設(shè)計(jì)使用年限

水利水電工程在興利除害、為民造福方面發(fā)揮了重要作用，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施，但大壩運(yùn)行安全直接關(guān)系到壩下游地區(qū)幾萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外一些大壩失事和報(bào)廢已成為工程界關(guān)注的問(wèn)題。在水利水電工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中，必須高度重視水利水電工程安全運(yùn)行的使用年限和耐久性問(wèn)題，吸取國(guó)內(nèi)外一些大壩失事造成慘痛災(zāi)難的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，深入研究并采取防治措施，確保大壩安全運(yùn)行，提高水工建筑物的耐久性，使大型水利水電工程得到長(zhǎng)期使用，充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、全面建設(shè)小康社會(huì)提供支撐并作出更大貢獻(xiàn)。

設(shè)計(jì)使用年限水利水電工程設(shè)計(jì)使用年限

土建工程的使用壽命(使用年限)是建筑物建成后所有性能均能滿足原定要求的實(shí)際使用年限。我國(guó)建筑法規(guī)定：“建筑物在其合理使用壽命內(nèi)，必須確保地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。”在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《建筑物及建筑資產(chǎn)—使用壽命規(guī)則》(以下簡(jiǎn)稱為 ISO15686)的總則(ISO15686-1)中將耐久性目標(biāo)具體為建筑物構(gòu)件或部件的功能要求和可接受水平，要求在設(shè)計(jì)階段就予以確定；可以作為設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的一部分由客戶確定，也可根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范或規(guī)程的規(guī)定由設(shè)計(jì)師確定，但都應(yīng)指出這些構(gòu)件或部件的屬性(可更換或永久性)及其失效效果。如失效后果十分嚴(yán)重，則須考慮延長(zhǎng)構(gòu)件的使用壽命或加強(qiáng)檢查和維護(hù)。ISO15686-1總則強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)要考慮建筑物的重新利用，通過(guò)使用壽命規(guī)劃延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，增進(jìn)長(zhǎng)期效益，有利于建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。建筑物構(gòu)件或部件的最低設(shè)計(jì)使用壽命見(jiàn)表1。由表1可知，設(shè)計(jì)壽命為永久性的條件下，難以維修的結(jié)構(gòu)構(gòu)件壽命為永久性長(zhǎng)期使用，難以更換的構(gòu)件壽命為100 a，可更換的主要構(gòu)件壽命為40 a，建筑設(shè)備壽命25 a。

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，對(duì)設(shè)計(jì)使用年限定義為“在設(shè)計(jì)確定的環(huán)境作用和維修、使用條件下，作為結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)依據(jù)并具有一定保證率的適用年限”。設(shè)計(jì)使用年限是技術(shù)使用年限，是建筑物在設(shè)計(jì)規(guī)定的環(huán)境使用下因結(jié)構(gòu)材料老化到難以正常使用的年限?！督ㄖā?2005 年修訂稿)中，進(jìn)一步明確土木、建筑、水利等所有工程都應(yīng)遵守《建筑法》，工程耐久性作為最主要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求只能以使用年限(使用壽命)來(lái)體現(xiàn)而不能為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。鑒于我國(guó)對(duì)水利水電工程設(shè)計(jì)使用年限尚未頒布規(guī)程規(guī)范，參照我國(guó)《建筑法》和ISO15686，本文分析認(rèn)為水利水電工程設(shè)計(jì)使用年限是指水工建筑物建成投入運(yùn)行后，在設(shè)計(jì)運(yùn)行工況和維修條

件下，其所有性能均能滿足預(yù)定目標(biāo)安全使用的年限。我國(guó)水利水電工程設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)按工程等級(jí)區(qū)別確定，對(duì)大型一等工程設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)大于100 a，超大型工程設(shè)計(jì)使用年限大于150 a，并在工程投入運(yùn)行后進(jìn)行精心維護(hù)，定期安全檢查鑒定，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修復(fù)和加固處理，以延長(zhǎng)其使用年限，達(dá)到安全可靠、長(zhǎng)期使用。

設(shè)計(jì)使用年限水利水電工程設(shè)計(jì)使用年限的影響因素

1)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。水利水電工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括洪水標(biāo)準(zhǔn)、抗震標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)安全(包括穩(wěn)定、應(yīng)力及變形)標(biāo)準(zhǔn)、耐久性標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)已頒布水利水電工程設(shè)計(jì)相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程是按工程等級(jí)確定水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計(jì)洪水和校核洪水)、抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)安全(混凝土壩及泄水、輸水建筑物的重點(diǎn)為強(qiáng)度及穩(wěn)定，土石壩的重點(diǎn)為變形及穩(wěn)定)標(biāo)準(zhǔn)，但尚未頒布水工建筑物的耐久性標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的高低關(guān)系到水工建筑物安全可靠的運(yùn)用，直接影響水利水電工程使用年限。

