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海上钢管桩防腐施工技术
摘 要：本文通过某大桥栈桥钢管桩基础防腐的设计和施工，主要介绍海上金属结构物常用的几种防腐措施及施工方法等。研究目的是在海洋环境中延长钢管桩的使用寿命，通过防腐涂层和牺牲阳极的防护方法，达到海上钢管桩防护的目的，在某大桥桥栈-I工程建设中所有钢管桩均采取此种防护措施，实践后的结论是：防腐涂装和牺牲阳极的防腐技术可以有效控制钢管桩的腐蚀破坏，延长海中钢管桩的使用寿命。 关键词：海上、钢管桩、防腐技术
1 前言
某大桥栈桥工程基础为钢管桩基础，原设计腐蚀余量2㎜。在施工初期未采取其它防腐措施，约一个月后发现此部分钢管桩出现表层腐蚀脱落现象，脱落层厚度约0.6㎜,腐蚀速度远远大于设计值。可见海水作为一种强腐蚀性的天然性电解质，对钢质构件具有强烈的腐蚀破坏性。
金属在海洋环境中的腐蚀行为与其暴露条件有关，随金属所暴露的特定环境区域不同，金属抗腐蚀破坏的能力也不同。通常海洋环境分为：大气区、浪溅区、潮差区、全浸区和海泥区五个区域，其中浪溅区及全浸区是两个腐蚀最严重的区域，两区域的腐蚀速度远远大于平均腐蚀速度，容易形成局部腐蚀穿孔，对结构物的安全运行及使用寿命造成严重威胁。 2 工程概况
某大桥栈-I工程位于胶州湾黄岛海域，设计荷载为公路-I级，设计使用寿命为5年；栈桥下部结构采用φ600mm双排及φ800mm单排螺旋钢管桩（总计1430根）基础，钢管桩作为栈桥的支承核心其强度要求十分重要，对此该工程对钢管桩增加了其它防腐措施，具体采用了牺牲阳极法、涂层保护法及预留厚度法的联合保护法。钢管桩的浪溅区以上部分不进行阴极保护，单独采用防腐涂层进行保护；潮差区和全浸区采用防腐涂层与牺牲阳极阴极保护联合保护；海泥区单独采用牺牲阳极阴极保护，不进行涂层防腐。 3 防腐控制的方法与措施 3.1 钢管桩防腐设计 3.1.1 设计依据
3.1.1.1 JTJ 230-89 海港工程钢结构防腐蚀技术规定 3.1.1.2 GB4948－2002铝-锌-铟系合金牺牲阳极 3.1.1.3 GJB156-86 海港工程牺牲阳极保护设计和安装
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3.1.1.4 GB 7387-87 船用参比电极技术条件
3.1.1.5 GB 8923-88 涂装前钢材表面锈蚀等级和防锈等级 3.1.1.6 GB 1764-92 漆膜厚度测定法 3.1.2 钢管桩防腐技术指标
3.1.2.1 采用防腐涂层与牺牲阳极阴极保护联合防腐，有效保护年限t≥4年； 3.1.2.2 在有效保护年限内，阴极保护系统的保护率≥95%；
3.1.2.3 在有效保护年限内，潮差区、全浸区和海泥区的保护电位始终控制在最佳保护电位
范围：-0.85～-1.05V（vs.Cu/饱和CuSO4参比电极）；
3.1.2.4 在有效保护年限内，钢管桩各区段无明显锈蚀，不产生蚀坑等局部腐蚀现象； 3.1.2.5 防腐涂层耐盐雾、耐湿热、耐老化，附着力强，抗冲击，在有效保护年限内不发
生大面积剥离。
3.2 涂层法防腐 3.2.1 涂料选择
根据被保护钢管桩的Q235材质、青岛海洋环境腐蚀的特点、有效保护年限和环境条件等影响因素，参照相关技术标准中的规定，结合实际工程经验本工程选用具有优异的防海水和氧的渗透性、附着力好、耐冲击、使用寿命长、漆膜干燥快，可在-20℃～50℃环境中施工特点的725L-J53-2铁红绿化橡胶防锈漆和725L-J53-8厚浆改性绿化橡胶云铁涂料（CBI）。
