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1、现代企业安全生产新技术（建筑施工安全类）,中南大学安全培训中心,主讲内容,第一讲 建筑施工安全管理与控制第二讲 土木工程安全新技术,第一讲 建筑施工安全管理与控制,由于课时有限，在这里我只能摘选一些方面的知识与大家探讨、交流，算是抛砖引玉！,2023年9月30日,6,建筑施工安全的重要性,人类的一切生活、生产活动都源于生命的存在。如果人失去了生命，生存、生活也就无从谈起。在谋求经济与社会发展的过程中，人的生命始终是最宝贵的。因此，安全是人类最基本的需求。在整个世界范围内，建筑业都属于最危险行业之一，因此，建筑安全是安全科学最重要的分支之一。提高建筑业的安全技术与安全管理水平，保障从业人员生命财
2、产安全，意义重大。由于我国目前正从事世界上最大规模的基础设施建设，因此，在我国建筑安全显得尤其重要。,2023年9月30日,7,建筑工程施工的特点,（1）建设产品固定性，施工周期长（2）大部分在露天空旷的场地上完成（3）体积庞大、高空作业多，受气候影响大（4）流动性大，人员整体素质较差（5）手工操作多、体力消耗大和劳动强度高（6）产品的多样性和施工工艺复杂多变性,2023年9月30日,8,当前建筑工程安全的严峻现状,2010年3月13日下午3时许，深圳南山区在建新楼盘汉京峰景苑工地发生重大安全事故，9人死亡1人重伤。,2023年9月30日,9,当前建筑工程安全的严峻现状,2009年7月6日9时
3、30分许，深圳罗湖区东门地铁三号线晒布站施工工地发生一起事故，两名工人在深井下工作时死亡。,2023年9月30日,10,当前建筑工程安全的严峻现状,2008年3月13日上午9时50分左右，扶风县法门寺文化景区一期工程建设工地上，正在建设中的正圣门东A区的满堂架整体倒塌，正在脚手架上工作的十几个工人，一瞬间如自由落体般被摔向地面。最终导致5名工人受伤，4名工人在被送往医院救治途中死亡。,2023年9月30日,11,全球建筑施工安全现状,（1）美国的建筑安全状况,19922002年美国建筑业事故死亡人数和所有行业事故死亡人数对比 美国建筑业在最高峰时从业人员超过800万，根据美国2003年致命伤害
4、事故普查，19952000年，每年平均有1115名工人死于工地现场。,2023年9月30日,12,全球建筑施工安全现状,（2）英国的建筑安全状况,建筑业是英国最大的行业，同时也是最危险的行业之一。,19922004年度建筑业事故死亡人数表,2023年9月30日,13,全球建筑施工安全现状,（3）日本的建筑安全状况,日本的建筑安全在最近30年中取得了显著的进步，20世纪70年代日本建筑业的死亡人数占总死亡人数的50%以上，而到2002年，这一比例不到30%，绝对数量仅为30年前的20%。,19732002年日本建筑业、制造业和所有行业事故死亡人数对比图,2023年9月30日,14,全球建筑施工安
5、全现状,（4）中国的建筑安全状况,2003年，全国建筑业企业共计67336家，建筑业总产值21865亿元，占国内生产总值的18.7%，在国民经济中处于支柱性地位。建筑工人总数达3893万，占全国就业人员的5.2%，约占全世界建筑从业人数的25%，是世界上最大的行业劳动群体，但是他们的劳动环境和安全状况却存在很大的问题。仅2003年全年，建筑业累计发生事故1278起，死亡1512人，建筑施工每百亿元产值死亡率为6.92。2004年共发生建筑施工事故1086起，死亡1264人。,2023年9月30日,15,全球建筑施工安全现状,19812004年中国内地建筑业从业人员数和死亡人数对比图,2023年
6、9月30日,16,全球建筑施工安全现状,2001年2007上半年全国建筑施工事故统计曲线图,2023年9月30日,17,全球建筑施工安全现状,19922003年香港建筑业意外事故统计（香港特区政府劳工处）,2023年9月30日,18,全球建筑施工安全现状,2002年，香港特区的建筑业从业人员28 6675人，约占总从业人数的8.2%。2002年全年发生的意外事故数为6239起，其中致命的意外事故数为24起，以每1000工人计的意外事故率为85.21，而以每1000工人计的致命意外事故率为0.328。,19922003年香港建筑业意外事故率统计,2023年9月30日,19,全球建筑施工安全现状,
7、对19942002年九年来发生的10305起施工伤亡事故的类别、原因、发生的部位等进行统计分析。,中国建筑业19942002施工伤亡事故类型及所占比例,如何有效地防止重大伤亡事故的发生?,培训 员工安全教育亟待加强,管理 安全管理水平亟待提高,技术 安全技术水平亟待提高,体系 安全生产保证体系亟待完善,2023年9月30日,21,危险性较大工程归类,塔吊倾覆，街道截流,最不可能的落地架倾覆,模板支架整体坍塌,桥梁支撑体系坍塌,2023年9月30日,23,建筑施工安全技术,1.土石方及基础工程安全技术2.模板工程安全技术3.脚手架工程安全技术4.高处作业安全技术5.起重吊装机械安全技术,1.土石