2)工程建筑材料。水利水電工程混凝土壩及泄水建筑物、電站廠房及通航建筑物等水工建筑物混凝土的原材料(水泥、砂石骨料、粉煤灰及其他摻和料、外加劑、拌和水)及其拌和制成的混凝土強(qiáng)度的高低和混凝土耐久性能的抗?jié)B、抗凍、抗裂、抗沖磨、抗碳化、抗侵蝕性等指標(biāo)的大小及防止堿骨料反應(yīng)的能力都將影響水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。土石壩壩體土石填料的密實(shí)度、流變、抗?jié)B、抗水流沖刷能力和混凝土面板堆石壩防滲面板混凝土的抗裂、抗凍、抗?jié)B、抗碳化、抗溶出性侵蝕等指標(biāo)的大小都將影響其使用年限。

3)壩體及壩基防滲。大壩投入運(yùn)行后，壩體和壩基高水位運(yùn)行，在高水壓力作用下壩體及壩基防滲效果影響其耐久性，若水流沿壩體裂縫或止水結(jié)構(gòu)的缺陷縫隙或壩基防滲帷幕灌漿中的施工缺陷滲入，滲水處壩體混凝土及壩基灌漿水泥中Ca(OH)₂以CaO的形式析出，致使混凝土強(qiáng)度和帷幕防滲效果降低；高壓水流沿壩體及壩基巖體尚未處理好的節(jié)理裂隙滲入，對(duì)壩體和壩基可能產(chǎn)生滲透破壞，特別是壩基巖體的不良結(jié)構(gòu)面和土石壩壩體，可能會(huì)產(chǎn)生化學(xué)管涌和機(jī)械管涌，將危及大壩運(yùn)行安全，影響水利水電工程使用年限。

4) 水利水電工程質(zhì)量。水利水電工程質(zhì)量包括設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量(含金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備制造安裝質(zhì)量)。水利水電工程設(shè)計(jì)質(zhì)量暴露的問(wèn)題主要為設(shè)計(jì)深度不夠，包括水文、地質(zhì)勘察、重大技術(shù)問(wèn)題的科學(xué)試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)分析計(jì)算深度不夠，有的尚未達(dá)到國(guó)家頒布的大中型水利水電工程各設(shè)計(jì)階段工作深度的要求；有的設(shè)計(jì)成果質(zhì)量下降，出現(xiàn)差錯(cuò)；工程建設(shè)過(guò)程中，有的承包單位未能嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求和相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范控制質(zhì)量，出現(xiàn)的施工質(zhì)量事故較多；有的承包單位在隱蔽工程(壩基灌漿)施工中偷工減料引起質(zhì)量事故；有的工程所用原材料質(zhì)量得不到保證，為趕進(jìn)度“湊合”使用而出現(xiàn)工程質(zhì)量問(wèn)題；有的工程金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備加工制造工藝粗糙、安裝誤差較大等。工程設(shè)計(jì)和施工存在的質(zhì)量問(wèn)題將給水工建筑物運(yùn)行安全留下隱患并影響水利水電工程使用年限。

設(shè)計(jì)使用年限研究背景

我國(guó)橋梁的設(shè)計(jì)使用年限一般為100年，對(duì)于某些有特殊要求的橋梁設(shè)計(jì)時(shí)采用了120年的設(shè)計(jì)使用年限。對(duì)于國(guó)外橋梁的設(shè)計(jì)使用年限，每個(gè)國(guó)家規(guī)范規(guī)定有所不同：如日本提出橋梁的設(shè)計(jì)使用年限約為100年，英國(guó)規(guī)定橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為120年，美國(guó)要求橋梁的設(shè)計(jì)使用年限不少于75～100年，歐盟在橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為100年。但實(shí)際上大部分橋梁的使用壽命沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的要求。依據(jù)美國(guó)20世紀(jì)90年代初的統(tǒng)計(jì)，近60萬(wàn)座混凝土橋梁中有45%存在缺陷，需要修復(fù)或更換；印度約10%的公路橋梁需要替換，另有10%的橋梁有損傷跡象。20世紀(jì)90年代末的統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)只有40%的橋梁使用壽命在25年以上。

