混凝土結(jié)構(gòu)安全性問題的探討

摘要: 混凝土結(jié)構(gòu)安全性問題取決于設(shè)計(jì)、施工及日常的維修等人為因素, 以及自然災(zāi)害等自然因素。提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全設(shè)置水準(zhǔn), 完善結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 加強(qiáng)使用階段的安全檢測等手段是提高混凝土結(jié)構(gòu)安全性的有效途徑與方法。

關(guān)鍵詞: 混凝土; 結(jié)構(gòu); 安全性; 耐久性

　　混凝土結(jié)構(gòu)的安全性就是結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在外力作用下防止破壞、倒塌, 保護(hù)人員和設(shè)備不受損傷的能力。一個(gè)時(shí)期以來, 由于混凝土結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量事故頻繁發(fā)生, 混凝土結(jié)構(gòu)的安全性問題倍受社會(huì)和政府關(guān)注。分析混凝土結(jié)構(gòu)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(guān)技術(shù)政策提供建議,已成為解決混凝土結(jié)構(gòu)安全性問題的當(dāng)務(wù)之急。

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

　　( 1) 現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在差異, 安全系數(shù)設(shè)置水平偏低

　　按照我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的可靠度設(shè)計(jì)方法, 結(jié)構(gòu)安全性的可靠度定義為“規(guī)定”荷載作用下的強(qiáng)度保證率, 既不反映不同設(shè)計(jì)規(guī)范在荷載標(biāo)準(zhǔn)值上存在很大差異, 也不體現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體上的差別。而設(shè)計(jì)規(guī)范中的結(jié)構(gòu)可靠度只是對結(jié)構(gòu)的構(gòu)件而言, 構(gòu)件的安全性很大程度取決于荷載的取值, 設(shè)計(jì)時(shí)安全系數(shù)設(shè)置水平與荷載系數(shù)取值有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料, 我國規(guī)范中的動(dòng)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(qiáng)度安全系數(shù)方面, 我國規(guī)范的混凝土強(qiáng)度安全系數(shù)比歐美低15%, 鋼材強(qiáng)度安全系數(shù)低6%。這樣一來, 按我國規(guī)范設(shè)計(jì)的柱子假設(shè)動(dòng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、施工等人為錯(cuò)誤或差錯(cuò)

　　由于設(shè)計(jì)差錯(cuò)或錯(cuò)誤造成的結(jié)構(gòu)安全事故主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件沒有足夠的承載能力, 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂和結(jié)構(gòu)坍塌。但絕大多數(shù)人為錯(cuò)誤或差錯(cuò)并非主觀故意, 出現(xiàn)設(shè)計(jì)差錯(cuò)或錯(cuò)誤往往都是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員素質(zhì)不高、設(shè)計(jì)能力差、調(diào)查研究不細(xì)致、基礎(chǔ)資料不全、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取不合理、計(jì)算能力差、缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn); 其次是由于行政干預(yù)、長官意志、缺乏合理的設(shè)計(jì)周期; 再次, 勘測設(shè)計(jì)的全過程監(jiān)理尚未全面展開, 即使有勘察設(shè)計(jì)監(jiān)理, 也是流于形式, 把關(guān)不嚴(yán)。

混凝土結(jié)構(gòu)安全事故相當(dāng)一部分是由于施工質(zhì)量差造成的。在我國現(xiàn)行工程項(xiàng)目建設(shè)招投標(biāo)管理體制下, 或多或少存在高資質(zhì)中標(biāo)、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(shí), 施工管理水平低下, 從業(yè)人員素質(zhì)較低, 也是當(dāng)今我國建筑行業(yè)中的一個(gè)突出問題。正因?yàn)槿绱? 人為的差錯(cuò)難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效消除, 從而最終釀成安全事故。

　　( 3) 火災(zāi)、爆炸事故

　　火災(zāi)和爆炸可能導(dǎo)致災(zāi)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(zāi)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(gòu)遭火災(zāi)后, 混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋抗拉強(qiáng)度降低,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力降低。特別是爆炸, 瞬間巨大沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過結(jié)構(gòu)的極限承載能力, 造成結(jié)構(gòu)瞬間破壞。