8、方及基础工程安全技术案例 1)、2003年3月2日14时40分，由江苏省宜兴三建集团南昌分公司承建的南昌市地王广场工程，施工人员在人工挖孔桩桩孔内进行土方作业，因未按规定在桩孔内做护壁，挖至7m深时，导致桩孔上部土方坍塌，造成4人死亡。,2023年9月30日,25,人工挖孔桩；基坑护坡部分用沙包；人工挖孔桩的护壁模板为钢模板，分为四块,2023年9月30日,26,2023年9月30日,27,2023年9月30日,28,2023年9月30日,29,监理下桩底检查,业主会同设计院验桩持力层,桩底持力层岩样,设计院与甲方、监理验桩，确定终孔,2023年9月30日,30,钢筋绑扎完毕，超声波安装完毕,
9、砼浇筑,桩基检测开展超声波检测,浇筑完成后的桩,2023年9月30日,31,哈尔滨一工地2工人挖灌注桩被埋,不少工人围在出事桩口等待工友的消息.,2023年9月30日,32,2023年9月30日,33,2)、2003年3月29日2时10分，由中铁一局市政环保工程总公司承建的甘肃省平凉市城区污水处理示范工程，在管道沟槽开挖施工中，给水管网破裂涌水，当1名施工人员打开给水管网阀门井盖下井关闭给水阀门时晕倒，随后，又有2名施工人员在未采取有效防护措施情况下先后下井施救也倒在井内，共造成3人窒息死亡。,2023年9月30日,34,3)、2003年5月12日，由新疆维吾尔自治区第五建筑工程公司四分公司施
10、工的新疆乌鲁木旗新界大厦工程，在基坑开挖时，大量土方堆放在围墙内侧挤压围墙，使堆土段围墙向外倒塌，造成围墙外19人死亡、25人受伤。4)、2003年11月22日下午2时40分许，位于湘潭市河东地区的湖南工程学院北院（原湖南纺织专科学校）校园内正在扩建的锅炉房工地发生塌方事故。当时在工地施工的13名民工被崩塌下来的土方压住，其中5人自己从土方中爬出，4人死亡,2023年9月30日,35,2023年9月30日,36,陕西省西安市某工厂住宅楼地下人防拆除工程土方坍塌事故,事故简介2001年11月17日，西安市某工厂住宅楼在拆除地下人防工程时发生坍塌事故，造成4人死亡，3人受伤。事故发生经过西安某工厂
11、住宅楼工程为六层框架结构，建筑面积33002，基础为钢筋混凝土灌注桩。由西安某建筑公司施工，并于2001年10月25日进场。在做开工前准备时，发现地下有废弃的长17，宽3.2，深7.5的防空洞。西安某建筑公司对基坑工程施工在没有详细勘察和没有制定施工方案的情况下，将拆除人防和土方工程转包给无施工资质的四川南江县私人包工队，并放弃监督管理，完全由农民工自行组织施工。11月17日，包工队派人进行清理防空洞底部砖基础时，基坑边坡发生坍塌（塌方量约60），造成4人死亡、3人受伤的重大事故。,2023年9月30日,37,事故原因分析1 技术方面:作业人员不懂施工技术，在没有基坑支护等安全措施情况下，对深
12、达7.5m的基坑开挖施工，致使边坡坍塌导致事故发生，是本次事故的直接原因。未编制专项施工方案导致施工违章。建筑法和建设工程安全生产管理条例都对基坑开挖及支护要求编制专项施工方案，并附计算书，经施工单位技术负责人签字后实施。然而该工程基坑深达7.5，属深基坑工程施工，应预先研究土壁支护方案、降水措施以及土方开挖程序和坑边堆载的要求，并详细编制施工方案和向作业人员进行交底，在施工过程中设专人指挥，发现问题及时解决。而该施工单位没有深基坑施工资质，不懂有关基坑支护技术规范的规定，在无任何安全措施下违章作业导致事故发生。2 管理方面:施工企业擅自将工程违法转包。该工程施工单位为西安某建筑公司，承包工程
13、后擅自将部分工程非法转包给无施工资质的私人包工队，并放弃监督管理，由民工随意施工，导致事故发生。,2023年9月30日,38,广州市海珠城广场工地基坑挡土墙发生坍塌事故,2023年9月30日,39,分 析,据介绍，该工程自2003年开工以来，直至今年7月15日完工，时间长达两年九个月，不仅远远超过了基坑施工不长于一年的技术安全时限，还由于整改不力、一直拿不到施工许可证，被来自市建设科技委、市建设工程质量安全监督站、施工方广东省机施公司等多家单位多次警告，甲方却一直置若罔闻。直至今年7月7日，由于甲方隐瞒工程事实、多次表示已经整改，而且出于让接下来的主体工程能够尽快开工、有利于对基坑工程实施抢险
14、的考虑，市建委才补颁施工许可证。,2023年9月30日,40,五大原因导致塌方,一、设计方案本身就有问题。早在上报施工设计方案时，市建设科技委就已经提出，基坑设计深度达16.2米，存在五大安全隐患，并提出方案要求调整，但甲方全拒不整改，反而开始无证施工；二、实际施工再深4米“雪上加霜”。在实际施工中，甲方竟又将施工深度再加深4.1米，造成原本就不牢固的基坑喷锚支护桩成为“悬空”桩，完全失去支撑能力；三、无视多次安全警告。据悉，在违章施工工程中，市建委曾发出两次停工通知书，要求工地停工整改，市建设工程质量安全监督站也提出整改要求超过五次，连施工企业广东机施都提出安全警告达五次以上，甲方却一味“督
