北方沿海環(huán)境抗海水混凝土腐蝕效益分析

李根生，于青松，田海軍

（河北省南運(yùn)河務(wù)管理處，河北 滄州061001）

我國北方沿海地區(qū)興建了眾多的沿海海堤、防潮閘、發(fā)電廠海水淡化等大量的水利工程。這些工程絕大多數(shù)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。隨著服役時(shí)間的增加，在環(huán)境與服役荷載的共同作用下，大量的水工混凝土結(jié)構(gòu)受到不同程度的腐蝕破壞，有的出現(xiàn)嚴(yán)重剝落，有的失去運(yùn)用功能，甚至提前報(bào)廢，引發(fā)工程事故。特別是沿海地區(qū)承受著上游洪水、平原瀝澇和海潮襲擊的多重威脅。

隨著沿海地區(qū)大量灘涂開發(fā)，現(xiàn)已基本形成經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)、港口區(qū)及稻田、蝦池、鹽田為格局的高效產(chǎn)業(yè)區(qū)。沿海經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，頻發(fā)的潮災(zāi)所造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，現(xiàn)有沿海水工建筑已不能保障國民經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。

混凝土耐久性和壽命已引起國際混凝土科技界與工程界的密切關(guān)注。國內(nèi)外陸續(xù)再現(xiàn)了大量的水工混凝土耐久性失效的報(bào)道，結(jié)構(gòu)不得不加固修復(fù)，甚至終止使用，造成了驚人的經(jīng)濟(jì)損失。如何提高已建和在建水工結(jié)構(gòu)的耐久性，確保水工和海工建筑的安全運(yùn)營已成為亟待解決的問題。

本文針對(duì)滄州市防潮閘受海水腐蝕狀況及修復(fù)后發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

1 工程狀況

河北省南運(yùn)河管理處作為水利廳外配河系管理單位，直接管轄安陵、捷地、北陳屯、穿運(yùn)、北排及?？?座水利樞紐工程。其中北排和?？跇屑~地處渤海灣，為北排河和子牙新河入?？刂菩怨こ獭屑~包括5座水閘，始建于20世紀(jì)50年代、60年代，這些老擋潮閘現(xiàn)已出現(xiàn)了閘墩、墩帽梁、側(cè)T梁等部位的混凝土嚴(yán)重剝蝕，梁端大多存在混凝土剝落、開裂、露筋等現(xiàn)象，上下游兩側(cè)T梁混凝土破損嚴(yán)重，腹板下部混凝土大面積剝落，主筋大多裸露，露筋銹蝕嚴(yán)重，梁端混凝土大多開裂、破碎；鋼閘門處，上主梁以上部分布少量銹斑，上主梁以下堆滿淤泥，涂層嚴(yán)重脫落；閘門坑深1～2mm，新?lián)醭遍l的上游側(cè)T梁處，混凝土大面積開裂、剝落、缺損現(xiàn)象，多出露筋。

針對(duì)上述混凝土結(jié)構(gòu)存在的嚴(yán)重問題，對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，為實(shí)際工程的加固維修提供科學(xué)依據(jù)。

2 水利樞紐現(xiàn)狀

2.1 黃驊段海堤

黃驊市海堤是沿海經(jīng)濟(jì)帶的防潮屏障。黃驊市（包括港區(qū)）大陸海岸線長65.8km，北起北排河口與天津市為界，南至大口河與海興縣接壤。其間有黃驊鹽場(chǎng)和新建的黃驊港及黃驊經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。海堤長56.81km。

黃驊境內(nèi)入海的河流有9條，即北排河、滄浪渠、捷地減河、老石碑河、廖家洼排水渠、南排河、新石碑河、黃浪渠和黃南排干渠。這些河流均屬于黑龍港及運(yùn)東地區(qū)直接入海的潮汐河道，均為泥質(zhì)河口，地面坡度較緩，河口回淤嚴(yán)重，排泄受到嚴(yán)重影響和高潮水位頂托。此處并無防潮工程，出口也無工程控制，為安全和防災(zāi)需要，需修建防潮閘。

2.2 海興縣段

海興縣大陸海岸線長29.5km，海堤長12.66km。境內(nèi)入海河流4條，即大浪淀排水渠、淤泥河、宣惠河和漳衛(wèi)新河。其中大浪淀排水渠、淤泥河、宣惠河經(jīng)半趟河流入渤海，漳衛(wèi)新河入?？谠诤ＸS以下，入海口無工程控制。北自半趟河與黃驊市相連，南主漳衛(wèi)新河口與山東省為界，均為淤泥質(zhì)海岸。該岸帶歷史上曾是黃河的入?？?，沒有正式堤防，多為河道開挖時(shí)修筑的河口埝。岸段由于多條河流交匯入海，互相沖刷，海岸帶凹向大陸。

2.3 黃驊港段

2010年黃驊港的吞吐量達(dá)1.23億t，躋身億噸大港行列，成為多功能綜合性的現(xiàn)代化大港。黃驊港岸線長65.8km，保護(hù)黃驊港區(qū)及其臨港工業(yè)區(qū)面積120km2。

黃驊港是河北省沿海地區(qū)的重要港口、北方主要的煤炭裝船港，“山西”煤炭外運(yùn)第二通道的重要出?？冢患街心系貐^(qū)，神黃鐵路沿線及魯西北地區(qū)對(duì)外開放的窗口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。隨著黃驊港的快速發(fā)展，港區(qū)用地已發(fā)展到海堤以東3～5km，原有的海堤不論是標(biāo)準(zhǔn)還是線路實(shí)質(zhì)上已對(duì)港區(qū)沒有任何保護(hù)作用。今后應(yīng)確保防潮安全，以拓展綜合運(yùn)輸、臨港工業(yè)、倉儲(chǔ)物流等現(xiàn)代港口功能，促進(jìn)港區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展使其逐步發(fā)展成為多功能綜合性現(xiàn)代化港口。

