海上風(fēng)電單樁基礎(chǔ)外加電流聯(lián)合復(fù)層包覆防腐施工技術(shù)

沙欣宇，范肖鋒，張震宇

(1. 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2. 浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122)

當(dāng)前，海上風(fēng)電工程往往采用造價便宜、施工簡單的大直徑鋼管樁作為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)[1-2]。海洋環(huán)境中有氯離子、氧氣、紫外線、海洋生物等，容易造成鋼管樁的表層受到腐蝕，從而影響其承載特性[3-4]。為了有效的防止鋼管樁受到腐蝕，許多學(xué)者開展了防腐研究。目前，海上風(fēng)電工程最為常用的防腐方法主要有涂層防腐[5]、陰極保護(hù)防腐[6-7]、復(fù)層包覆防腐[8-9]。

陰極保護(hù)防腐中的外加電流法中，外加電流設(shè)備分布較分散，套籠安裝及風(fēng)機(jī)安裝均有部分構(gòu)件，安裝工作面較多，協(xié)調(diào)過程較困難，且海洋環(huán)境較為復(fù)雜。因此，對海上風(fēng)電大直徑鋼管樁防腐施工技術(shù)還有待進(jìn)一步的研究。結(jié)合江蘇啟東某海上風(fēng)機(jī)大直徑單樁基礎(chǔ)建設(shè)項目，對單樁基礎(chǔ)外加電流聯(lián)合復(fù)層包覆防腐施工技術(shù)進(jìn)行研究，對后續(xù)類似工程施工建設(shè)具有參考意義。

1 工程概況

江蘇華威啟東H1號海上風(fēng)電場項目位于江蘇啟東近海海域，場區(qū)中心離岸距離約32 km，海底地形變化較為平緩，水深在6～13 m之間。場區(qū)形狀呈矩形，南北長約8 km，東西寬約5 km，規(guī)劃海域面積40 km2，規(guī)劃裝機(jī)容量250 MW，共10個回路、42臺風(fēng)機(jī)。

2 復(fù)層包覆防腐

2.1 復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)

復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)由四層緊密相連的保護(hù)層組成，分別為礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩。防蝕膏及防蝕帶可帶水施工，并因其有著優(yōu)良的緩蝕成分從而能夠有效的阻止腐蝕性介質(zhì)對鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕。密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩則能將鋼管樁基礎(chǔ)與海水隔開，同時具有耐沖擊性能，起到抵御機(jī)械損傷破壞鋼結(jié)構(gòu)的作用。

2.2 包覆防腐施工流程

鋼管樁包覆防腐施工流程主要包含準(zhǔn)備工作、鋼結(jié)構(gòu)表面處理、支撐卡箍位置確定、涂抹防蝕膏、包覆防蝕帶、安裝防蝕保護(hù)罩和端部和縫隙密封等7個步驟，如圖1所示。

圖1 鋼管樁包覆防腐施工流程圖

3 外加電流系統(tǒng)布置

3.1 輔助陽極構(gòu)件

輔助陽極組件由陽極、陽極PVC-U固定管件、玻璃鋼陽極支架帶法蘭組成。輔助陽極由1根鈦合金(涂有MMO涂層)環(huán)氧樹脂澆筑在PVC-U管件內(nèi)部。將其固定在玻璃鋼支架及法蘭。長效參比電極組件由高純度鋅塊、PVC-U法蘭盤、玻璃鋼法蘭支架組成。長效參比電極由一塊高純度鋅塊、電極導(dǎo)電桿緊固、環(huán)氧樹脂澆筑在PVC-U法蘭，將其固定在玻璃鋼法蘭。

3.2 陰極保護(hù)系統(tǒng)直流電源布置

針對海上風(fēng)電主要采用恒電位儀，安裝布置于底塔內(nèi)部，采用地腳螺栓固定(恒電位儀組成見表1)。恒電位儀安裝在塔筒平臺第三層電源控制箱底板上，共有2臺恒電位儀一大一小，以39號風(fēng)力發(fā)電樁為例，1臺20 V 100 A，另外1臺20 V 25 A。背靠背方式固定。安裝位置見圖2。

圖2 恒電位儀安裝位置圖

3.3 陰極保護(hù)系統(tǒng)輔助陽極及參比電極布置

內(nèi)壁輔助陽極及參比電極采用懸掛式安裝方式陰極保護(hù)部件(內(nèi)壁系統(tǒng)組成見表2)，電纜通過吊裝繩連接到內(nèi)平臺的恒電位儀。吊裝位置根據(jù)最低水位設(shè)置，保證設(shè)備低于最低水位，具體安裝位置見圖3。

