码头钢管桩牺牲阳极阴极水下安装与焊接

1、工程概况

福州港罗源湾港区可门作业区码头10＃、11＃泊位工程位于福州罗源湾港区可门作业区,码头结构为钢管桩加混凝土梁板结构。码头由2个泊位和2个引桥组成，泊位全长600m。码头栈桥共用Æ1300mm钢管桩284根和Æ1000mm钢管桩206根共490根，钢管桩材质为Q345B。

针对其钢管桩存在浪溅区、潮差区、海水全浸区和海泥区四个腐蚀区的实际情况，根据设计单位技术规格书提出的保护技术要求，对钢管桩潮差区、海水全浸区和海泥区设计采用铝合金牺牲阳极与涂层联合保护，钢管桩阴极保护技术指标定为：

（1）钢管桩牺牲阳极保护寿命25年；

（2）设计保护期间内，钢管桩电位自始至终控制在-0.85~-1.10V设计保护电位范围内。

福州港罗源湾港区可门作业区码头10＃、11＃泊位工程钢管桩牺牲阳极阴极保护工程于2008年5月12日开工，于2008年7月10日完工，2008年9月15日顺利通过验收。

3 钢管桩阴极保护设计

3.1 钢管桩所需保护电流计算

钢管桩所需保护电流是根据钢管桩各部位保护电流密度和保护面积计算得出的。不同国家和地区各腐蚀区裸露及有涂层钢构件选用的阴极保护电流密度值有较大差异。海水中的裸钢保护电流密度一般为80~150mA/m2 [2]，英国北海地区最大可达160 mA/m2；静止海水中的涂层钢构件为10~20 mA/m2，流动海水中则视涂层完好程度为15~30 mA/m2（完好）和30~50 mA/m2（破损）；海泥中的裸钢保护电流密度为10~25 mA/m2 [1]。

根据本工程所处的地理位置、介质电阻率、码头结构形式和钢管桩材质、表面状态、涂层种类、涂层厚度以及涂层使用寿命等实际情况，参照有关标准规范和大量的实际工程经验，最终确定钢管桩的保护电流密度并计算出各部位的总保护电流。

3.2 牺牲阳极材料的选择

以往，我国海洋钢结构防腐广泛应用的是普通Al－Zn－In系铝合金牺牲阳极。近年来，随着科学技术的发展和不断的深入研究，采用高纯度原材料研制的Al-Zn-In-Mg-Ti合金牺牲阳极，实际电容量³2600A·h/kg，电流效率³90%，被广泛应用于钢桩码头、海洋平台和跨海大桥等海洋大型钢结构工程的长寿命保护，并获得了良好的防腐效果。普通Al－Zn－In系铝合金牺牲阳极和Al-Zn-In-Mg-Ti合金牺牲阳极电化学性能比较见表2。

由于Al-Zn-In-Mg-Ti合金牺牲阳极的实际电容量比普通铝合金牺牲阳极的实际电容量大，同样保护年限的同一防腐工程约节省材料6%左右，根据福州港罗源湾港区可门作业区码头10＃、11＃泊位工程钢管桩设计采用防腐保护方式及保护年限，考虑工程量大、保护寿命长，为了减少阳极用量和水下焊接安装工程量，节约工程造价，选用Al-Zn-In-Mg-Ti合金牺牲阳极作为本工程的防腐牺牲阳极材料。

3.3牺牲阳极的规格尺寸及用量

牺牲阳极发生电流和阳极有效使用寿命与阳极规格尺寸有着密切关系，因此，牺牲阳极的规格尺寸，应根据实际工程要求每块阳极发生电流的大小和有效保护年限的长短来确定。

根据钢管桩所需保护电流和牺牲阳极设计使用寿命25年，依据JTJ 230－89海港工程钢结构防腐蚀技术规定等相关规范标准中有关公式，经设计计算，确定Φ1300mm的钢管桩采用牺牲阳极规格尺寸为1600×（200+210）×220mm，单块重量为G1＝195 kg/块，发生电流量为If1＝2.93A/块，有效使用寿命为t1 =26.1年；Φ1000mm的钢管桩采用牺牲阳极规格尺寸为1500×（170+200）×180mm，单块重量为G2＝133.7kg/块，发生电流量为If2＝2.67A/块，有效使用寿命为t2 =25.8年。设计选用的牺牲阳极满足工程设计使用要求。

根据码头各部位所有钢管桩所需保护电流和每块牺牲阳极的发生电流量，钢管桩牺牲阳极阴极保护需要195 kg/块的牺牲阳极的数量为568块，需要133.7 kg/块的牺牲阳极的数量为412块。

4 钢管桩电性连接

考虑码头各部位结构的特点，钢管桩潮差区、海水涂层区、海水裸露区和海泥埋没区的长度不同，保护面积、保护电流和所需阳极数量不同，为了排除钢管桩之间因电位分布不均匀而造成的不良影响，达到电位分布均匀，整体得到一致的良好保护效果，在钢管桩桩帽制作前和码头施工建设过程中，分别将各部位中的所有钢管桩用钢筋采用电焊方法进行电焊电性连接，各自形成一个保护整体。电性连接钢筋采用聚乙烯软管套装与结构钢筋绝缘。

5 牺牲阳极的安装

根据钢管桩码头建造特点，钢管桩打桩前不能焊接任何较大构件，以免防碍打桩施工，牺牲阳极只能在完成打桩后采用水下安装施工。本工程用钢管桩材质为Q345B钢，为了避免水下普通湿法焊条（T202）焊接过程中焊缝产生的夹渣、气孔、淬硬和裂纹，根据技术设计，要求牺牲阳极焊接焊缝连续平整，无夹渣，无气孔，避免焊接焊缝产生脆硬和裂纹，确保焊缝质量和25年使用要求，牺牲阳极采用SRE TS 208特殊成份配方的水下专用焊条进行焊接安装。SRE TS 208特殊成份配方的水下专用焊条湿法焊接经过实际工程应用和对焊接焊缝外观质量、磁粉探伤、X光检查、拉伸和弯曲试验，焊接质量性能均达到美国AWS D3.6-93和AWS D1.1-2000所规定的技术要求，强度性能良好。

6 钢管桩阴极保护效果检测

为了全面了解和掌握钢桩在不同期间的保护效果，除了在工程施工过程中对工程质量进行全面有效的控制外，工程交付使用后，必须对钢桩防腐工程的质量进行定期全面检查测量，发现问题及时给予解决，确保钢桩的保护效果。钢管桩牺牲阳极保护效果的好坏可以通过电位测量数值进行直观有效的评定，国内外相关标准规范规定钢的保护电位为-0.85~-1.10V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极），当钢管桩保护电位达到上述规定后，其保护度可达90%以上。

本工程共布置埋设17套保护电位检测装置，以便随时进行电位测量。牺牲阳极安装工程完工后，于2008年7月11日、12日，施工单位与建设、监理单位一同对钢管桩保护电位进行抽查，全部达到-0.85~-1.10V设计保护电位范围（见表3），说明钢管桩得到了均匀良好的保护。

7 结论

福州港罗源湾港区可门作业区码头10＃、11＃泊位工程钢管桩牺牲阳极阴极保护工程经过严谨的技术设计、周密的施工管理和全面的质量控制，通过潜水水下直观检查、水下电视录像及保护电位检测，各项技术指标均达到设计要求，钢管桩处于均匀良好保护状态，被评为优良工程。