高樁碼頭鋼管樁防腐設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)研究

鄒志鵬

(中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武漢 430013)

0 前 言

碼頭鋼管大多需要設(shè)置在海水中，因此，很容易受到海水的侵蝕。就目前來看，防止碼頭鋼管侵蝕的主要方法是分段防護(hù)，具體來說，就是在碼頭鋼管的外層涂抹一層防護(hù)層。對(duì)于埋入海水后進(jìn)入到土層部分的鋼管，必須根據(jù)實(shí)際情況采取雙重防護(hù)措施，或者應(yīng)用陰極保護(hù)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韀1]。經(jīng)過研究可知，陰極保護(hù)措施的應(yīng)用可以有效避免鋼管樁受到海水的侵害。

1 工程概況

本文實(shí)例為卡拉奇深水港碼頭，位于巴基斯坦境內(nèi)，屬于深水集裝箱碼頭，該碼頭的結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)錨定板樁結(jié)構(gòu)。在建設(shè)該項(xiàng)目的過程中，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)對(duì)技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新式改革，應(yīng)用到了大直徑樁基3層鋼筋籠及灌注混凝土樁等施工技術(shù)。

為了提高鋼管樁的防腐性能，本文深入研究并介紹了鋼管樁防腐設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。

2 犧牲陽極陰極防腐保護(hù)技術(shù)特點(diǎn)

犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)的原理為：負(fù)電位的金屬會(huì)不斷地發(fā)生腐蝕溶解，繼而產(chǎn)生電流，依靠該電流對(duì)鋼管樁進(jìn)行保護(hù)。

該技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：犧牲陽極安裝起來較為便捷，保護(hù)效果較好，首次安裝費(fèi)用較低，后續(xù)的運(yùn)營(yíng)通常不需要較高的維護(hù)費(fèi)用；保護(hù)電流的利用率較高，不會(huì)有過保護(hù)的作用產(chǎn)生。但是該技術(shù)也具有一定的劣勢(shì)，例如驅(qū)動(dòng)電位較低、保護(hù)范圍較小、施工過程中需要及時(shí)補(bǔ)充陽極塊。

3 犧牲防腐保護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 保護(hù)電流密度

保護(hù)電流密度的大小可以直接反應(yīng)整個(gè)陰極保護(hù)的效果，具體指的是在任意保護(hù)電位區(qū)間電流流入或者流出的密度。綜合考慮碼頭的位置、鋼管樁的具體情況、海水的流速以及碼頭的結(jié)構(gòu)等，在此基礎(chǔ)上制定出最為合理的保護(hù)電流密度參數(shù)，見表1。

表1 設(shè)計(jì)保護(hù)電流密度 單位：mA·m-2

3.2 保護(hù)電位

金屬?zèng)]有處于腐蝕狀態(tài)下的陰極保護(hù)所處的電位值即稱為保護(hù)電位。一般來說，需要觀察保護(hù)點(diǎn)位置判斷陰極保護(hù)狀態(tài)是否達(dá)到相應(yīng)的要求，采取有效的檢測(cè)方法對(duì)鋼管樁的不同區(qū)域進(jìn)行電位檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷具體的保護(hù)情況。綜合考慮項(xiàng)目的實(shí)際施工環(huán)境以及項(xiàng)目所需要運(yùn)用的鋼管樁材質(zhì)，最終將-0.85～-1.05 V區(qū)間作為鋼管樁的保護(hù)定位。

3.3 犧牲陽極選取

在所有的陽極中，犧牲陽極性能較為突出的是高效鋁合金，因?yàn)槠渚哂懈蟮碾娙萘?，電位更加穩(wěn)定，體積和重量相對(duì)較小，另外使用成本較低，使用壽命長(zhǎng)。因?yàn)楸疚纳婕绊?xiàng)目工程量較大，而且需要保護(hù)的時(shí)間較長(zhǎng)，所以，應(yīng)用高效鋁合金進(jìn)行作業(yè)，極大程度地降低了施工成本，減小了施工難度。表2為此類陽極中含有的各類化學(xué)物質(zhì)占比。

表2 陽極化學(xué)成分

3.4 犧牲陽極材料計(jì)算

犧牲陽極數(shù)量計(jì)算如式(1)所示：

(1)

式中，Ni為港工設(shè)備侵入到海水或者海泥中的部分需要應(yīng)用到的犧牲陽極的塊數(shù)；i為保護(hù)電流的密度，mA/m2；Si為港工設(shè)備進(jìn)入海水或海泥部分的面積，m2；If為犧牲陽極的電流量，mA/PC。

應(yīng)用該計(jì)算公式可以得出碼頭區(qū)域需要的陽極塊數(shù)為970塊。

4 施工工藝

4.1 犧牲陽極布置

陽極的安裝需要分上、中、下三塊進(jìn)行，其中上塊的位置為最低水位下3 m處的位置，中塊的位置為上下陽極塊的中間位置，下塊位置為陽極底部浸入土層1.5 m的位置，在安裝的過程中，必須保證陽極均勻分布在鋼管樁的樁壁。因?yàn)榇a頭位置較為特殊，所以鋼管樁所處的區(qū)域環(huán)境也有所不同，而且不同的區(qū)域，鋼管樁可能面臨的侵害程度也會(huì)不同，在選擇防侵蝕方法的過程中，必須充分、全面地考慮鋼管樁的侵害程度。為了實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)犧牲陽極的保護(hù)效果的目的，1根鋼管樁通常需設(shè)置兩塊陽極，然后應(yīng)用焊接的方式將相鄰鋼管樁焊接起來，保證所有的鋼管樁連接成為一個(gè)整體。