15、战”，视安全为儿戏；四、远超基坑施工安全年限。由于基坑施工的金属构件，如锚索、支护桩都暴露在潮湿的露天环境中，容易锈蚀，根据安全要求，基坑工程应该在一年内完成，而实际上该工程却用了两年零九个月，构件预应力进一步降低，甚至失效；五、整改不力。尽管后来设计有所变更，但对一些关键环节却已无法调整，成为塌方的直接原因。,2023年9月30日,41,西安发生升降机违规载人坠落事故 致6死17伤,23人违规使用运输建筑材料的升降机.,2023年9月30日,42,钢绳突然断裂，升降机严重倾斜.,2023年9月30日,43,升降机平板垮落，造成6人死17人伤。,第二讲 土木工程安全新技术,2023年9月30日
16、,45,1、当前我们面临工程安全的严峻挑战2、安全对策3、工程安全检测技术新进展,2023年9月30日,46,当前我们面临工程安全的严峻挑战,该桥（美国35号州际公路密西西比河大桥）是连接明尼阿波利斯和圣保罗两座城市的交通要道。建于1967年，桥体最高处距河面约有20多米高，采用拱桥形式整体跨越密西西比河，桥上双向八车道。事故发生时，这座大桥正在接受修理。垮塌事故发生后，有300米长的桥体变成三截，腾起烟雾足有30米高。造成7人死亡，至少62人受伤，20人失踪。,早在2001年，受交通部门委托，明尼苏达大学民用工程系曾对这座大桥进行全面评估体检，结果发现大桥路面下方的钢筋结构存在早期疲劳迹象，
17、但当时并没有发现有裂缝存在。有关方面随即认定，这座大桥可继续服役，不需“提前退休”。,2007年8月1日，美国明尼苏达州明尼阿波利斯市I-35W大桥垮塌,2023年9月30日,47,2007年8月13日下午，湖南凤凰县凤大公路沱江大桥坍塌,属特大事故，死亡64人,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,48,2007年07月11日凌晨1时25分，建设中的平定高速公路第七标段静宁隧道突发坍塌冒顶事故，山顶上居住的4户人家约 1500平方米的院落塌陷形成一个深5米的大坑。造成4户房屋倒塌，3死5伤。,倒塌的房子,塌陷的隧道,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,49,
18、2008年3月2日雅安苍坪山隧道塌方,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,50,湖南某山地隧道衬砌开裂,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,51,湖南某山地隧道衬砌开裂,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,52,安徽某水工箱涵,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,53,由于设计不合理、施工不当、用材不达标、所处环境恶劣或环境污染严重等的影响因素，造成混凝土劣化、伴有缺陷、结构破损、钢筋锈蚀等，已成为目前土建工程普遍存在的问题。这些缺陷与损伤的存在，轻则影响结构的使用性和耐久性，重则降低结构承载力，甚至导致结构失效，如韩国的
19、Hang-ju大桥倒塌（1992），美国北卡罗来纳州高速公路桥（2000）和康涅狄格州Mianus河公路大桥坍塌（1983）。全球每年都有大量工程由于存在质量与安全问题，不得不停止运营、进行维修、加固或拆除，甚至发生灾难性倒塌，造成巨大的经济损失和人员伤亡。,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,54,当前我们面临工程安全的严峻挑战,美国政府1993年的一份报告表明，美国境内500000多座桥梁中的44%已出现问题，要么是结构存在缺陷，要么是承载力不足需限载通行。目前，美国有大约45%桥梁因混凝土结构退化和（或）车辆超载作用出现承载力不足，需要900亿美元来进行修复加固处理。另
20、外，公路管理部门还需要有1400亿美元来维护这些基础设施工程，以保持目前健康水平。美国标准局1998年调查表明，美国全年混凝土桥梁修复费用为1550亿美元。美国公路研究战略计划披露，到20世纪末，为更换或修复冬天撒除冰盐引起的破损公路混凝土桥面板，估计要耗资4000亿美元。,2023年9月30日,55,当前我们面临工程安全的严峻挑战,在英国，为解决海洋环境下钢筋混凝土结构锈蚀与防护问题，每年花费近20亿英镑，仅英格兰中环线的11座高架桥，使用12年就严重破坏，维修费用已高达1.2亿英镑，为当年造价的6倍。,2023年9月30日,56,当前我们面临工程安全的严峻挑战,在日本整个国家很多混凝土铁路