表2 內(nèi)壁系統(tǒng)組成表

外壁輔助陽極及參比電極通過風(fēng)電樁外壁預(yù)制法蘭接口(外壁系統(tǒng)組成見表3)，采用緊固件固定陰極保護(hù)部件，部件電纜通過電纜護(hù)管連接到內(nèi)平臺的恒電位儀。預(yù)制法蘭接口可通過單獨(dú)穿線管設(shè)置，也可采用已有鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)置。安裝標(biāo)高為-5 m左右，初步安裝布置見圖4。

圖3 內(nèi)壁陰極保護(hù)吊裝結(jié)構(gòu)安裝布置圖

表3 外壁系統(tǒng)組成表

圖4 外壁陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)安裝布置圖

4 外加電流系統(tǒng)施工方法

4.1 陸上預(yù)制場安裝工程

每個電極安裝法蘭配置1個橡膠點墊片，將墊片和螺桿由套籠法蘭連接玻璃鋼法蘭再放置墊片、彈墊、螺母，并緊固。采用交叉順序擰緊螺母。使用3輪將螺母完全擰緊到所需扭矩175 N·m。穿引電極電纜線檢查線纜是否有破損，破損電纜禁止穿線，避免使用不良后果發(fā)生。穿引電纜線完畢后在每根線纜匯合處使用316不銹鋼軋帶扎緊，在使用密封膠泥或海水密封結(jié)構(gòu)膠封死套籠電極電纜線走線管，防止海水進(jìn)入。將多余線纜盤成卷狀固定在套籠平臺，套籠起運(yùn)海上安裝前將電極纏繞膜包裝拆除干凈，避免電極和海水絕緣不能使用。

套籠周邊需要按照要求布置配套6片DN150的法蘭，法蘭面保持平整度良好及無油污雜物，以便安裝后保持良好的密封性。每片法蘭孔至套籠平臺處穿線孔都需要預(yù)留1根2 mm的鋼絲繩，便于后續(xù)電纜穿線使用。現(xiàn)場安裝輔助陽極及參比電極時，需要套籠制作單位配合搭設(shè)相應(yīng)的安裝平臺。

輔助陽極及參比電極安裝時，電纜從法蘭中間穿過，通過預(yù)留鋼絲繩的牽引引致套籠平臺處。引出至套籠平臺部分的電纜應(yīng)盤好固定在平臺護(hù)欄處，并采用保護(hù)袋保護(hù)。安裝輔助陽極及參比電極時，應(yīng)確保法蘭面光滑平整，如果存在異物，應(yīng)對法蘭面進(jìn)行清理。安裝時，將橡膠密封墊放在2片法蘭的中間，2片通過8條M20的螺栓進(jìn)行固定連接，緊固時采用扭矩扳手，保證密封性良好。

4.2 海上安裝施工

1)內(nèi)部輔助陽極、參比電極安裝。將預(yù)制好的內(nèi)部陰極保護(hù)系統(tǒng)輔助陽極、參比電極及懸掛裝置安裝在預(yù)留懸掛處，并將電纜從多孔格蘭中引入樁體內(nèi)，并對密封艙蓋及多孔格蘭進(jìn)行密封處理。

2)外部陰極保護(hù)系統(tǒng)走線。將外部輔助陽極尾隨電纜、參比電極尾隨電纜通過預(yù)留孔進(jìn)入塔筒，預(yù)留孔處采用多孔格蘭進(jìn)行密封處理。

3)內(nèi)部陰極保護(hù)系統(tǒng)走線。所有輔助陽極、參比電極的尾隨電纜沿塔筒內(nèi)部線纜橋架布放恒電位儀安裝位置。

5 結(jié) 語

海上風(fēng)電大直徑鋼管樁基礎(chǔ)防腐施工中，常常存在著外加電流設(shè)備分布較分散，套籠安裝及風(fēng)機(jī)安裝等安裝工作面較多的問題，因此提出一種海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)外加電流聯(lián)合復(fù)層包覆防腐施工方法。

首先，復(fù)層包覆防腐技術(shù)由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩四層緊密相連的保護(hù)層組成。施工流程主要包含準(zhǔn)備工作、鋼結(jié)構(gòu)表面處理、支撐卡箍位置確定、涂抹防蝕膏、包覆防蝕帶、安裝防蝕保護(hù)罩以及端部和縫隙密封等7個步驟。

其次輔助陽極組件由陽極、陽極PVC-U固定管件、玻璃鋼陽極支架帶法蘭組成。陰極保護(hù)系統(tǒng)中的直流電源主要采用恒電位儀，輔助陽極及參比電極采用懸掛式安裝方式。

再者，輔助陽極及參比電極需在陸上進(jìn)行預(yù)制安裝，且套籠周邊需要按照要求布置配套6片DN150的法蘭，法蘭面保持平整度良好及無油污雜物，以便安裝后保持良好的密封性。

最后，在海上進(jìn)行內(nèi)部輔助陽極和參比電極安裝、外部陰極保護(hù)系統(tǒng)走線和內(nèi)部陰極保護(hù)系統(tǒng)走線的安裝。