　　( 4) 自然災(zāi)害

　　自然災(zāi)害指的是地震、滑坡、泥石流、颶風(fēng)、洪水等不可抗力的自然現(xiàn)象, 一旦發(fā)生會(huì)造成災(zāi)難性的破壞。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì), 全球自然災(zāi)害導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌的數(shù)量相當(dāng)驚人, 造成的損失不可估量。1976年的唐山7.8級(jí)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(hào)臺(tái)風(fēng)襲擊浙江溫嶺,造成數(shù)億元的經(jīng)濟(jì)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(shè)施的破壞等等。

　　但是要完全避免自然災(zāi)害對結(jié)構(gòu)的破壞是不現(xiàn)實(shí), 也是不可能的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國力的增強(qiáng)、社會(huì)財(cái)富的增加和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步, 人們應(yīng)增強(qiáng)防患意識(shí), 提高對災(zāi)害的預(yù)測水平和結(jié)構(gòu)抗災(zāi)能力, 并以此做為改進(jìn)結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量的重點(diǎn)。

　　( 5) 缺乏較為完整的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系及管理機(jī)制

　　在我國, 工程建設(shè)和使用在管理上缺乏立法約束, 重視項(xiàng)目建設(shè), 輕視使用過程中的日常維修、保養(yǎng); 重視建設(shè)資金的投入, 忽視保養(yǎng)維修基金設(shè)置。在結(jié)構(gòu)的保養(yǎng)維修方面缺乏強(qiáng)制性措施, 一些結(jié)構(gòu)由于保養(yǎng)不及時(shí)或長年失修造成結(jié)構(gòu)損傷, 最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。其次, 設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)及維修技術(shù)不配套, 過于依賴技術(shù)規(guī)范的作用, 缺乏指南、工法等較為具體詳盡的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。再次是對規(guī)范的錯(cuò)位認(rèn)識(shí)與管理, 局限于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范, 缺乏創(chuàng)新性,對規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的修訂不及時(shí), 不能與時(shí)俱進(jìn)。

　　3.1 提高混凝土結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)無疑有利于提高結(jié)構(gòu)安全性, 但建設(shè)成本會(huì)增加。合理設(shè)置安全系數(shù)既有利于提高結(jié)構(gòu)整體牢固性, 又能適應(yīng)目前政府或企業(yè)的經(jīng)濟(jì)承受能力。因此, 我們應(yīng)從客觀實(shí)際出發(fā), 審視安全系數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn), 著力提高結(jié)構(gòu)抗擊突發(fā)事件的能力, 提高抗震、設(shè)防等級(jí), 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體牢固性。對重要部位、重點(diǎn)場所, 重點(diǎn)設(shè)置安全系數(shù)。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)和結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的承載能力有必要儲(chǔ)備, 并結(jié)合長遠(yuǎn)考慮荷載等級(jí)和使用功能的可能變化。

　　3.2 完善結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

　　結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)、構(gòu)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(gòu)工程師十分關(guān)注的問題。在我國, 由于長期處于短缺經(jīng)濟(jì)和計(jì)劃經(jīng)濟(jì)歷史條件的影響, 現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范主要局限于荷載作用下結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的安全性問題, 對于結(jié)構(gòu)、構(gòu)件在長期使用過程中由于環(huán)境作用導(dǎo)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?yàn)閷δ途眯哉J(rèn)識(shí)不足, 環(huán)境作用下結(jié)構(gòu)耐久性問題比較復(fù)雜, 存在很多不確定性, 不象結(jié)構(gòu)安全性通過加載試驗(yàn)可以確定, 而耐久性只有通過預(yù)測、估計(jì)。但隨著工程實(shí)踐和工程技術(shù)人員的理論研究, 已有可能使對耐久性的預(yù)測、估計(jì)接近實(shí)際。

