鋼管樁陰極保護工藝分析

王世軍

摘 要：結(jié)合金塘大橋試樁工程實例，介紹犧牲陽極陰極保護，陽極組安裝工藝和質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：犧牲陽極陰極保護；陽極組安裝；質(zhì)量措施

陰極保護是一種用于防止金屬在電介質(zhì)中腐蝕的電化學(xué)保護技術(shù)，基本原理是對被保護的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化，當金屬的電位負于某一電位值時，腐蝕的陽極溶解過程得到有效抑制。犧牲陽極是陰極保護的一種。陰極保護可有效地防止涂層破損處產(chǎn)生的腐蝕，延長涂層使用壽命。

1 工程概況

金塘大橋是舟山大陸連島工程中第五座特大橋，跨海長度18.4km。所處的灰鱉洋海域泥砂含量多，水質(zhì)渾濁，水下能見度幾乎是零。金塘大橋試樁工程進行陰極保護的6個墩臺，共計90根鋼管樁。6個墩臺號分別為：墩號E52（編號GT1、里程樁號K37+445、水下泥面標高-9.86m）、墩號E92（編號GT2、里程樁號K39+845、水下泥面標高-8.38m）、墩號E132（編號GT3、里程樁號K42+245、水下泥面標高-9.74m）、墩號G16（編號GT4、里程樁號K44+555、水下泥面標高-4.78m）、墩號G44（編號GT5、里程樁號K46+235、水下泥面標高-5.28m）、墩號C18（編號GT6、里程樁號K31+435、水下泥面標高-5.95m）。由于6個墩臺作為全面施工的優(yōu)先墩，相鄰墩臺距離大于2Km，陰極保護工作無法進行連續(xù)作業(yè)。對陰極保護陽極組的安裝施工提出了很高的要求。

2 陰極保護施工前的準備工作

金塘大橋試樁共需要生產(chǎn)制作144塊陽極，合計約11噸，預(yù)制和水下安裝陽極36組，合計約為18噸。

2.1 陽極材料的質(zhì)量控制

（1）陽極材料化學(xué)成分、電化學(xué)性能、犧牲陽極與饋電角鋼間的接觸電阻按照“GB/T4948-2002鋁-鋅-鎘系合金犧牲陽極”的規(guī)定執(zhí)行。（2）犧牲陽極材料原則上采用鋁基合金，所選用的犧牲陽極材料應(yīng)以最小的重量滿足陰極保護的有效壽命。

2.2 陽極材料外觀質(zhì)量控制

犧牲陽極工作面可為鑄造面，但應(yīng)無氧化渣、毛刺、飛邊等缺陷，犧牲陽極所有表面允許有長度不超過50mm，深度不超過5mm的橫向細裂紋存在，但不允許裂紋團存在；允許存在鑄造縮孔，但其深度不得超過陽極厚度的10%，最大深度不得超過10mm；工作面應(yīng)保護干凈，不得沾有油漆和油污等。

3 陽極組海上安裝質(zhì)量控制

3.1 承臺鋼底板與鋼管樁絕緣性復(fù)檢及自然電位測試

按承臺設(shè)計施工圖紙要求，承臺封底砼鋼底板應(yīng)與鋼管樁絕緣。但經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，有些承臺鋼底板與鋼管樁間電阻很小，甚至完全電連通。從而影響了鋼管樁陰極保護效果，為確保工程質(zhì)量，對所有已建成的承臺均進行鋼底板與鋼管樁間絕緣電阻復(fù)檢。另外，對鋼管樁間電導(dǎo)連也要復(fù)檢。確認鋼底板與鋼管樁間絕緣性較好，且在鋼管樁間已電導(dǎo)連的基礎(chǔ)上方可進行陽極組安裝施工。

