杭州灣大橋下部結構腐蝕控制方案及其檢測、維護技術

肖　龍任 敏（．寧波市杭州灣大橋發展有限公司，浙江 寧波 35000；．上海申航基礎工程有限公司，上海 00000）

杭州灣大橋下部結構腐蝕控制方案及其檢測、維護技術

肖龍1任 敏2
（1．寧波市杭州灣大橋發展有限公司，浙江 寧波 315000；2．上海申航基礎工程有限公司，上海 200000）

本文介紹了國內海域腐蝕環境及國內港工結構目前主要采用的腐蝕控制技術。以杭州灣大橋為例，介紹了該項目下部結構聯合采用的腐蝕控制措施、防腐蝕檢測方案、腐蝕控制措施劣化評估分級及其處理要求等。最后，對大橋下部結構采用的腐蝕控制措施進行了整體評估，并對其后續維護提出了建議。

腐蝕環境；杭州灣大橋；腐蝕控制；檢測；劣化評估

1 國內海域腐蝕環境介紹

1.1 杭州灣海域腐蝕環境介紹

杭州灣位于我國沿海中段，東側為舟山群島，為我國最大的河口灣，呈喇叭形，東西縱長約100km，灣口處寬約100km，灣頂處寬約20km。作為世界三大強海潮之一，該海域平均潮差達4.52km，區域內碼頭和港區附近無掩護，水域寬廣，風大﹑浪高﹑流急，潮差大，水文條件復雜，腐蝕環境惡劣。根據2008年實施的交通行業標準JT/T722-2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》中對腐蝕環境的劃分，杭州灣跨海大橋所處的大氣環境已達到標準中的C5-M級，屬于腐蝕性很高的海洋大氣環境。

建成后的杭州灣跨海大橋跨越該強潮海水水域，北起杭州灣北岸的鄭家埭，起點樁號K1380+000，經乍浦港以西約6km的鄭家埭村入海，跨越杭州灣北航道和南副航道，經南岸灘涂，上跨慈溪正在圍筑的十塘海堤后，繼續向南經九塘﹑八塘后到達本工程的終點水路灣，終點樁號K1416+000，橋梁全長約36km。

1.2 國內其它海域腐蝕環境介紹

以東海大橋為例，該橋地屬杭州灣海域，常年氣溫較高，濕度大，季候風強烈，海水含鹽量高。由于該處靠近出海口，漲落潮流急，干濕變化明顯以及海洋大氣的腐蝕對鋼結構和混凝土結構有極強的腐蝕破壞，極大影響整體結構使用情況。

建設中的上海國際航運中心洋山港碼頭，是世界最大的海島型深水人工港，碼頭地處錢塘江下游入海口，水流急﹑風高浪涌，含沙量較高，能見度較差。從水下拍攝的犧牲陽極正表面圖像可見光亮的陽極表面基本無微生物附著，表明犧牲陽極受泥砂沖刷嚴重，該水文特點同時影響涂層等防腐蝕措施。

此外，根據我們對國內某海域液體化工碼頭﹑海上石油平臺導管架結構等的跟蹤了解，均發現海洋環境下的此類結構在運行4-5年后即開始出現大面積的涂層脫落和海生物附著﹑點蝕坑聚集等不利情況 ，最大腐蝕坑深度達4mm以上，嚴重的威脅著碼頭的安全運行與長期使用。

基于我國沿海港口﹑碼頭﹑跨海大橋等海工構筑物普遍存在混凝土﹑鋼筋﹑鋼管樁等數量巨大﹑海水腐蝕環境惡劣﹑影響結構安全運行等現狀。為確保設計使用壽命，設計階段就應當強化腐蝕控制的理念，將各種腐蝕控制手段有機結合起來；在施工過程﹑后續檢測及維護等方面，也應環環緊扣，及時發現問題﹑解決問題。這種設計﹑施工﹑檢測﹑維護相互銜接的做法行之有效，不僅可節約結構的腐蝕控制措施投資，還可為建設項目增值。

2 國內海港工程常用腐蝕控制技術

2.1 國內海港工程鋼結構常用腐蝕控制技術

2.1.1 鋼結構腐蝕控制的基本措施

（1）優選鋼材

（2）預留腐蝕裕量

2.1.2 鋼結構腐蝕控制的附加措施

（1）防腐涂層涂裝

（2）玻璃纖維復合包覆

（3）犧牲陽極或外加電流陰極保護

2.2 國內海港工程鋼筋混凝土結構常用腐蝕控制技術

2.2.1 鋼筋混凝土結構腐蝕控制的基本措施

（1）選用高性能海工混凝土

（2）增加混凝土保護層厚度

（3）采用特種鋼筋，如環氧涂層鋼筋﹑耐蝕鋼筋﹑不銹鋼鋼筋﹑鍍鋅鋼筋等。

（4）混凝土中摻用阻銹劑

2.2.2 鋼筋混凝土結構腐蝕控制的附加措施

（1）防腐涂層或有機硅烷滲透劑

（2）玻璃纖維復合包覆

（3）混凝土中的鋼筋使用外加電流陰極保護

3 杭州灣大橋下部結構主要腐蝕控制方案

作為當時世界上最長的跨海大橋，針對杭州灣海域腐蝕環境惡劣的情況，大橋建設者們結合海港工程常用腐蝕控制技術，聯合采用了多項相關技術，以有效確保工程100年使用壽命。具體如下：