21、桥梁与隧道仅在25-30年后已锈蚀，大约有21.4%的钢筋混凝土结构失效是因钢筋锈蚀引起的。新干线使用不到10年，就出现大面积混凝土开裂、剥落现象日本是隧道较多的国家之一，近年来，日本铁路运营隧道相继出现了数起危及行车安全的事故，引起了有关部门的高度重视。1999年6月27日福冈县境内一座隧道边墙上重达200 kg的混凝土砸在高速行驶的列车上。为此，日本西铁路公司对山阳新干线上发现的377处不安全的混凝土衬砌进行了加固。日本运输省也要求对全国铁路线上的4 826座总长为3 360 km的隧道进行检查,日本建设省则对全国3 529座公路隧道检查，结果发现60%以上的隧道都存在着不同程度的病害。为
22、此，日本政府已向两个研究所提供520万美元的经费用于研究隧道病害的检测评估方法及整治措施。,2023年9月30日,57,当前我们面临工程安全的严峻挑战,北欧、瑞士、加拿大、澳大利亚都存在氯盐为主的盐害。在加拿大，为修复劣化损坏的全部基础设施工程估计要耗费5000亿美元。在瑞士，因撒除冰盐造成的混凝土桥面板损伤，每20年就有3000座桥梁需要维修。韩国曾发生的一系列建筑物破坏、倒塌事故，大多数与混凝土结构的工程质量与病害损伤有关，如1995年6月29日汉城（首尔）三丰百货大楼的倒塌。在俄罗斯和阿拉伯海湾地区的各个国家，混凝土工程的病害损伤和耐久性问题也十分严重。,2023年9月30日,58,当前
23、我们面临工程安全的严峻挑战,在我国，混凝土工程的病害损伤与工程安全问题也非常严重。建设部于80年代的一项调查表明，国内大多数工业建筑物在使用2530年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅1520年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有3040年。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重，由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差，许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用十年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落，需要大修。,2023年9月30日,59,当前我们面临工程安全的严峻挑战,1980年交通部四航局等
24、单位对华南地区18座码头调查的结果，有80%以上均发生严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，出现破坏的时间有的距建成仅510年。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用，使用十几年后就出现问题，有的不得不限载、大修或拆除；东北地区高等级公路通常经过一个冬天就大面积剥蚀。据2000年全国公路普查，到2000年底我国已有各式公路桥梁278 809座，公路危桥9 597座，每年实际需要维修费用38亿元，而实际到位仅8亿元。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料，密实度和抗渗性差，不耐地下水与机车废气侵蚀，开裂与渗漏严重；对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明，漏水的占50.4%，其中1/3渗漏严重。
25、,2023年9月30日,60,目前我国铁路运营隧道已达5 200多座，总长达2 500 km以上。其中60%以上存在着不同程度的病害，如下表所示。,铁路运营隧道病害状况及分布表 单位：座,据铁道部秋检资料统计，1999年铁路运营隧道失格率为65.2%，2000年隧道失格率为65.7%。有些隧道的病害还相当严重，甚至已危及到行车安全。如2000年9月兴安岭隧道出现的衬砌掉块和2001年10月达成铁路出现的大范围掉块以及2001年12月宝中线清凉山隧道衬砌掉块都险些造成严重的行车事故。,当前我们面临工程安全的严峻挑战,2023年9月30日,61,国际上发达国家的基本建设大体分三个阶段：第一阶段为大
26、规模新建，第二阶段为新建与维修改造并重，第三阶段重点逐渐转向旧建筑物的维修改造。建筑物使用过程中的安全性和耐久性，必须通过检测和评估加以保证。我国“一五”期间新建建筑投资占基建总投资的95.8%，而“六五”期间只占45%，说明我国已进入第二阶段。我国改革开放以来大量的已建工程又进入了维修期或老化期，形成了新的安全隐患。截止20世纪末，我国至少有23.4亿平方米建筑物因安全度过低而退役。有专家预测，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视混凝土耐久性问题，紧随其后的是“大修”20年的高潮，这个高潮可能不用多久就将到来，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。,当前我们面临工