綜上加固修復(fù)工程具有重要意義。

3 經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)效益分析

河北省海堤現(xiàn)有耕地23.33萬hm2，按30年一遇潮水造成損失考慮，則一次海潮損失達(dá)29.19億元，按頻率法計(jì)算，折合每年損失3.66億元。

1997年第一次海潮對(duì)房屋、公路、輸電線、通訊線、鐵路等項(xiàng)目的損失統(tǒng)計(jì)達(dá)65.56億元，按次損失量折合每年損失8.02億元。

3.1 油田停產(chǎn)損失

冀東油田、大港油田按停產(chǎn)、減產(chǎn)原油損失1000萬元/月，折合年損失1.2億元。

3.2 恢復(fù)生產(chǎn)費(fèi)用

海潮淹沒耕地后將使土體鹽漬化，再恢復(fù)生產(chǎn)必須投入大量資金，按每畝除鹽堿投入資金200元計(jì)，則總投入達(dá)7.05億元，折合每年費(fèi)用9200萬元。

以上各項(xiàng)之和為海堤工程總效益，折合每年12.61億元。

3.3 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括效益費(fèi)用比、內(nèi)部回收率和經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值三項(xiàng)。

（1）工程建成后產(chǎn)生的效益為每年12.61億元。其中，采用抗海水混凝土2.3萬m3，按300元/m3計(jì)算，從工程費(fèi)用分析，工程總投資95.04億元，年運(yùn)行費(fèi)1.044億元。

（2）按以上參數(shù)分析的經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比為1.61，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值46.25億元，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部回收率10.9%。

（3）從國民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以看出，海堤工程經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率大于社會(huì)折現(xiàn)率，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值大于零，經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比大于1.0，該工程取得的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。

3.4 防災(zāi)減災(zāi)潮災(zāi)分析

沿海地區(qū)承受著上游洪水、平原瀝澇和海潮襲擊的多重威脅。改革開放以來，隨著沿海地區(qū)大量進(jìn)行灘涂開發(fā)，現(xiàn)已基本形成經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)、港區(qū)以及稻田、蝦池、鹽田為格局的高效產(chǎn)區(qū)，特別是近年來，隨著曹妃甸、樂亭、黃驊港等地開發(fā)，沿海經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，這樣潮災(zāi)所造成經(jīng)濟(jì)損失將越來越大，現(xiàn)狀海堤已不能保障沿海地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。

綜上所述，在河北省長487.7km的海岸帶內(nèi)，已修筑各種堤防394.21km，修建各種擋潮建筑物204座，在防御潮災(zāi)方面發(fā)揮了一定作用。但普遍存在工程標(biāo)準(zhǔn)低，年久失修，工程老化的問題，堤防大部分堤段不足30年一遇，目前多數(shù)基本不能正常使用。無論從近期還是長遠(yuǎn)考慮，修復(fù)和建設(shè)海堤建筑物具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.5 環(huán)境效益分析

通過實(shí)際工程應(yīng)用，可將建筑廢料，礦山廢渣，煉鋼廠廢渣回收，廢物利用，清除場(chǎng)地，打造一個(gè)環(huán)境優(yōu)美的生態(tài)城。既美化了環(huán)境，又凈化了空氣，具有良好的政治和經(jīng)濟(jì)意義。

4 結(jié)語

考慮北方沿海環(huán)境對(duì)混凝土性能的影響，提高混凝土致密性和抗凍融是解決北方沿海環(huán)境中水利工程耐久性不足的問題關(guān)鍵，具有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境生態(tài)效益。

（1）以往研究大量礦渣微粉，抗海水中的氯離子侵蝕能力來看，其氯離子滲透深度只有普通混凝土的12%～25%，據(jù)此推算，海洋環(huán)境下用其建造的建筑物使用壽命至少為普通混凝土的3～4倍。

（2）采用抗海水（凍融）混凝土按減少工程重建2次計(jì)算，可提高建筑物使用壽命5倍以上。

（3）除上述直接效益外，因減少拆除和重建次數(shù)和提高工程防災(zāi)減災(zāi)能力帶來的間接效益也十分可觀。

由于水利樞紐位于沿海一帶，受海洋和凍融影響很大，采用普通混凝土維修加固效果欠佳，這些工程加固修復(fù)后，第二年就出現(xiàn)剝落、開裂等腐蝕非常嚴(yán)重。抗海水（凍融）混凝土與普通混凝土相比，無論在抗?jié)B性、抗凍性都有很大提高，且建筑物使用壽命延長和抗風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)提高，大大降低了混凝土成本，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

［1］范穎芳.寒冷氣候融雪環(huán)境與荷載耦合作用下納米/FRP增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋而耐久性研究（國家自然科學(xué)基金51178069）［R］.2012-2016.

［2］范穎芳.北方寒冷地區(qū)海水下交通基礎(chǔ)設(shè)施新型耐腐蝕混凝土材料研究 （遼寧省百千萬人才工程資助項(xiàng)目2010921060）［R］.2010-2011.

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［4］楊醫(yī)博，梁松，莫海鴻，等.海洋環(huán)境下大摻量礦渣微粉混凝土的實(shí)驗(yàn)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,27（3）： 34-40.

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