设计使用年限我国水利水电工程设计使用年限问题的探讨

水利水电工程在兴利除害、为民造福方面发挥了重要作用，也是国民经济的基础设施，但大坝运行安全直接关系到坝下游地区几万至数百万人民生命财产的安全和经济社会的发展，国内外一些大坝失事和报废已成为工程界关注的问题。在水利水电工程设计、施工和运行中，必须高度重视水利水电工程安全运行的使用年限和耐久性问题，吸取国内外一些大坝失事造成惨痛灾难的经验教训，深入研究并采取防治措施，确保大坝安全运行，提高水工建筑物的耐久性，使大型水利水电工程得到长期使用，充分发挥经济效益和社会效益，为国民经济可持续发展、全面建设小康社会提供支撑并作出更大贡献。

设计使用年限水利水电工程设计使用年限

土建工程的使用寿命(使用年限)是建筑物建成后所有性能均能满足原定要求的实际使用年限。我国建筑法规定：“建筑物在其合理使用寿命内，必须确保地基基础工程和主体结构的质量。”在国际标准《建筑物及建筑资产—使用寿命规则》(以下简称为 ISO15686)的总则(ISO15686-1)中将耐久性目标具体为建筑物构件或部件的功能要求和可接受水平，要求在设计阶段就予以确定；可以作为设计任务书的一部分由客户确定，也可根据当地规范或规程的规定由设计师确定，但都应指出这些构件或部件的属性(可更换或永久性)及其失效效果。如失效后果十分严重，则须考虑延长构件的使用寿命或加强检查和维护。ISO15686-1总则强调设计要考虑建筑物的重新利用，通过使用寿命规划延长建筑物的使用寿命，增进长期效益，有利于建筑业的可持续发展。建筑物构件或部件的最低设计使用寿命见表1。由表1可知，设计寿命为永久性的条件下，难以维修的结构构件寿命为永久性长期使用，难以更换的构件寿命为100 a，可更换的主要构件寿命为40 a，建筑设备寿命25 a。

我国国家标准《混凝土结构设计规范》中，对设计使用年限定义为“在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，作为结构耐久性设计依据并具有一定保证率的适用年限”。设计使用年限是技术使用年限，是建筑物在设计规定的环境使用下因结构材料老化到难以正常使用的年限。《建筑法》(2005 年修订稿)中，进一步明确土木、建筑、水利等所有工程都应遵守《建筑法》，工程耐久性作为最主要的质量标准要求只能以使用年限(使用寿命)来体现而不能为设计基准期。鉴于我国对水利水电工程设计使用年限尚未颁布规程规范，参照我国《建筑法》和ISO15686，本文分析认为水利水电工程设计使用年限是指水工建筑物建成投入运行后，在设计运行工况和维修条

件下，其所有性能均能满足预定目标安全使用的年限。我国水利水电工程设计使用年限应按工程等级区别确定，对大型一等工程设计使用年限应大于100 a，超大型工程设计使用年限大于150 a，并在工程投入运行后进行精心维护，定期安全检查鉴定，发现问题及时修复和加固处理，以延长其使用年限，达到安全可靠、长期使用。

设计使用年限水利水电工程设计使用年限的影响因素

1)设计标准。水利水电工程设计标准应包括洪水标准、抗震标准、结构安全(包括稳定、应力及变形)标准、耐久性标准。我国已颁布水利水电工程设计相关的规范、规程是按工程等级确定水工建筑物洪水标准(设计洪水和校核洪水)、抗震设计标准、结构安全(混凝土坝及泄水、输水建筑物的重点为强度及稳定，土石坝的重点为变形及稳定)标准，但尚未颁布水工建筑物的耐久性标准。设计标准的高低关系到水工建筑物安全可靠的运用，直接影响水利水电工程使用年限。

2)工程建筑材料。水利水电工程混凝土坝及泄水建筑物、电站厂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、粉煤灰及其他掺和料、外加剂、拌和水)及其拌和制成的混凝土强度的高低和混凝土耐久性能的抗渗、抗冻、抗裂、抗冲磨、抗碳化、抗侵蚀性等指标的大小及防止碱骨料反应的能力都将影响水工建筑物混凝土结构的使用年限。土石坝坝体土石填料的密实度、流变、抗渗、抗水流冲刷能力和混凝土面板堆石坝防渗面板混凝土的抗裂、抗冻、抗渗、抗碳化、抗溶出性侵蚀等指标的大小都将影响其使用年限。