　　3.3 加強(qiáng)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(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性能和耐久性能, 因此, 加強(qiáng)施工過程中工程質(zhì)量的監(jiān)管是有效遏制結(jié)構(gòu)安全事故的重要手段。政府和企業(yè)( 業(yè)主) 應(yīng)本著對國家、對社會(huì)、對人民負(fù)責(zé)的態(tài)度, 認(rèn)真履行監(jiān)管的職能; 施工單位要嚴(yán)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(yàn)、社會(huì)的檢驗(yàn)和用戶的檢驗(yàn); 社會(huì)監(jiān)理要認(rèn)真履行監(jiān)理職責(zé), 把好過程關(guān), 禁止存在質(zhì)量隱患的產(chǎn)品投入使用。

　　3.4 制定科學(xué)合理的項(xiàng)目建設(shè)工期

　　科學(xué)合理的項(xiàng)目建設(shè)工期是保證工程質(zhì)量的前提和基礎(chǔ), 然而在一些具體的項(xiàng)目建設(shè)中, 存在人為的行政干預(yù)、長官意志、盲目追求工期、進(jìn)度的現(xiàn)象, 特別是一些政績工程, 有大干快上的“大躍進(jìn)”之風(fēng), 缺乏合理工期, 為結(jié)構(gòu)安全性和耐久性埋下了隱患。應(yīng)在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下, 以科學(xué)的態(tài)度、科學(xué)的思維方式、科學(xué)的組織行為制定科學(xué)合理的建設(shè)工期, 為結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性和耐久性創(chuàng)造前提條件。

　　3.5 強(qiáng)化使用過程中的安全檢測結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的安全性與設(shè)計(jì)、施工和使用過程中的保養(yǎng)、維修相關(guān), 也與工程技術(shù)人員和管理人員的水平和素質(zhì)相關(guān)聯(lián)。在我國, 結(jié)構(gòu)工程施工中技術(shù)水平和人員素質(zhì)相對較差, 安全系數(shù)的設(shè)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(xiàng)目交付使用時(shí)存在質(zhì)量缺陷, 因此有必要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)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(shí)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(dá)到預(yù)防為主的目的。要結(jié)合結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的使用情況編制安全檢測計(jì)劃, 配備檢測儀器, 安排檢測經(jīng)費(fèi), 對一些重點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件要進(jìn)行強(qiáng)制性檢測。

　　3.6 提高結(jié)構(gòu)材料的耐久性提高結(jié)構(gòu)材料的耐久性是提高結(jié)構(gòu)、構(gòu)件使用年限的有效途徑。近年來, 隨著結(jié)構(gòu)耐久性問題的實(shí)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(yīng)用耐久性能高的人工合成的高分子材料, 使結(jié)構(gòu)耐久性得到很大程度地提高。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性在荷載取值標(biāo)準(zhǔn)上要縮小與發(fā)達(dá)國家間的差距, 而且除了提高相應(yīng)的安全儲(chǔ)備外, 更為重要的是加強(qiáng)工程的抗災(zāi)、減災(zāi)能力。

　　工程結(jié)構(gòu)在使用過程中, 檢測、保養(yǎng)和維修應(yīng)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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)設(shè)施和公共場所建設(shè)投資上, 既要重視建設(shè), 也要重視維修, 要加大維修資金的投入。同時(shí)積極推廣耐久性材料的使用, 推廣應(yīng)用高性能混凝土。

[1]陳肇元.土建結(jié)構(gòu)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(gòu)安全性與可靠度設(shè)計(jì)方法[R].中國土木工程學(xué)會(huì)第9 屆年會(huì)學(xué)術(shù)討論會(huì)報(bào)告, 2000, 5.

[3] 中國工程院士土木水利與建筑學(xué)部工程結(jié)構(gòu)安全性與耐久性研究咨詢項(xiàng)目組.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)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(wù)局助

理工程師, 主要從事農(nóng)田水利工程施工和管理工作。