27、程安全的严峻挑战,2023年9月30日,62,安全对策,2023年9月30日,63,我们国家对土建结构工程的安全性研究也非常重视。由中国工程院土木水利建筑学部发起，并会同国家安全生产监督管理局、国家工业建筑诊断与改造工程技术中心、国家自然科学基金委员会工程与材料学部共同主办，清华大学结构工程与振动教育部重点实验室承办的“土建结构工程的安全性与耐久性”科技论坛，于2001年11月1718日在清华大学举行。论坛的宗旨是：分析我国土建结构工程的安全性与耐久性现状，交流近年来这一领域的研究成果，探讨亟待解决的重大问题与应对途径，并积极提出建议为政府有关部门制定或修订相关的技术政策或技术标准提供参考依据
28、，以期土建工程结构的安全性与耐久性能够更好地适应我国现代化建设的需求，适应我国经济转型后面向市场经济的需求。会议收到论文报告58篇并印发了文集，有140人参加会议，在第一天的大会和第二天的分组会上分别有17位和26位专家作了报告，另外还安排了半天时间进行自由发言和讨论。,2023年9月30日,64,查找问题结构安全性,结构安全性是结构防止破坏倒塌的能力，是结构工程最重要的质量指标。结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准，也与结构的正确使用（维护、检测）有关，而这些又与土建工程法规和技术标准（规范、规程、条例等）的合理设置及运用相关联。,2023年9月30日,65,对结构工程的设计来说，
29、结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性与结构的耐久性等几个方面。我国建筑物和桥梁等土建结构的设计规范在这些方面的安全设置水准，总体上要比国外同类规范低得多。,1我国结构设计规范的安全设置水准,（1）构件承载能力的安全设置水准,与结构构件安全水准关系最大的二个因素是：规范规定结构需要承受多大的荷载（荷载标准值），比如同样是办公楼，我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是每平方米150公斤(现已确定在新的规范里将改回到200公斤)，而美、英则为240和250公斤；,查找问题结构安全性,2023年9月30日,66,规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小，前者
30、是计算确定荷载对结构构件的作用时，将荷载标准值加以放大的一个系数，后者是计算确定结构构件固有的承载能力时，将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数。这些用量值表示的系数体现了结构构件在给定标准荷载作用下的安全度，在安全系数设计方法(如我国的公路桥涵结构设计规范)中称为安全系数，体现了安全储备的需要；而在可靠度设计方法(如我国的建筑结构设计规范)中称为分项系数，体现了一定的名义失效概率或可靠指标。安全系数或分项系数越大，表明安全度越高。,查找问题结构安全性,2023年9月30日,67,我国建筑结构设计规范规定活荷载与恒载（如结构自重）的分项系数分别为1.4和1.2，而美国则分别为1.7和1.4，
31、英国1.6和 1.4；这样根据我国规范设计办公楼时，所依据的楼层设计荷载（荷载标准值与荷载分项系数的乘积）值大约只有英美的52%（考虑人员和设施等活载）和85%（对结构自重等恒载），而设计时据以确定构件能够承受荷载的能力（与材料强度分项系数有关）却要比英美规范高出的1015%，二者都使构件承载力的安全水准下降。日本与德国的设计规范在某些方面比英美还要保守些。一些发展中国家的结构设计多根据发达国家的规范，就如我国解放前和建国初期的结构设计方法参照美国规范一样。至于中国的香港和台湾，至今仍分别以英国和参考美国规范为依据。这里需要说明的是，在其他建筑物的活荷载标准值上，与国外的差别并没有象办公楼、公
32、寓、宿舍中这样大。不同材料、不同类型的结构在安全设置水准上与国际间的差距并不相同，比如钢结构的差距可能相对小些。,查找问题结构安全性,2023年9月30日,68,公路桥梁结构的情况也与房屋建筑结构类似，除车载标准外，荷载分项安全系数（我国规范对车载取1.4，比国际著名的美国AASHTO规范的1.75约低25%）与材料强度分项安全系数均规定较低。尽管我国设计规范所设定的安全贮备较低，但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的，这里的问题主要在于设计墨守陈规，在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。,查找问题结构安全性,2023年9月30日,69,（2）结构的整体牢固性,除了结构构
