丹東港通用1號~3號泊位工程鋼管樁犧牲陽極陰極保護

秦鐵男，馬化雄，陳韜，楊太年，唐聰

（中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

丹東港大東港區通用1號~3號泊位位于東溝一號港池內，與鴨綠江入海口相鄰，采用“棧橋式”布置，全長785 m，寬50 m，共有4座引橋。碼頭近期設計為5萬噸級，前沿水深為-13.6 m，遠期設計為10萬噸級，前沿挖泥至-15.5 m。所處海域極端高水位8.40 m，極端低水位-1.20 m，設計高水位6.66 m，設計低水位0.49 m。

碼頭由1 064根φ1 200 mm的鋼管樁支撐，四座引橋由70根φ1 000 mm的鋼管樁支撐。鋼管樁采用Q345B型鋼材，防腐設計采用犧牲陽極陰極保護加防腐涂層聯合保護的方案，保護年限為30 a。鋼樁樁頂以下8 m范圍采用環氧重防腐涂料進行保護。由于通用泊位緊鄰鴨綠江入海口，海水鹽度、pH值略低于正常海水，雨季海水電導率約為35Ω·m，具有一定的淡海水特征，腐蝕條件較為復雜。

2 鋼管樁陰極保護設計

2.1 保護電流密度

本工程根據規范GJB 156A—2008《港工設施犧牲陽極保護設計和安裝》[1]中規定的碼頭鋼樁在不同腐蝕區域的保護電流密度要求選取保護電流密度，如表1所示。

根據丹東港大東港區通用泊位的所處環境條件及作業狀況，選定潮差區鋼管樁的保護電流密度為25 mA/m2，海水全浸區的涂料段的鋼管樁保護電流密度為25 mA/m2，海水全浸區的鋼管樁裸露段的保護電流密度為100 mA/m2，海泥區鋼管樁的保護電流密度為20 mA/m2。

表1 港工設施保護電流密度范圍Table 1 Protection current density range of port facilities

2.2 保護電位

本陰極保護工程設計的保護電位根據國家軍用標準[1]確定，如表2所示，參比電極技術條件參照GB/T 7387的規定。

表2 犧牲陽極陰極保護的保護電位范圍Table 2 Protective potential range of the cathodic protection with sacrificial anode

2.3 保護面積和保護電流

根據碼頭設計圖紙及相關資料，對碼頭鋼管樁潮差區和海水涂層區、海水裸露區和海泥埋沒區保護面積進行詳細計算。計算所得鋼管樁保護面積如表3所示。

表3 丹東港大東港區東溝一港池通用泊位鋼管樁保護面積Table 3 Steel pile protection area of the universal berths of No.1 Donggou basin of Dadong port area in Dandong Port

由選取的保護電流密度以及計算出的保護面積，算出碼頭及各引橋不同腐蝕區域所需的保護電流，如表4所示。

2.4 犧牲陽極的材料、規格、用量與布置

考慮到丹東港大東港區東溝一港池通用泊位鋼管樁犧牲陽極陰極保護工程陽極用量大、保護壽命長的特點，為了減少陽極用量和水下焊接安裝工程量，節約工程造價，本工程設計選用電容量大、電流效率高的Al-Zn-In-Mg-Ti合金犧牲陽極作為防腐犧牲陽極材料。

表4 丹東港大東港區東溝一港池通用泊位鋼管樁保護電流Table 4 Steel pile protective current of the universal berths of No.1 Donggou basin of Dadong port area in Dandong Port

犧牲陽極的規格尺寸決定了犧牲陽極接水電阻和發生電流的大小，而陽極的發生電流又決定了陽極的用量和有效使用壽命。因此，選擇合適的犧牲陽極尺寸和形狀，不僅能夠合理設計陽極用量，還能夠有效地延長保護年限。在實際設計計算過程中，應根據工程保護年限的要求，以最經濟合理的用量為標準，確定犧牲陽極的形狀和尺寸。

根據丹東港通用泊位碼頭及引橋鋼管樁所需的保護電流和30 a的犧牲陽極設計使用壽命，通過設計計算確定碼頭與引橋所用相同規格的犧牲陽極，尺寸為 1 000 mm×（240+200）mm×220 mm，凈重為129.3 kg/塊，毛重為141 kg/塊。其中，碼頭理論需要該規格犧牲陽極2 026塊，引橋理論需要74塊。但為了滿足鋼管樁所需保護電流，使犧牲陽極發生電流和保護電位分布均勻，綜合考慮水流流速、泥面標高及海泥回淤等因素，對碼頭承臺前沿每根鋼管樁增加一塊陽極（共102塊），碼頭承臺共計2 128塊；每個引橋增加一塊陽極（共4塊），引橋共計74塊；備用1塊，陽極總用量為2 203塊。

按照實際犧牲陽極的使用量，經核算，碼頭承臺及各引橋鋼管樁陰極保護體系的保護年限均大于30 a，滿足設計要求。

在實際安裝過程中，陽極應盡量均勻布置，使鋼樁的保護電流分布均勻，從而使其得到應有的保護。按照電流分布的需要和控制腐蝕峰值，陽極安裝時，應滿足犧牲陽極的安裝頂高程與設計低水位的距離不小于1.2 m，犧牲陽極的安裝底高程與泥面的距離不小于1.0 m。

