據(jù)有關資料, 我國規(guī)范中的動荷載安全系數(shù)比美、英等國家規(guī)范低14%～21%, 比歐洲規(guī)范低7%;靜載安全系數(shù)比美、英等國低17%, 比歐洲低13%;在強度安全系數(shù)方面, 我國規(guī)范的混凝土強度安全系數(shù)比歐美低15%, 鋼材強度安全系數(shù)低6%。這樣一來, 按我國規(guī)范設計的柱子假設動載和靜載比為1: 2, 由于荷載和材料方面的影響, 其承載能力較美、英規(guī)范設計的柱子的承載能力低35%, 較歐洲低28%; 梁板的安全系數(shù)比美英低24%, 比歐洲低18%。

　　( 2) 設計、施工等人為錯誤或差錯

　　由于設計差錯或錯誤造成的結(jié)構安全事故主要是因為結(jié)構或構件沒有足夠的承載能力, 導致結(jié)構開裂和結(jié)構坍塌。但絕大多數(shù)人為錯誤或差錯并非主觀故意, 出現(xiàn)設計差錯或錯誤往往都是因為設計人員素質(zhì)不高、設計能力差、調(diào)查研究不細致、基礎資料不全、設計參數(shù)的選取不合理、計算能力差、缺乏設計經(jīng)驗; 其次是由于行政干預、長官意志、缺乏合理的設計周期; 再次, 勘測設計的全過程監(jiān)理尚未全面展開, 即使有勘察設計監(jiān)理, 也是流于形式, 把關不嚴。

混凝土結(jié)構安全事故相當一部分是由于施工質(zhì)量差造成的。在我國現(xiàn)行工程項目建設招投標管理體制下, 或多或少存在高資質(zhì)中標、低能力施工的現(xiàn)象, 工程層層轉(zhuǎn)包, 施工材料以次充好, 偷工減料, 為工程質(zhì)量埋下重大隱患。同時, 施工管理水平低下, 從業(yè)人員素質(zhì)較低, 也是當今我國建筑行業(yè)中的一個突出問題。正因為如此, 人為的差錯難以被及時發(fā)現(xiàn)和有效消除, 從而最終釀成安全事故。

　　( 3) 火災、爆炸事故

　　火災和爆炸可能導致災難性的后果。2001年發(fā)生的震驚全國的石家莊爆炸, 造成整棟房屋所有單元連續(xù)倒塌; 衡陽113特大火災事故, 造成衡陽大廈倒塌和重大人員傷亡。這些都是由于混凝土結(jié)構遭火災后, 混凝土的抗壓強度和鋼筋抗拉強度降低,導致結(jié)構的承載能力降低。特別是爆炸, 瞬間巨大沖擊力遠遠超過結(jié)構的極限承載能力, 造成結(jié)構瞬間破壞。

　　( 4) 自然災害

　　自然災害指的是地震、滑坡、泥石流、颶風、洪水等不可抗力的自然現(xiàn)象, 一旦發(fā)生會造成災難性的破壞。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計, 全球自然災害導致結(jié)構倒塌的數(shù)量相當驚人, 造成的損失不可估量。1976年的唐山7.8級的大地震, 80%的建筑物倒塌或遭到毀滅性的破壞; 今年夏天的云娜號臺風襲擊浙江溫嶺,造成數(shù)億元的經(jīng)濟損失, 以及重慶、四川省東部地區(qū)特大暴雨, 造成大量的房屋和交通設施的破壞等等。

　　但是要完全避免自然災害對結(jié)構的破壞是不現(xiàn)實, 也是不可能的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、國力的增強、社會財富的增加和科學技術的進步, 人們應增強防患意識, 提高對災害的預測水平和結(jié)構抗災能力, 并以此做為改進結(jié)構安全質(zhì)量的重點。

　　( 5) 缺乏較為完整的法規(guī)和標準體系及管理機制

　　在我國, 工程建設和使用在管理上缺乏立法約束, 重視項目建設, 輕視使用過程中的日常維修、保養(yǎng); 重視建設資金的投入, 忽視保養(yǎng)維修基金設置。在結(jié)構的保養(yǎng)維修方面缺乏強制性措施, 一些結(jié)構由于保養(yǎng)不及時或長年失修造成結(jié)構損傷, 最終導致結(jié)構破壞。其次, 設計、施工、保養(yǎng)及維修技術不配套, 過于依賴技術規(guī)范的作用, 缺乏指南、工法等較為具體詳盡的技術標準。再次是對規(guī)范的錯位認識與管理, 局限于現(xiàn)有的標準、規(guī)范, 缺乏創(chuàng)新性,對規(guī)范、標準的修訂不及時, 不能與時俱進。

　　3.1 提高混凝土結(jié)構安全系數(shù)的設置標準提高結(jié)構安全系數(shù)的設置標準無疑有利于提高結(jié)構安全性, 但建設成本會增加。合理設置安全系數(shù)既有利于提高結(jié)構整體牢固性, 又能適應目前政府或企業(yè)的經(jīng)濟承受能力。因此, 我們應從客觀實際出發(fā), 審視安全系數(shù)設置標準, 著力提高結(jié)構抗擊突發(fā)事件的能力, 提高抗震、設防等級, 增強結(jié)構整體牢固性。對重要部位、重點場所, 重點設置安全系數(shù)。設計荷載等級和結(jié)構、構件的承載能力有必要儲備, 并結(jié)合長遠考慮荷載等級和使用功能的可能變化。