33、件要有足够承载能力外，结构物还要有整体牢固性。结构的整体牢固性是结构出现某处的局部破坏不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力，或者说是结构不应出现与其原因不相称的破坏后果。结构的整体牢固性主要依靠结构能有良好的延性和必要的冗余度，用来对付地震、爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果，可以减轻灾害损失。唐山、汶川地震造成的巨大伤亡与当地房屋结构缺乏整体牢固性有很大关系。2001年石家庄发生故意破坏的恶性爆炸事件，一栋住宅楼因土炸药爆炸造成的墙体局部破坏，竟导致整栋楼的连续倒塌，也是房屋设计牢固性不足的表现。,查找问题结构安全性,2023年9月30日,70,（3）结构的耐久安全性,我国土建结构的设计
34、与施工规范，重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用（如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀）下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故，其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害，所以这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求，如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级，都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一；提高结构构件承载能力的安全设置水准，在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。,查找问题结构安全性,2023年9月30日
35、,71,自1984年国家建委和国家建设部颁布了建筑结构设计统一标准以来，我国的建筑结构设计规范已从80年代末期起抛弃了传统的多安全系数设计方法，从而统一采用以概率理论为基础的可靠度设计方法；其它的工程部门如公路、铁路、港口、水利的结构设计规范也正在或计划作这样的转变。我国规范的可靠度设计方法是参考国际上的相应标准ISO2394并经过国内科技人员努力后得以实施的。将可靠度设计方法用于结构设计规范，在国际学术界内通常被看成是一种发展趋势，但在工程内界则存在不同看法。尽管有了ISO2394，国外却鲜有重要或著名的结构设计规范已直接采用了可靠度设计方法，至今仍采用多安全系数设计方法或称荷载抗力系数法。
36、在我国，对于建筑结构设计规范中的可靠度设计方法以及企图将我国各个行业的各种结构设计规范都用可靠度方法统一起来的做法，虽然工程设计界颇有微词，但学术界持赞成和肯定者是主流，不过仍不时有人对可靠度方法用于设计规范的适用性提出质疑。,2结构设计规范的概率可靠度设计方法,查找问题结构安全性,2023年9月30日,72,土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题，并非我国所特有，但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大
37、设计与施工部门的足够重视。,查找问题结构耐久性,2023年9月30日,73,长期以来，人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的时期内就出现劣化；据1998年美国土木工程学会的一份材料估计，他们需要有1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题，仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美无，而现在联邦政府每年为此的拨款只有5060亿美元。另有资料指出，美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的1/4。发达
38、国家为混凝土结构耐久性进行了大量科研并积极采取应对措施，如加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害，混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm，而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到C40，桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋。而我国对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25，与上面提到的加拿大50年代水准一致。国内按这种标准设计的一座大桥，建成后仅8年，由于盐冻侵蚀，现已不得不部分拆除重建。,1土建结构工程的耐久性现状,查找问题结构耐久性,2023年9月30日,74