通過(guò)對(duì)橋梁設(shè)計(jì)使用年限的簡(jiǎn)介以及與橋梁實(shí)際使用壽命的比較可知，大部分橋梁的實(shí)際使用壽命未能達(dá)到設(shè)計(jì)使用的要求。為更好促進(jìn)橋梁的發(fā)展，從橋梁的規(guī)范、設(shè)計(jì)、建設(shè)、維護(hù)等因素出發(fā)，分析和研究我國(guó)橋梁使用壽命未能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的原因和對(duì)策。

設(shè)計(jì)使用年限我國(guó)橋梁未能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的原因

中國(guó)有5000年?duì)N爛的歷史，而中國(guó)橋梁的歷史也能追溯到3000多年前的周文王時(shí)期。在豐富的橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)制定了具有本國(guó)特色的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)橋梁的建設(shè)方案、組織橋梁施工以及對(duì)橋梁的維護(hù)進(jìn)行指導(dǎo)。但橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范是在以往的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，要用這個(gè)規(guī)范來(lái)確定橋梁的設(shè)計(jì)使用年限，時(shí)間上存在著差異性，這種差異性主要表現(xiàn)為：①設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低、承載能力不足。早期建造的橋梁設(shè)計(jì)荷載大多偏低，隨著交通量以及荷載等級(jí)的增加，許多既有橋梁已基本無(wú)法滿足現(xiàn)今的交通需求。②通行能力不足。早期設(shè)計(jì)的橋面寬度以及橋上、橋下的通行凈空尺寸太低，越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代化通車、通航的要求，以致巨輪沖撞橋梁的事故時(shí)有發(fā)生。③超負(fù)荷使用。改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)汽車產(chǎn)量以年平均增長(zhǎng)率15%的速度增長(zhǎng)，而設(shè)計(jì)時(shí)的日通行量是按以往的水平設(shè)定的，對(duì)后期的發(fā)展考慮不足，所以當(dāng)橋梁長(zhǎng)期在超重荷載下運(yùn)營(yíng)時(shí)，其使用壽命也將隨之減小，致使橋梁的使用壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的要求。表2列舉了3座橋梁來(lái)反映我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)橋梁設(shè)計(jì)使用年限的影響。

設(shè)計(jì)使用年限縮短橋梁使用壽命和設(shè)計(jì)使用年限差距的建議

自新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)建筑設(shè)計(jì)使用年限標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了1966年、1974年、1989年、 2000年4次更改，建設(shè)部2000年出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)使用年限是100年。隨著社會(huì)的發(fā)展，橋梁設(shè)計(jì)方案、建設(shè)材料、建造技術(shù)、建筑器械不斷進(jìn)步，要縮短橋梁使用壽命和設(shè)計(jì)使用年限的差距，同樣可從橋梁的規(guī)范、設(shè)計(jì)、建設(shè)、維護(hù)等方面考慮。

（1）對(duì)于橋梁規(guī)范本身來(lái)講，要及時(shí)修訂、更改。特別是隨著我國(guó)綜合實(shí)力的增長(zhǎng)，對(duì)以往橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中不適合的地方要及時(shí)地修訂、更改，而按早期橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范建造好的橋梁，維修時(shí)應(yīng)重新評(píng)估橋梁的剩余使用壽命。基于上述原因提出了以下2點(diǎn)建議：①用動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)規(guī)范準(zhǔn)則規(guī)范橋梁設(shè)計(jì)；②研究橋梁合理的設(shè)計(jì)使用年限。

（2）從橋梁設(shè)計(jì)角度來(lái)看，應(yīng)該多考慮橋梁的正常使用狀態(tài)，承載力滿足的同時(shí)對(duì)橋梁的耐久性、適用性、安全性提出計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)的要求。具體的措施有以下幾個(gè)方面：①重視橋梁的耐久性；②防止橋梁疲勞破壞；③注重橋梁抗震設(shè)計(jì)概念、修訂抗震設(shè)防水準(zhǔn)，做好橋梁的隔震、減震。

（3）面對(duì)橋梁建設(shè)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)該從以下幾點(diǎn)考慮提高橋梁的使用壽命：①尊重科學(xué)規(guī)律，對(duì)在建設(shè)施工中需要考慮自然災(zāi)害影響的，需進(jìn)行地質(zhì)和氣象災(zāi)害對(duì)橋梁使用壽命影響的可行性研究；②遵守法律法規(guī)，增強(qiáng)對(duì)橋梁建設(shè)中的管理人員、施工人員的教育和監(jiān)督；③加大建設(shè)后橋梁質(zhì)量評(píng)審的力度。

