薛海峰，蘇紀賢，張震宇

（1.中國電建集團華東勘測設(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）

目前，風(fēng)能作為可再生清潔能源，正逐漸走入人們的視野，海上風(fēng)電項目正受到世界各國的青睞。我國有著豐富的海上風(fēng)能資源，沿海省份也都在積極開展近海風(fēng)電工程［1－2］。海上風(fēng)機由上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)組成，其中出于施工成本以及工期考慮，樁基一般采用大直徑鋼管樁基礎(chǔ)［3－4］。由于鋼管樁處于復(fù)雜的海洋環(huán)境中，受到波浪、海水中化學(xué)離子、海洋生物等影響，容易受到腐蝕作用，導(dǎo)致承載性能受到影響。許多學(xué)者針對鋼管樁的防腐展開研究。目前，海上風(fēng)電工程中的防腐方法主要有涂層防腐［5－6］、陰極保護防腐［7－8］、復(fù)層包覆防腐［9－10］。其中，犧牲陽極的陰極保護法最為常用，但其有著能量消耗大、污染環(huán)境等缺點。且涂層防腐以及陰極保護防腐技術(shù)在在浪花飛濺區(qū)的防腐效果較差，而復(fù)層包覆防腐在該區(qū)域防護效果較好。因此，提出一種海上風(fēng)機基礎(chǔ)復(fù)層包覆防腐施工方法，為后續(xù)類似工程提供一定參照。

1 工程概況

江蘇啟東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，該海上風(fēng)電項目共42臺風(fēng)機，規(guī)劃裝機容量為250 MW。

1.1 水文地質(zhì)

該地區(qū)潮流基本為往復(fù)式。對于往復(fù)式潮流，漲落潮流方向幾乎是相反的，在變向之前，發(fā)生憩流，該場區(qū)潮流主要沿著東南向和西北向往復(fù)流動。冬季潮流可能最大流速在0.67～1.09 m／s之間。可能最大流速最大值為1.09 m／s。測區(qū)夏季潮流可能最大流速在0.91～1.33 m／s之間?？赡茏畲罅魉僮畲笾禐?.33 m／s。冬季大潮期含沙量的變化范圍為0.438～0.486 kg／m3，平均含沙量為0.458 kg／m3；夏季大潮期含沙量的變化范圍為0.192～0.362 kg／m3，平均含沙量為0.262 kg／m3。海底地形變化較為平緩，屬南黃海濱海相沉積地貌單元。場區(qū)內(nèi)地基土表層以粉砂為主。水深為6～13 m之間。

1.2 基礎(chǔ)形式

本工程基礎(chǔ)形式采用無過渡段單樁式基礎(chǔ)，鋼管樁樁徑分為6.5～7.2 m及6.5～7.48 m兩種，壁厚為64～78 mm，單樁最大長度77 m，最大重量約1 000 t，立面圖如圖1所示。

2 犧牲陽極的陰極保護法

目前，海上風(fēng)電工程項目中主要采用犧牲陽極的陰極保護方法來進行設(shè)施防腐。一般采用的犧牲陽極為：Ai－Zn－In－Mg－Ti合金犧牲陽極，其化學(xué)組成和電化學(xué)性能見表1和表2。

表1 陽極材料組成表%

表2 陽極材料性能表

犧牲陽極塊尺寸偏差為長度±2%，寬度±3%，厚度±5%，直線度≤2%；陽極塊單體總重量偏差為0～＋3%，不允許出現(xiàn)負偏差。

但犧牲陽極保護有如下缺點：①犧牲陽極的陰極保護法容易導(dǎo)致陽極材料過早消耗；②由于陽極材料需要焊接在風(fēng)機基礎(chǔ)上，需要支撐結(jié)構(gòu)的強都相對較高；③犧牲陽極的陰極保護法延長施工工期；④由于犧牲陽極中存在一些對環(huán)境造成污染的化學(xué)物質(zhì)，因此在使用期間可能會出現(xiàn)有害化學(xué)物質(zhì)的泄露而導(dǎo)致環(huán)境污染；⑤生產(chǎn)犧牲陽極消耗大量能源。

3 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)由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護罩組成，由內(nèi)向外緊密相連，依次為防蝕膏、防蝕帶、緩沖層以及保護罩，如圖2所示。防蝕膏（見表3）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罩可以能將鋼管樁基礎(chǔ)與海水隔開，來保證防蝕膏和防蝕帶發(fā)揮作用，同時具有耐沖擊性能，能夠抵御機械損傷而破壞鋼結(jié)構(gòu)。

表3 防蝕膏的物理化學(xué)性能和試驗指標

3.1 防腐環(huán)境等級及施工環(huán)境

考慮到風(fēng)電機組基礎(chǔ)暴露于腐蝕環(huán)境的實際情況，根據(jù)國際標準鋼結(jié)構(gòu)防護涂料系統(tǒng)的腐蝕保護（ISO 12944－2）的要求，風(fēng)機基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)表面屬于C5－M或Im2腐蝕性環(huán)境類別。

為了達到最佳防護效果，在表面處理以及涂抹防蝕膏的環(huán)節(jié)中，需要對溫度、相對濕度和露點等環(huán)境因素進行控制。施工時，空氣相對濕度應(yīng)低于85%，底材高于露點溫度3℃。常溫型防腐涂層施工環(huán)境溫度范圍為5℃～40℃；當環(huán)境溫度為－5℃～5℃時，施工必須使用冬用型涂料，施工工藝按涂料供應(yīng)商提供的說明進行。低于－5℃時嚴格禁止防腐涂層施工。