39、,耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训，还沿着老路重蹈覆辙。一些北方城市新建成的立交桥和高速公路桥，仍没有在材料性能和结构构造等方面采取必要的防治冻融和盐害的综合措施。甚至大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥，其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与34cm厚的保护层厚度。有专家估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视耐久性，迎接我们的还会有“大修”20年的高潮，这个高潮可能不用很久就将到来，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。,查找问题结构耐久性,2023年9月30日,75,使混凝土
40、结构的耐久性问题进一步加剧的原因有：由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求，使水泥细度增加，早强的矿物成份比例提高，这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值，而国外则同时还要求不高于规定的最高值，如果强度超过了也被认为不合格，这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。工程施工单位不适当地加快施工进度，尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证，早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。国内媒体上大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥、或盖成一幢
41、高楼的工程以及抢工献礼工程，很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期的在国外要被罚款，因为意味着工程质量有遭到损害的可能。环境的不断恶化，如废气、酸雨，我国的酸雨面积已超过国土的30%。,查找问题结构耐久性,2023年9月30日,76,结构耐久性和使用寿命的概念，与使用阶段的检测、维护和修理不能分割，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。为了保证结构安全性和耐久性，一些工程在使用过程中，应该进行定期检测和维护。我国有结构工程的设计规范与施工规范，但没有如何使用的规范。有些工程倒塌事故，例如最近四川宜宾的南门大桥发生桥面坍落事故，就是因为桥面结构与主
42、拱之间的吊杆在连接处发生锈蚀，如果有定期的检测要求，这样的事故很有可能避免。有些国家对于结构的损坏可能导致公众安全的建筑物与桥、隧等公共工程，强制规定必须定期检测；即使是建筑物的玻璃幕墙和外墙面砖等建筑部件，因其坠落后容易伤及公众，也有强制定期检测的要求。我国已建的工程中往往存在较多隐患，所以更有必要从法制上确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量，虽然政府已作出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定，但是这种要求执行起来缺乏可操作性。要将结构安全质量事故减少到最低程度，还应以预防为主，通过例行检测及时发现问题。,2土建结构工程使用阶段的正常检测与维护,
43、查找问题结构耐久性,2023年9月30日,77,现在国内有大量土建工程因步入老化期需要诊治，也有大量已建的违章工程需要评估，更有许多工程发生病害需要诊断和加固。从国家对公共工程建设的投资和对工程设计的要求来看，需要有工程整个使用期限即全寿命费用支出的论证。只注意工程项目建设的一次投资支出，很少考虑工程建成后需要正常维护与修理的长期费用，不但可能损害工程使用寿命和正常使用功能，而且经济上算总账会很不合算。在发达国家，由于新建工程少，用于维修的费用往往更为主要，英国1978年的土建维修费上升到1965年的3.7倍，1980年的维修费占当年土建费用总支出的2/3。我国虽是发展中国家，现在正大兴土木，
44、可是过去建成的大量工程已经或过早老化。国内40公路桥梁的桥龄已大于25年，加上进入90年代以后交通量猛增，超载严重，以往的设计标准又低，路、桥的维修问题十分突出。由于养护维修费用得不到保证，造成工程安全隐患并在以后需要支出更多的大修费用。在土建工程的投资上，应加大已建工程维修的费用。,查找问题结构耐久性,2023年9月30日,78,*为加速路桥等公共工程建设，国家现在鼓励投资公司出资并给以一定期限如30年的经营收入作为补偿。如果对重要土建工程有必须进行定期检测与评估的法规，就能保证这些工程在一定期限后归还国家管理和经营时的良好功能，对于设计工作寿命为100年的桥梁，至少还可正常使用70年，而不