2.5 犧牲陽極編號

由于犧牲陽極的水下焊接屬于典型的隱蔽工程，陽極焊接數量及焊接質量的檢驗是整個陰極保護系統施工質量的關鍵環節，也是業主及監理單位關注的重點。為了對犧牲陽極的水下焊接質量及焊接數量進行有效控制，本工程采用犧牲陽極編號和水下錄像檢測相結合的質量控制方法。設計要求犧牲陽極在出廠前，需對其進行編號，編號規則應具有唯一性，陽極編號自身應不可更改、不可替換，而且在陽極水下焊接后陽極編號應具有一定的耐久性，保證其在施工竣工驗收前清晰可見。陽極安裝施工期，施工單位應逐一記錄樁號及其陽極編號，該編號記錄應作為竣工驗收中水下錄像抽檢的主要依據而交由監理單位保存。

3 鋼管樁陰極保護施工

3.1 鋼管樁的電連接

考慮到鋼管樁碼頭及引橋的結構特征，潮差區、海水全浸區和海泥區所需保護電流各不相同，以及引橋部分鋼管樁由于泥面過高而無法合理安裝犧牲陽極等諸多因素，所導致的鋼管樁之間的電位分布不均勻。要求在鋼管樁樁帽澆筑前和碼頭面層澆筑過程中，將碼頭所有鋼管樁進行電連接，以形成一個陰極保護的整體，消除電位不均勻分布所導致的不良影響。電連接采用鋼筋搭接電焊的方式實現，搭接長度大于100 mm，確保系統整體具有良好的通電連續性，連接電阻不應大于 0.01 Ω[2]。

在碼頭建設完工后，對那些臨時與鋼管樁相連的金屬結構應及時拆除，不能拆除的應事先作好絕緣措施，否則這些結構將吸收陰極保護電流，影響鋼管樁的保護效果。另外，在建設過程中，電焊時應注意避免產生雜散電流對鋼管樁和犧牲陽極的加快腐蝕作用。

3.2 犧牲陽極的安裝及質量控制

犧牲陽極的安裝采用水下濕法焊接工藝。每塊陽極2個焊腳、4條焊縫要求全部滿焊，要求每條焊縫有效長度大于80 mm，焊縫高度大于5 mm，焊縫基本連續，寬度均勻，平整，無虛焊，焊接牢固可靠。在每批次陽極的安裝過程和全部陽極焊接完畢后，分別對陽極焊接質量進行水下錄像檢查，抽檢的數量為陽極總量的5%~10%。水下錄像抽檢結果還應清晰反映出鋼樁所焊接犧牲陽極的編號，且該結果應符合施工期記錄的樁號與陽極編號的對應關系。

4 鋼管樁保護電位檢測

保護電位是評價陰極保護效果以及鋼管樁被保護狀態的重要參數[3]。在陰極保護施工結束后，應對碼頭被保護鋼結構進行全面的保護電位檢測。保護電位檢測方法及儀器要求參照規范JTS153-3—2007。該工程犧牲陽極施工完畢后，按規范要求的抽檢數量對鋼管樁保護電位進行了檢測，檢測結果表明，碼頭及引橋各個結構的陰極保護電位均滿足規范要求。

5 結語

本工程在丹東港集團的支持和配合下，全部的犧牲陽極水下焊接工作圓滿完成，所有抽檢項目達到規范和設計的要求，整個陰極保護系統運行正常，碼頭鋼管樁得到了有效保護。

值得一提的是本工程采用對犧牲陽極塊編號和水下錄像檢測相結合的質量控制方法，且犧牲陽極編號具有唯一性、不可更改性以及良好的耐久性，得到了業主及監理單位的一致好評。一直以來，一方面由于潛水隊伍施工水平和整體素質的參差不齊以及施工單位對于質量控制的要求不高、責任不強等諸多原因，犧牲陽極水下焊接的質量控制一直因缺少有效方法而淪于形式；另一方面由于陽極形狀完全相同，陽極的焊接位置又位于水下，以往單一地采用水下錄像檢測的方法難以證明被檢犧牲陽極的唯一性，也無法證明所安裝的陽極與鋼樁唯一的對應關系，因此，所得檢測結果往往令設計和監理方存有疑慮。對犧牲陽極進行唯一性編號的質量控制方法可有效解決上述問題，加強隱蔽工程質量管理，可供同類工程借鑒參考。

[1]GJB 156A—2008，港工設施犧牲陽極保護設計和安裝[S].GJB 156A—2008，Design and installation of sacrificial anode systemfor engineeringstructuresin harbor[S].

[2]JTS153-3—2007，海港工程鋼結構防腐蝕技術規范[S].JTS 153-3—2007，Technical specification for corrosion protection of steel structuresfor seaport construction[S].

[3] 李云飛，唐聰，陳韜.鋼管樁陰極保護與Denso防腐蝕技術聯合保護[J].中國港灣建設，2011（2）：8-9.LI Yun-fei，TANG Cong，CHEN Tao.Combination of cathodic protection with Denso anti-corrosion technique for steel pipe piles[J].China Harbour Engineering，2011（2）：8-9.

[4] 侯保榮，楊小剛，賈淑香.海洋浪濺區鋼結構腐蝕與復層包覆防護實踐[J].中國港灣建設，2012（2）：1-3.HOU Bao-rong，YANG Xiao-gang，JIA Shu-xiang.Practice of corrosion protection and multi-layer covering technology for steel structure in splash zone[J].China Harbour Engineering，2012（2）：1-3.