3.2 施工流程

包裹防腐施工流程如下：施工設(shè)計→準備工作（搭建腳手架和吊籃；標記施工部位和范圍；設(shè)計防蝕保護罩起始位置；預(yù)制防蝕保護罩）→表面處理（按照ISO St2的標準除去浮漆浮銹）→焊接固定卡箍和檢測窗螺栓（測量檢測窗部位鋼結(jié)構(gòu)厚度）→涂刷礦脂防蝕膏（均勻涂刷300～500 g／m2）→纏繞礦脂防蝕帶（在涂好防蝕膏的鋼管樁上纏繞防蝕帶2～3層）→現(xiàn)場制作防蝕保護罩（在玻璃鋼內(nèi)側(cè)面粘貼緩沖層；安裝預(yù)制玻璃外殼；插入密封防滲擋板；擰緊固定螺栓）→端部處理（填充水中固化環(huán)氧樹脂）→完工后清理現(xiàn)場。

4 包覆防腐施工工藝

4.1 鋼結(jié)構(gòu)表面處理

鋼結(jié)構(gòu)表面一般凹凸不平，會導(dǎo)致防蝕膏與鋼材表面無法充分接觸，使防護效果變差，因此需要對鋼材進行表面處理，如圖3所示。首先應(yīng)處理掉鋼結(jié)構(gòu)表面的浮銹以及鼓泡；其次，對于潮差區(qū)等容易出現(xiàn)海洋生物附著的區(qū)域需進行海洋生物的處理，使鋼結(jié)構(gòu)表面突出物小于10 mm?？紤]到本項目為新建結(jié)構(gòu)，可根據(jù)表面銹蝕狀況判斷，用鏟刀輕鏟鋼樁的凸起部，不能有浮銹、鼓泡。用檢查鉗敲打鼓泡處，用砂紙、電動鋼刷打磨鋼樁表面，觸摸不拉手，達到ISO St2標準即可。表面水、油污不需要完全清理干凈，焊縫影響不大，特別注意節(jié)點處的除銹質(zhì)量。

4.2 涂抹防蝕膏

涂抹防蝕膏一般有兩種方式，手工直接涂抹或采用刮板進行涂抹，手工涂抹防蝕膏如圖4所示。涂抹時應(yīng)遵循少量多次的原則，每次取防蝕膏時不能取太多，以保證防蝕膏均勻分布在鋼結(jié)構(gòu)的表面。對于鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)空隙的位置，需要用防蝕膏將空隙部分填平。防蝕膏用量一般為300～500 g／m2，鋼結(jié)構(gòu)表面光滑部分用量為300 g／m2，對出現(xiàn)生銹及腐蝕嚴重區(qū)域用量一般增加為400～500 g／m2。

4.3 包覆防蝕帶

涂抹完防蝕膏后，將防蝕帶以螺旋防蝕對鋼管樁進行包覆纏繞，見圖5，在樁基頂部時，需要將防蝕帶完整纏繞一圈。纏繞時必須使防蝕帶拉緊，防止有空氣進入。需要注意的是，在纏繞時應(yīng)當保證55%以上的防蝕帶重疊，且在防蝕帶交接處應(yīng)當保證上一段與下一段有100 mm的寬度重疊。

4.4 安裝防蝕保護罩

通過采用特種優(yōu)質(zhì)的不飽和聚酯樹脂、不同密度的玻璃纖維和柔性材料制作玻璃鋼保護罩基體，這樣玻璃鋼保護罩具有優(yōu)良的韌性和彈性可以抵抗海上漂浮物的沖擊，同時對防護罩的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，通過防護罩成型工藝、緩沖襯里性能的選擇，來提高保護罩整體的抗沖擊性和防水性。

鋼管樁平整部分采用防蝕保護罩，防蝕保護罩一般提前預(yù)制好，在纏繞完防蝕帶后，在現(xiàn)場完成防蝕保護罩的安裝。安裝時，對準螺絲口，位置正確后將螺絲上緊，需要注意的是，在第二天用專用扳手擰緊螺絲，進行二次加固。針對接縫位置采用擋板，安裝前需進行防蝕膏的涂抹，擋板采用防護罩相同的材料制成，能防止防蝕保護罩安裝時防蝕帶受到損傷。

5 結(jié) 語

傳統(tǒng)的海上風(fēng)電防腐措施一般采用犧牲陽極的陰極保護法，但有污染環(huán)境、耗能較高等缺點。為解決海上風(fēng)電大直徑鋼管樁防腐蝕的問題，提出一種海上風(fēng)機單樁基礎(chǔ)復(fù)層礦脂包覆防腐蝕施工技術(shù)。

首先，介紹傳統(tǒng)的犧牲陽極的陰極保護法中陽極組成以及該方法存在的陽極材料過早消耗、耗能大、工期長、污染環(huán)境等缺點。

其次，提出了包覆防腐技術(shù)所需滿足相應(yīng)的施工環(huán)境，并提出了包覆防腐的施工流程。

最后，提出了鋼結(jié)構(gòu)表面處理、涂抹防蝕膏、包覆防蝕帶、安裝防蝕保護罩等四項關(guān)鍵施工技術(shù)。