　　3.2 完善結(jié)構耐久性設計標準

　　結(jié)構耐久性是指結(jié)構、構件所處的各種作用維持使用功能的能力, 耐久性問題也是長期以來被各國結(jié)構工程師十分關注的問題。在我國, 由于長期處于短缺經(jīng)濟和計劃經(jīng)濟歷史條件的影響, 現(xiàn)行的設計規(guī)范和施工規(guī)范主要局限于荷載作用下結(jié)構、構件的安全性問題, 對于結(jié)構、構件在長期使用過程中由于環(huán)境作用導致材料性能劣化的影響, 被置于比較次要或從屬地位, 這主要是因為對耐久性認識不足, 環(huán)境作用下結(jié)構耐久性問題比較復雜, 存在很多不確定性, 不象結(jié)構安全性通過加載試驗可以確定, 而耐久性只有通過預測、估計。但隨著工程實踐和工程技術人員的理論研究, 已有可能使對耐久性的預測、估計接近實際。

　　3.3 加強施工過程中工程質(zhì)量的監(jiān)管

　　工程質(zhì)量的優(yōu)劣直接關系到結(jié)構的安全性能和耐久性能, 因此, 加強施工過程中工程質(zhì)量的監(jiān)管是有效遏制結(jié)構安全事故的重要手段。政府和企業(yè)( 業(yè)主) 應本著對國家、對社會、對人民負責的態(tài)度, 認真履行監(jiān)管的職能; 施工單位要嚴格按照《中華人民共和國產(chǎn)品質(zhì)量法》施工, 使工程能經(jīng)得起歷史的檢驗、社會的檢驗和用戶的檢驗; 社會監(jiān)理要認真履行監(jiān)理職責, 把好過程關, 禁止存在質(zhì)量隱患的產(chǎn)品投入使用。

　　3.4 制定科學合理的項目建設工期

　　科學合理的項目建設工期是保證工程質(zhì)量的前提和基礎, 然而在一些具體的項目建設中, 存在人為的行政干預、長官意志、盲目追求工期、進度的現(xiàn)象, 特別是一些政績工程, 有大干快上的“大躍進”之風, 缺乏合理工期, 為結(jié)構安全性和耐久性埋下了隱患。應在科學發(fā)展觀的指導下, 以科學的態(tài)度、科學的思維方式、科學的組織行為制定科學合理的建設工期, 為結(jié)構構件安全性和耐久性創(chuàng)造前提條件。

　　3.5 強化使用過程中的安全檢測結(jié)構、構件的安全性與設計、施工和使用過程中的保養(yǎng)、維修相關, 也與工程技術人員和管理人員的水平和素質(zhì)相關聯(lián)。在我國, 結(jié)構工程施工中技術水平和人員素質(zhì)相對較差, 安全系數(shù)的設置較低, 質(zhì)量保證體系和質(zhì)量保證制度尚不完善, 政府的監(jiān)督職能沒有真正發(fā)揮, 有些項目交付使用時存在質(zhì)量缺陷, 因此有必要加強結(jié)構、構件在使用過程中的安全檢測。

　　通過有效的安全檢測, 可以及時發(fā)現(xiàn)問題, 采取整改措施, 避免事故的發(fā)生, 把安全事故的發(fā)生率降低到最小限度, 從而達到預防為主的目的。要結(jié)合結(jié)構、構件的使用情況編制安全檢測計劃, 配備檢測儀器, 安排檢測經(jīng)費, 對一些重點的結(jié)構、構件要進行強制性檢測。

　　3.6 提高結(jié)構材料的耐久性提高結(jié)構材料的耐久性是提高結(jié)構、構件使用年限的有效途徑。近年來, 隨著結(jié)構耐久性問題的實踐和理論研究, 控制水泥和粗骨料的使用, 推廣引氣混凝土, 開發(fā)耐銹蝕的鋼筋以及海砂混凝土的控制和利用, 積極推廣應用耐久性能高的人工合成的高分子材料, 使結(jié)構耐久性得到很大程度地提高。

　　結(jié)構設計中, 結(jié)構的安全性和耐久性在荷載取值標準上要縮小與發(fā)達國家間的差距, 而且除了提高相應的安全儲備外, 更為重要的是加強工程的抗災、減災能力。

　　工程結(jié)構在使用過程中, 檢測、保養(yǎng)和維修應足夠重視, 更有必要建立使用過程中安全檢測制度, 并制定相應的標準?；A設施和公共場所建設投資上, 既要重視建設, 也要重視維修, 要加大維修資金的投入。同時積極推廣耐久性材料的使用, 推廣應用高性能混凝土。

[1]陳肇元.土建結(jié)構工程的安全性與耐久性[M].北京中國建筑出版社, 2003.

[2]陳肇元.結(jié)構安全性與可靠度設計方法[R].中國土木工程學會第9 屆年會學術討論會報告, 2000, 5.

[3] 中國工程院士土木水利與建筑學部工程結(jié)構安全性與耐久性研究咨詢項目組.混凝土結(jié)構耐久性設計與施工指南[R].中國建筑工業(yè)出版社, 2004.

收稿日期: 2006- 02- 27

作者簡介: 李付林( 1976.1- ) , 男, 山東單縣人, 單縣水務局助

理工程師, 主要從事農(nóng)田水利工程施工和管理工作。