45、至于30年到期后国家接收的已是一个破旧的工程。,查找问题结构耐久性,2023年9月30日,79,探地雷达技术是一种用于确定地下介质分布的广谱（1MHz1GHz）电磁技术。其探测原理如图2-1所示。探地雷达利用一个天线（即发射天线T）发射高频宽带电磁波，另一个天线（即接收天线R）接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此,根据接收波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度与波形资料,可推断介质的结构。,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,80,(a)图为测量位置(b)图为雷达波传播时间曲线探地雷达探测安全隐患的工作原
46、理图,探地雷达的地质解释是在数据处理后所得的探地雷达图像剖面中，根据反射波组的波形与强度特征，通过同相轴的追踪，确定反射波组的地质含义。当岩层中有安全隐患（如空区）时，岩层与安全隐患（如空区）的界面两侧电性差异较大，容易形成强烈的反射波（反射信号），同时，这一界面也是岩性的特变点，常常产生绕射波，而绕射波在时间剖面上为双曲线反映（即左图中所示的传播时间曲线）。因此，通过时间剖面上的特征图像，就能确定安全隐患（如空区）的位置及深度。,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,81,用电磁波穿透地下介质 穿透深度取决于介质的介电常数和电导率 记录反射时间 速度一般在 50-150 m/s,基
47、本原理,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,82,GPR 方法 反射,雷达探测的95%是用偶极反射模式 从原理上将，GPR 类似于声纳设备 发射机发射一“列”电磁脉冲，该脉冲在介质中传播 在地下介质的电特性有变化的地方 发生反射(即散射)接收机拾取“背散射”信号，记录它 并将其显示在计算机屏幕中,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,83,?,GPR 方法-反射,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,84,探地雷达(GPR)系统示意图,控制单元,接收,发射,数据,触发,触发信号,测量轮,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,85,RAMAC/GPR 屏
48、蔽配置,1GHz 独立系统,100-800Mhz 屏蔽天线,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,86,25,50,100 和 200 MHz 不屏蔽天线,RAMAC/GPR 不屏蔽配置,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,87,民用/结构工程公用事业领域(管线，电缆)，钢筋和空洞；水平定向钻 前期勘探(HDD)交通：公路和铁路检测，冰层厚度，桥面检测和桥基础研究。环境危险废弃物成图，地下埋藏罐(UST)，沉积岩研究，深度测量。地球物理技术地层成图，空洞和下沉孔，地下水，矿井探测，裂隙探测，大坝研究，基础研究，隧道调查。军事道路完整性探测，战壕路线探测，地雷、炮弹等埋藏物
49、。考古 场地成图，古墓探测，人工制品探测。,GPR 应用,2023年9月30日,88,基岩探测(200 MHz 天线)antenna),工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,89,岩溶和裂隙隐患探测,50兆非屏蔽天线,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,90,溶洞或采矿区隐患探测,工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,91,煤层中的巷道(100 MHz 天线),工程安全隐患雷达检测技术,2023年9月30日,92,房屋安全检测,钢筋位置测定,砼强度取芯测试,学校礼堂房屋安全检测,房屋顶板裂缝检测,2023年9月30日,93,下面介绍应用探地雷达检测混凝土结构裂缝
50、的基本原理及实例。,裂缝检测,1.探地雷达测试原理,电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。探地雷达正是根据电磁波在介质中传播的这个特征来工作的。探地雷达可根据电磁波的变化差异，反映出被测介质体的赋存形态、尺寸大小以及各介质体间的界面。另外，电磁波在不同介质中传播的速度也有差异，不同介质对电磁波的吸收和反射能力也存在差异。针对不同介质在探地雷达中呈现不同图像这一特征，可以揭示混凝土构件中裂缝对其雷达图像影响规律。探地雷达的资料解释是在数据处理后所得的探地雷达图像剖面中，根据反射波组的波形与强度特征，通过同相轴的追踪，确定反射波组的含义。当介质中有空
