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

        2020-05-08 05:50:50鄒志鵬
        四川建材 2020年4期
        關(guān)鍵詞:陰極保護(hù)防腐陽極

        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)該項目的過程中,根據(jù)項目的實(shí)際特點(diǎn)對技術(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(jìn)行保護(hù)。

        該技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢: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,例如驅(qū)動電位較低、保護(hù)范圍較小、施工過程中需要及時補(bǔ)充陽極塊。

        3 犧牲防腐保護(hù)設(shè)計

        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)計保護(hù)電流密度 單位:mA·m-2

        3.2 保護(hù)電位

        金屬沒有處于腐蝕狀態(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,采取有效的檢測方法對鋼管樁的不同區(qū)域進(jìn)行電位檢測,根據(jù)檢測結(jié)果判斷具體的保護(hù)情況。綜合考慮項目的實(shí)際施工環(huán)境以及項目所需要運(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(hù)的時間較長,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 犧牲陽極材料計算

        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(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(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)對施工過程中可能會應(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)格驗收焊接質(zhì)量。

        7)檢測電位。

        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,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(jìn)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(jìn)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(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(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(jìn)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(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,檢測保護(hù)電位的保護(hù)效果,如果測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。

        [ID:009452]

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