3)坝体及坝基防渗。大坝投入运行后，坝体和坝基高水位运行，在高水压力作用下坝体及坝基防渗效果影响其耐久性，若水流沿坝体裂缝或止水结构的缺陷缝隙或坝基防渗帷幕灌浆中的施工缺陷渗入，渗水处坝体混凝土及坝基灌浆水泥中Ca(OH)₂以CaO的形式析出，致使混凝土强度和帷幕防渗效果降低；高压水流沿坝体及坝基岩体尚未处理好的节理裂隙渗入，对坝体和坝基可能产生渗透破坏，特别是坝基岩体的不良结构面和土石坝坝体，可能会产生化学管涌和机械管涌，将危及大坝运行安全，影响水利水电工程使用年限。

4) 水利水电工程质量。水利水电工程质量包括设计质量和施工质量(含金属结构及机电设备制造安装质量)。水利水电工程设计质量暴露的问题主要为设计深度不够，包括水文、地质勘察、重大技术问题的科学试验研究和设计分析计算深度不够，有的尚未达到国家颁布的大中型水利水电工程各设计阶段工作深度的要求；有的设计成果质量下降，出现差错；工程建设过程中，有的承包单位未能严格按设计要求和相关施工技术规范控制质量，出现的施工质量事故较多；有的承包单位在隐蔽工程(坝基灌浆)施工中偷工减料引起质量事故；有的工程所用原材料质量得不到保证，为赶进度“凑合”使用而出现工程质量问题；有的工程金属结构及机电设备加工制造工艺粗糙、安装误差较大等。工程设计和施工存在的质量问题将给水工建筑物运行安全留下隐患并影响水利水电工程使用年限。

设计使用年限定义

计算结构可靠度所依据的年限称为结构的设计使用年限。

1、设计使用年限的定义：设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。

2、设计使用年限的取值： 在设计使用年限内，结构和结构构件在正常维护条件下应能保持其使用功能，而不需进行大修加固。设计使用年限应按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068确定：（1）临时性结构，设计使用年限为5年，（2）易于替换的结构构件，设计使用年限为25年，（3）普通房屋和构筑物，设计使用年限为50年，（4）纪念性建筑和特别重要的建筑结构，设计使用年限为100年。若建设单位提出更高要求，也可按建设单位的要求确定。

设计使用年限国家规定

国家颁布的《住宅建筑规范》（GB50368-2005）规定 ：

3.1.5 住宅结构在规定的设计使用年限内必须具有足够的可靠性。

3.3.1 住宅的设计使用年限一般为50年。当住宅达到设计使用年限并需要继续使用时，应对其进行鉴定，并根据鉴定结论作相应处理。重大灾害(如火灾、风灾、地震等)对住宅的结构安全和使用安全造成严重影响或潜在危害。遭遇重大灾害后的住宅需要继续使用时，也应进行鉴定，并做相应处理。

6.1.1 住宅结构的设计使用年限不应少于50年，其安全等级不应低于二级。

6.1.4 住宅结构应能承受在正常建造和正常使用过程中可能发生的各种作用和环境影响。在结构设计使用年限内，住宅结构和结构构件必须满足安全性、适用性和耐久性要求。

6.1.6 邻近住宅的永久性边坡的设计使用年限，不应低于受其影响的住宅结构的设计使用年限。

设计使用年限补充说明

建筑结构的“设计使用年限”，明确了设计使用年限是设计规定的一个时期，如达不到这个年限则意味着在设计、施工、使用与维护的某一环节上出现了非正常情况，应查找原因。所谓“正常维护”包括必要的检测、防护及维修。设计使用年限是房屋建筑的地基基础工程和主体结构工程“合理使用年限”的具体化。

当结构的使用年限超过设计使用年限后，并不是就不能使用了，而是结构失效概率可能较设计预期值增大。

对于商品房，开发商设计使用年限的取值：一般不考虑土地使用年限而直接按规范最低要求确定，统一为50年。

设计使用年限研究背景

我国桥梁的设计使用年限一般为100年，对于某些有特殊要求的桥梁设计时采用了120年的设计使用年限。对于国外桥梁的设计使用年限，每个国家规范规定有所不同：如日本提出桥梁的设计使用年限约为100年，英国规定桥梁的设计使用年限为120年，美国要求桥梁的设计使用年限不少于75～100年，欧盟在桥梁的设计规范中规定桥梁的设计使用年限为100年。但实际上大部分桥梁的使用寿命没有达到设计使用年限的要求。依据美国20世纪90年代初的统计，近60万座混凝土桥梁中有45%存在缺陷，需要修复或更换；印度约10%的公路桥梁需要替换，另有10%的桥梁有损伤迹象。20世纪90年代末的统计表明，我国只有40%的桥梁使用寿命在25年以上。