4.2 犧牲陽極陰極保護(hù)的安裝工藝

在安裝犧牲陽極的過程中，應(yīng)用到的方法為水下焊接法，該方法是指通過水下焊接工具，將陽極安裝在鋼管樁上。具體來說，水下焊接主要有干法和濕法這兩種方式[2]。如果應(yīng)用干法焊接，那么首先需要將局部的水排除干凈，但是干法焊接施工成本較高，所以，一般在安裝犧牲陽極的過程中采用濕法完成水下的焊接工作。

1)對(duì)施工過程中可能會(huì)應(yīng)用到的所有機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查，保證這些設(shè)備具備穩(wěn)定的性能。

2)施工輔助船只就位，做好輔助施工準(zhǔn)備。

3)陽極懸掛。

4)專業(yè)的施工人員通過水下作業(yè)施工完成陽極的捆綁。

5)對(duì)焊接的位置進(jìn)行徹底的清理和除銹。

6)采用合理的方法進(jìn)行焊接，完成焊接后，嚴(yán)格驗(yàn)收焊接質(zhì)量。

7)檢測(cè)電位。

4.3 陽極塊檢焊腳校正

在開展水下焊接工作之前，必須對(duì)樣塊進(jìn)行全面的檢查，保證其外觀符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，另外為了保證焊腳的精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)仔細(xì)觀察焊腳，如發(fā)現(xiàn)焊腳精度存在差異，立即采取有效的方法加以矯正。在校正焊腳時(shí)，需要將一塊平板放置在陽板焊腳上，然后觀察焊腳和平板之間的貼合度，對(duì)焊腿之間的距離進(jìn)行檢測(cè)，保證焊腿之間的距離≤2 mm，如果超過了這個(gè)距離范圍，必須采取有效的方法給予矯正。在進(jìn)行水下焊接施工的時(shí)候，需要在焊接之前徹底地清理鋼管樁，然后將陽板直接焊接于鋼管表層，進(jìn)一步保證水下焊接的質(zhì)量。

4.4 陽極的下放定位

在開展陽板下水作業(yè)的過程中，往往會(huì)涉及到陽板的應(yīng)用，專業(yè)的船只需要提前掛設(shè)陽板，然后緩慢將陽板放置到指定位置。為了保證將陽板放置到預(yù)定的焊接區(qū)域，需要應(yīng)用符合長(zhǎng)度的吊繩將鋼管樁和陽板焊腿連接起來。在焊接深入土層鋼管樁的過程中，必須應(yīng)用相應(yīng)的設(shè)備挖開泥層，只有保證泥層的開挖深度達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，才能繼續(xù)開展陽板的安裝。如果樣板已經(jīng)運(yùn)達(dá)指定的焊接區(qū)域，應(yīng)固定好陽板，并且檢查陽極位置，確保其在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求以內(nèi)，另外，施工人員還需要注意，應(yīng)嚴(yán)格控制焊腳和鋼管樁之間的距離>3 mm。

4.5 水下焊接

如果陽板的水下固定工作已經(jīng)完成，需要檢查陽板位置，如果陽板位置和標(biāo)準(zhǔn)位置不相符，立即采取措施校正[3]。在開展焊接工作之前，需要檢查陽板位置，在確保陽板位置無誤之后，才能進(jìn)行下一步的焊接工作，焊接工作需要自上至下完成，焊接過程中，應(yīng)該科學(xué)地把控焊條和焊道之間的角度，使角度符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，保證焊接效果。在開展引弧作業(yè)的過程中，需要沿著焊接的方向?qū)⒁↑c(diǎn)移至焊接位置。如果已經(jīng)開始滅弧，不能移動(dòng)焊條，等待滅弧徹底完成后，才能將其移開。

待完成水下焊接作業(yè)，需要對(duì)水下焊接的效果進(jìn)行檢查，保證無焊縫，另外，控制焊接的長(zhǎng)度要>80 mm，高度保持在7 mm。如果焊接的情況和實(shí)際要求不相符，應(yīng)該立即重新開展焊接施工。防腐施工完成后，檢測(cè)保護(hù)電位的保護(hù)效果，如果測(cè)試效果和方案效果相同，那么證明保護(hù)效果較好。

5 結(jié)束語

本文涉及項(xiàng)目的鋼管樁的犧牲陽極布置較為合理，保護(hù)范圍較為全面，另外，鋼管樁的電位設(shè)計(jì)符合具體的要求，參數(shù)選擇也合理，值得類似工程參考、借鑒。在犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，對(duì)于陽極塊以及保護(hù)電位，需要定期進(jìn)行檢查，另外，應(yīng)重視陰極保護(hù)系統(tǒng)的后期維護(hù)工作的開展。

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