（4）就橋梁的自身影響而言，重要的是在建設(shè)施工時(shí)把好質(zhì)量關(guān)，按設(shè)計(jì)要求和建筑規(guī)范建造橋梁。而對(duì)于橋梁的維護(hù)，它既是后期橋梁正常使用的主要保障，也是有效延長(zhǎng)橋梁使用壽命的一種方法。橋梁的維護(hù)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：①基于橋梁的使用壽命，在經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行預(yù)算從而制定出可行性的修復(fù)和維護(hù)計(jì)劃；②對(duì)維護(hù)后的橋梁進(jìn)行檢測(cè)，判定其穩(wěn)定性和剩余使用壽命。

除了以上的建議和措施外，對(duì)于橋梁在正常使用中也應(yīng)采取一定的措施，預(yù)防橋梁發(fā)生破壞。如：①對(duì)負(fù)重車輛的過(guò)往進(jìn)行限時(shí)、限行；②對(duì)即將到來(lái)的對(duì)橋梁有影響的自然災(zāi)害應(yīng)提前做好應(yīng)急方案；③在橋梁正常使用中出現(xiàn)事故時(shí)，要采用必要的措施防止因橋梁的破壞使事件的影響擴(kuò)大化等。此外對(duì)于具有歷史價(jià)值和特殊意義的橋梁，還需制定相應(yīng)的法律法規(guī)對(duì)橋梁加以保護(hù)。 2100433B

設(shè)計(jì)使用年限定義

計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度所依據(jù)的年限稱為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。

1、設(shè)計(jì)使用年限的定義：設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。

2、設(shè)計(jì)使用年限的取值： 在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常維護(hù)條件下應(yīng)能保持其使用功能，而不需進(jìn)行大修加固。設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068確定：（1）臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限為5年，（2）易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，設(shè)計(jì)使用年限為25年，（3）普通房屋和構(gòu)筑物，設(shè)計(jì)使用年限為50年，（4）紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限為100年。若建設(shè)單位提出更高要求，也可按建設(shè)單位的要求確定。

設(shè)計(jì)使用年限國(guó)家規(guī)定

國(guó)家頒布的《住宅建筑規(guī)范》（GB50368-2005）規(guī)定 ：

3.1.5 住宅結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)必須具有足夠的可靠性。

3.3.1 住宅的設(shè)計(jì)使用年限一般為50年。當(dāng)住宅達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限并需要繼續(xù)使用時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行鑒定，并根據(jù)鑒定結(jié)論作相應(yīng)處理。重大災(zāi)害(如火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、地震等)對(duì)住宅的結(jié)構(gòu)安全和使用安全造成嚴(yán)重影響或潛在危害。遭遇重大災(zāi)害后的住宅需要繼續(xù)使用時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行鑒定，并做相應(yīng)處理。

6.1.1 住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)少于50年，其安全等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。

6.1.4 住宅結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常建造和正常使用過(guò)程中可能發(fā)生的各種作用和環(huán)境影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，住宅結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須滿足安全性、適用性和耐久性要求。

6.1.6 鄰近住宅的永久性邊坡的設(shè)計(jì)使用年限，不應(yīng)低于受其影響的住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。

設(shè)計(jì)使用年限補(bǔ)充說(shuō)明

建筑結(jié)構(gòu)的“設(shè)計(jì)使用年限”，明確了設(shè)計(jì)使用年限是設(shè)計(jì)規(guī)定的一個(gè)時(shí)期，如達(dá)不到這個(gè)年限則意味著在設(shè)計(jì)、施工、使用與維護(hù)的某一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)了非正常情況，應(yīng)查找原因。所謂“正常維護(hù)”包括必要的檢測(cè)、防護(hù)及維修。設(shè)計(jì)使用年限是房屋建筑的地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)工程“合理使用年限”的具體化。

當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限后，并不是就不能使用了，而是結(jié)構(gòu)失效概率可能較設(shè)計(jì)預(yù)期值增大。

對(duì)于商品房，開(kāi)發(fā)商設(shè)計(jì)使用年限的取值：一般不考慮土地使用年限而直接按規(guī)范最低要求確定，統(tǒng)一為50年。

我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068）首次提出了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，設(shè)計(jì)使用年限是設(shè)計(jì)規(guī)定的一個(gè)時(shí)期，在這一時(shí)期內(nèi)，只需正常維修（不需大修）就能完成預(yù)定功能，即房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正常使用、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。