通过对桥梁设计使用年限的简介以及与桥梁实际使用寿命的比较可知，大部分桥梁的实际使用寿命未能达到设计使用的要求。为更好促进桥梁的发展，从桥梁的规范、设计、建设、维护等因素出发，分析和研究我国桥梁使用寿命未能达到设计使用年限的原因和对策。

设计使用年限我国桥梁未能达到设计使用年限的原因

中国有5000年灿烂的历史，而中国桥梁的历史也能追溯到3000多年前的周文王时期。在丰富的桥梁建设经验的基础上，我国制定了具有本国特色的桥梁设计规范，并在此基础上设计桥梁的建设方案、组织桥梁施工以及对桥梁的维护进行指导。但桥梁设计规范是在以往的经验、技术、经济基础上建立起来的，要用这个规范来确定桥梁的设计使用年限，时间上存在着差异性，这种差异性主要表现为：①设计荷载标准偏低、承载能力不足。早期建造的桥梁设计荷载大多偏低，随着交通量以及荷载等级的增加，许多既有桥梁已基本无法满足现今的交通需求。②通行能力不足。早期设计的桥面宽度以及桥上、桥下的通行净空尺寸太低，越来越不能满足现代化通车、通航的要求，以致巨轮冲撞桥梁的事故时有发生。③超负荷使用。改革开放以来我国汽车产量以年平均增长率15%的速度增长，而设计时的日通行量是按以往的水平设定的，对后期的发展考虑不足，所以当桥梁长期在超重荷载下运营时，其使用寿命也将随之减小，致使桥梁的使用寿命不能达到设计使用年限的要求。表2列举了3座桥梁来反映我国桥梁设计规范对桥梁设计使用年限的影响。

设计使用年限缩短桥梁使用寿命和设计使用年限差距的建议

自新中国成立以来，我国建筑设计使用年限标准经历了1966年、1974年、1989年、 2000年4次更改，建设部2000年出台的标准规定我国桥梁设计使用年限是100年。随着社会的发展，桥梁设计方案、建设材料、建造技术、建筑器械不断进步，要缩短桥梁使用寿命和设计使用年限的差距，同样可从桥梁的规范、设计、建设、维护等方面考虑。

（1）对于桥梁规范本身来讲，要及时修订、更改。特别是随着我国综合实力的增长，对以往桥梁设计规范中不适合的地方要及时地修订、更改，而按早期桥梁设计规范建造好的桥梁，维修时应重新评估桥梁的剩余使用寿命。基于上述原因提出了以下2点建议：①用动态的设计规范准则规范桥梁设计；②研究桥梁合理的设计使用年限。

（2）从桥梁设计角度来看，应该多考虑桥梁的正常使用状态，承载力满足的同时对桥梁的耐久性、适用性、安全性提出计算和构造设计的要求。具体的措施有以下几个方面：①重视桥梁的耐久性；②防止桥梁疲劳破坏；③注重桥梁抗震设计概念、修订抗震设防水准，做好桥梁的隔震、减震。

（3）面对桥梁建设施工中出现的问题，应该从以下几点考虑提高桥梁的使用寿命：①尊重科学规律，对在建设施工中需要考虑自然灾害影响的，需进行地质和气象灾害对桥梁使用寿命影响的可行性研究；②遵守法律法规，增强对桥梁建设中的管理人员、施工人员的教育和监督；③加大建设后桥梁质量评审的力度。

（4）就桥梁的自身影响而言，重要的是在建设施工时把好质量关，按设计要求和建筑规范建造桥梁。而对于桥梁的维护，它既是后期桥梁正常使用的主要保障，也是有效延长桥梁使用寿命的一种方法。桥梁的维护应做到以下几点：①基于桥梁的使用寿命，在经济上进行预算从而制定出可行性的修复和维护计划；②对维护后的桥梁进行检测，判定其稳定性和剩余使用寿命。

除了以上的建议和措施外，对于桥梁在正常使用中也应采取一定的措施，预防桥梁发生破坏。如：①对负重车辆的过往进行限时、限行；②对即将到来的对桥梁有影响的自然灾害应提前做好应急方案；③在桥梁正常使用中出现事故时，要采用必要的措施防止因桥梁的破坏使事件的影响扩大化等。此外对于具有历史价值和特殊意义的桥梁，还需制定相应的法律法规对桥梁加以保护。 2100433B

我国《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）首次提出了建筑结构的设计使用年限，设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一时期内，只需正常维修（不需大修）就能完成预定功能，即房屋建筑在正常设计、正常使用、正常使用和维护下所应达到的使用年限。