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)
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,具體來說,就是在碼頭鋼管的外層涂抹一層防護層。對于埋入海水后進入到土層部分的鋼管,必須根據(jù)實際情況采取雙重防護措施,或者應(yīng)用陰極保護對其進行適當?shù)奶幚韀1]。經(jīng)過研究可知,陰極保護措施的應(yīng)用可以有效避免鋼管樁受到海水的侵害。
本文實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)該項目的過程中,根據(jù)項目的實際特點對技術(shù)進行了創(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)計和施工的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。
犧牲陽極陰極保護技術(shù)的原理為:負電位的金屬會不斷地發(fā)生腐蝕溶解,繼而產(chǎn)生電流,依靠該電流對鋼管樁進行保護。
該技術(shù)具有以下幾點優(yōu)勢:犧牲陽極安裝起來較為便捷,保護效果較好,首次安裝費用較低,后續(xù)的運營通常不需要較高的維護費用;保護電流的利用率較高,不會有過保護的作用產(chǎn)生。但是該技術(shù)也具有一定的劣勢,例如驅(qū)動電位較低、保護范圍較小、施工過程中需要及時補充陽極塊。
保護電流密度的大小可以直接反應(yīng)整個陰極保護的效果,具體指的是在任意保護電位區(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電流密度參數(shù),見表1。
表1 設(shè)計保護電流密度 單位:mA·m-2
金屬沒有處于腐蝕狀態(tài)下的陰極保護所處的電位值即稱為保護電位。一般來說,需要觀察保護點位置判斷陰極保護狀態(tài)是否達到相應(yīng)的要求,采取有效的檢測方法對鋼管樁的不同區(qū)域進行電位檢測,根據(jù)檢測結(jié)果判斷具體的保護情況。綜合考慮項目的實際施工環(huán)境以及項目所需要運用的鋼管樁材質(zhì),最終將-0.85~-1.05 V區(qū)間作為鋼管樁的保護定位。
在所有的陽極中,犧牲陽極性能較為突出的是高效鋁合金,因為其具有更大的電容量,電位更加穩(wěn)定,體積和重量相對較小,另外使用成本較低,使用壽命長。因為本文涉及項目工程量較大,而且需要保護的時間較長,所以,應(yīng)用高效鋁合金進行作業(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
犧牲陽極數(shù)量計算如式(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為保護電流的密度,mA/m2;Si為港工設(shè)備進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)用該計算公式可以得出碼頭區(qū)域需要的陽極塊數(shù)為970塊。
陽極的安裝需要分上、中、下三塊進行,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。因為碼頭位置較為特殊,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。為了實現(xiàn)加強犧牲陽極的保護效果的目的,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整體。
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)對施工過程中可能會應(yīng)用到的所有機械設(shè)備進行全面、細致的檢查,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)對焊接的位置進行徹底的清理和除銹。
6)采用合理的方法進行焊接,完成焊接后,嚴格驗收焊接質(zhì)量。
7)檢測電位。
在開展水下焊接工作之前,必須對樣塊進行全面的檢查,保證其外觀符合相關(guān)標準,另外為了保證焊腳的精度達到標準,應(yīng)仔細觀察焊腳,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,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,對焊腿之間的距離進行檢測,保證焊腿之間的距離≤2 mm,如果超過了這個距離范圍,必須采取有效的方法給予矯正。在進行水下焊接施工的時候,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,進一步保證水下焊接的質(zhì)量。
在開展陽板下水作業(yè)的過程中,往往會涉及到陽板的應(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到相應(yīng)的標準,才能繼續(xù)開展陽板的安裝。如果樣板已經(jīng)運達指定的焊接區(qū)域,應(yīng)固定好陽板,并且檢查陽極位置,確保其在相關(guān)標準要求以內(nèi),另外,施工人員還需要注意,應(yīng)嚴格控制焊腳和鋼管樁之間的距離>3 mm。
如果陽板的水下固定工作已經(jīng)完成,需要檢查陽板位置,如果陽板位置和標準位置不相符,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)的標準,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移至焊接位置。如果已經(jīng)開始滅弧,不能移動焊條,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),需要對水下焊接的效果進行檢查,保證無焊縫,另外,控制焊接的長度要>80 mm,高度保持在7 mm。如果焊接的情況和實際要求不相符,應(yīng)該立即重新開展焊接施工。防腐施工完成后,檢測保護電位的保護效果,如果測試效果和方案效果相同,那么證明保護效果較好。
本文涉及項目的鋼管樁的犧牲陽極布置較為合理,保護范圍較為全面,另外,鋼管樁的電位設(shè)計符合具體的要求,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系統(tǒng)應(yīng)用的過程中,對于陽極塊以及保護電位,需要定期進行檢查,另外,應(yīng)重視陰極保護系統(tǒng)的后期維護工作的開展。
[ID:009452]