3.2.2 涂层配套、用量和干膜厚度
725L-J53-2铁红绿化橡胶防锈底漆：2道×0.2㎏/㎡〃道×1.2=0.48㎏/㎡。干膜厚度90～100μm。
725L-J53-8厚浆改性绿化橡胶云铁涂料面漆：2道×0.2㎏/㎡〃道×1.2=0.48㎏/㎡。干膜厚度90～100μm。
干膜总厚度180～200μm。
3.2.3 涂装工艺 3.2.3.1 表面处理
表面除锈是涂装工艺的关键环节，涂装质量的好坏50%取决于表层处理效果。对此本工程中采用喷砂处理，除锈达到Sa1.5级或st2级，彻底清除掉了钢管桩表面的油污、氧化皮等污染物，效果比较理想。 3.2.3.2 喷涂处理
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采用高压无气喷涂方法施工。涂层外观目测检查均匀、无气泡、无裂纹无流挂等缺陷，每一道在涂装前都要对上一道进行涂层质量及厚度检查。 3.3 牺牲阳极法防腐 3.3.1 牺牲阳极材料的选择
根据国内外相关技术标准和规范所规定的技术要求，考虑到海水电阻率及对环境的影响等因素，本工程选用两种规格阳极对钢管桩进行防腐保护。选用的铝合金牺牲阳极规格尺寸如下:
A型：
阳极规格：320×（70＋80）×80mm； 阳极重量：w1=6㎏/块； B型：
阳极规格：650×（58.5+78.5）×68㎜； 阳极重量：w2=9.5㎏/块。
3.3.2 牺牲阳极发生电流量的计算
牺牲阳极发生电流按公式（1）计算：
If??ER （1）
ΔE---驱动电压（V）; R-----接水电阻（Ω）。
R按公式（2）计算。
R=
?/（L+B+2H） （2）
?---海水电阻率（Ω〃㎝）
；
L----牺牲阳极长度（㎝）； B----牺牲阳极宽度（㎝）； H----牺牲阳极厚度（㎝）；
将有关数据代入公式（2），得出接水电阻 A型阳极：R1=0.45Ω B型阳极：R2=0.29Ω
将接水电阻代入公式（1）计算，得出阳极的发生电流量：
3
A型阳极：If1=620mA/块 B型阳极：If2=1000mA/块 3.3.3 牺牲阳极使用寿命的估算
牺牲阳极使用寿命按下列公式计算：
t?m?Q.10001? （3）
Im?8760K式中：t—牺牲阳极使用寿命，年；
m—每块牺牲阳极净重，㎏/块； Q—牺牲阳极实际电容量，Q=2400Ah/㎏；
Im—每块牺牲阳极平均发生电流，Im=0.55A；
1—牺牲阳极利用系数，取0.85。 K将有关数据代入公式（3）求得：
A阳极使用寿命为：
t?m?Q.100016?2400?1000???0.85?4.1年；
Im?8760K0.55?620?8760同样可计算出B型阳极使用寿命为：4.0年。
选用的牺牲阳极均满足设计技术指标的有效保护年限的要求。 3.3.4 牺牲阳极的布置
牺牲阳极的布置原则是保证钢管桩保护电位和保护电流分布均匀。根据牺牲阳极用量，结合牺牲阳极在海水中的有效保护范围，确定牺牲阳极安装标高。
牺牲阳极在钢管桩上的安装标高为：泥面以上0.2 m处。
3.3.5 钢管桩的电性连接
每组钢管桩已通过钢管平联，构成一个电性连接的保护整体。
3.3.6 牺牲阳极安装工艺
低潮时，泥面露出的钢管桩，将阳极直接焊接在钢管桩上。
低潮时，泥面未露出的钢管桩，采用悬挂式安装，根据水深选用不同长度的扁钢或螺纹钢，扁钢或螺纹钢一端与阳极焊接成一体，另一端焊接在钢管桩上。 3.3.7 阴极保护系统的监测
为了确定钢管桩阴极保护系统是否达到设计要求，必须对各构件钢管桩的保护电
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