3.2 陽極組運輸

陽極組組裝車間按計劃組裝好陽極組，派專用卡車把陽極組運送到碼頭，將陽極組吊放到潛水作業(yè)船上，并用鋼絲繩綁扎固定好，以免在船舶航行中搖擺時滑動，碰壞。

3.3 陽極組的吊裝入水定位

（1）在陽極組安裝之前，用氣動打磨機打磨每個陽極組上4個陽極塊工作表面，保證在下水之前陽極塊表面的清潔。（2）船舶定位后，組織潛水員下水清理待裝陽極組的鋼管樁上的海生物，清理范圍大約為5m的位置。（3）由潛水安裝人員配合船舶吊機司機先將第一個陽極組吊放到要安裝的鋼管樁位置。再由輔助人員利用陽極組上的第二套吊索將陽極組掛在鋼管樁頂端的手拉葫蘆上，再進行脫鉤，利用牽引繩多向索動定位將陽極組套入鋼管樁。（4）利用手拉葫蘆調(diào)整陽極組到位，使饋電角鋼頂端離承臺底面5m處。輔助人員拉緊牽引繩，幫助潛水員將卡環(huán)上的加強板拉靠攏，插上螺栓，并用力矩扳手擰緊螺栓。等潛水員水下固定好陽極組后，拆除第二套吊索。（5）將焊接腳手架放到鋼管樁上并固定在適當?shù)奈恢?，打磨掉陽極組導(dǎo)電角鋼與鋼管樁壁焊接處的防腐涂層，將陽極組導(dǎo)電角鋼焊接在鋼管樁上。

3.4 鋼管樁與承臺鋼底板之間絕緣性與鋼管樁電連接，鋼管樁的自然電位三者之間的關(guān)系

陽極組的設(shè)計是保護鋼管樁的破點（裸露部分），如果裸露的鋼底板與鋼管樁導(dǎo)通，陽極組會連同鋼底板一同保護，從而降低了陽極組的使用壽命。按設(shè)計要求鋼管樁之間電阻越小，陽極組才能更好的保護鋼管樁。因為鋼管樁不是每根都設(shè)計裝有陽極組，15根只有6根鋼管樁裝有陽極組。只有鋼管樁之間導(dǎo)通良好，陽極組才能夠保護到每一根鋼管樁。承臺底部的自然電位不宜過高，只有在電位適宜的情況下，陽極組才能發(fā)揮更好的保護鋼管樁的作用，如果自然電位過高，反而會加速陽極組的腐蝕，從而減少了陽極組保護鋼管樁的使用壽命。

4 主要關(guān)鍵技術(shù)問題及處理措施

4.1 陽極安裝形式的選擇

金塘大橋試樁工程將每個承臺下面的15根鋼管樁作為一個整體，在其中的幾根鋼管樁上安裝幾組陽極，從而實現(xiàn)對每個承臺下所有鋼管樁的保護。采用前面設(shè)計的成組安裝陽極的辦法，將陽極安裝施工的效率大大提高了。

4.2 保證保護電位的有效分布

金塘大橋試樁工程鋼管樁具有合適的電位分布是陰極保護設(shè)計中必須解決的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。無論是國外標準“美國腐蝕工程師協(xié)會標準，NACERP0176-94 Corrosion Control of Steel Fixed Offshore Platforms Associated With Petroleum Production”和“挪威船級社標準，DNVRPB 401-1993，CATHODIC PROTECTION DESIGN”，還是國內(nèi)標準“海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定JTJ230-89”和“港口設(shè)施犧牲陽極保護設(shè)計和安裝GJB156-86”，都規(guī)定施加陰極保護后被保護結(jié)構(gòu)電位應(yīng)該達到比-0.85V（相對于銅/飽和硫酸銅參比電極）更負。

5 結(jié)束語

在金塘大橋試樁鋼管樁陰極保護工程中，由于各個鋼管樁通過承臺內(nèi)的鋼筋實現(xiàn)了彼此間的電連接，而且在鋼管樁表面涂有高性能熔融結(jié)合環(huán)氧粉末復(fù)合涂層，陰極保護電流傳輸?shù)煤苓h。檢測數(shù)據(jù)如下：E52承臺-0.932V、E92承臺-0.988V、E132承臺-0.893V、G16承臺-0.977V、G44承臺-1.045V、C18承臺-1.032V。從測試得到的數(shù)據(jù)來看，達到了合同要求的初期陰極保護電位應(yīng)該在-0.80V～-1.10V（相對于海水銀/氯化銀參比電極和相對于銅/飽和硫酸銅參比電極）之間的指標范圍。因此，鋼管樁陰極保護電位水平是可以得到保證的，可以起到對鋼管樁的長效保護作用。同時，對于氯鹽腐蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)物也起到一定的保護作用。犧牲陽極保護法具有無需提供輔助電源、施工簡單、不必經(jīng)常維護的優(yōu)點。犧牲陽極投入運行后，應(yīng)定期進行監(jiān)測，每半年進行一次全面電位的測量。

參考文獻

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[2]DNV RPB401 1993 CATHODIC PROTECTION DESIGN.挪威船級社標準[S].

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