3.1 杭州灣大橋下部鋼結構主要腐蝕控制方案

杭州灣大橋下部結構的鋼結構主要為鋼管樁，樁徑分別為1.5m﹑1.6m，樁長71m-89m。為確保全部超長﹑超大鋼管樁的設計使用年限，設計之初即對所有鋼管樁采用了腐蝕余量設計+防腐涂裝+犧牲陽極的聯合防腐蝕保護方式，其主要腐蝕控制方案如下：

3.1.1 預留鋼板腐蝕裕量

全橋鋼管樁均采用Q345c材質鋼，鋼管樁上端厚度為22mm，下端厚度為20mm。

3.1.2 鋼管樁防腐涂裝

（1）中引橋﹑南引橋鋼管樁涂裝方案

中引橋﹑南引橋特點為樁身受沖刷作用大，因此，樁身表面采用的熔融環氧粉末防腐涂層設計方案為：

泥下區采用普通型單層，涂層厚度≥300μm；

水下區采用普通型雙層，涂層厚度≥600μm；

水位變動區采用加強型雙層，涂層厚度800μm-1000μm。

（2）北航道橋南側高墩區引橋﹑南航道橋高墩區引橋鋼管樁涂裝方案

北航道橋南側高墩區引橋及南航道橋高墩區引橋的特點為受波浪載荷大，其樁身表面采用的熔融環氧粉末防腐涂層設計方案為：

樁頂以下0m-0.8m范圍內為裸樁；

樁頂以下0.8m-9.0m范圍內采用加強型雙層，涂層厚度≥800μm；

樁頂以下9.0m-43.0m范圍內采用普通型雙層，涂層厚度≥600μm；

樁頂以下43.0m以下范圍內采用普通型單層，涂層厚度≥300μm。

3.1.3 鋼管樁犧牲陽極陰極保護

大橋鋼管樁同時還采用了犧牲陽極陰極保護技術，犧牲陽極組與鋼管樁短路連接后，對鋼管樁進行保護。

表1各項腐蝕控制措施聯合使用，可將大橋鋼管樁整體防腐蝕年限延長至50年。50年設計使用期滿后，可通過更換犧牲陽極的方式，繼續延長鋼管樁的使用壽命至100年。

3.2 杭州灣大橋下部鋼筋混凝土結構主要腐蝕控制方案

杭州灣大橋下部結構的鋼筋混凝土構件主要指橋墩（含下部濕接頭，下同）﹑承臺﹑鉆孔灌注樁等。其主要腐蝕控制方案如下：

3.2.1 海工高性能混凝土及增加保護層厚度

基于耐久性考慮，杭州灣大橋從材質本身出發，其基本措施是采用高性能混凝土，同時，下部結構的混凝土保護層厚度設計值均≥50mm，海中區承臺及鉆孔灌注樁更達到90mm，以提高混凝土密實度及抗滲透性能。此外，橋墩濕接頭﹑承臺等結構還在完工后即進行了硅烷浸漬處理。

3.2.2 防腐蝕涂料

大橋混凝橋墩﹑承臺﹑索塔施工完畢后，即進行表面防腐蝕涂裝施工，其涂層防腐蝕體系設計使用年限為20年，防腐涂裝面積共計約90萬m2。涂層配套系統見表2。

3.2.3 其它防腐蝕措施

作為百年大橋的重要組成部分，該橋下部結構鋼筋混凝土構件還采用了其它防腐蝕控制措施，具體如下：

橋墩（浪濺區區域）：環氧涂層鋼筋，配合阻銹劑使用。

現澆濕接頭：環氧涂層鋼筋，配合阻銹劑使用。

南﹑北航道橋索塔（+10.2m高程以下）﹑承臺：鋼筋混凝土結構中的鋼筋使用外加電流陰極保護技術。

表1杭州灣大橋主橋結構水下鋼管樁樁及其犧牲陽極組規格數量匯總表

4 杭州灣大橋下部結構防腐蝕檢測方案

自大橋2003年11月14日開工打下第一根樁至今已超過10年。為確保大橋的運行安全，需定期對其進行全面的檢查與檢測。參考JTJ302-2006《港口水工建筑物檢測與評估技術規范》，考慮到杭州灣大橋百年大橋目前只運行6年的實際情況，將下部結構的防腐蝕檢測內容界定如下：

4.1 杭州灣大橋下部鋼結構防腐蝕檢測方案

4.1.1 鋼管樁水上可見區域的涂層外觀及厚度

本項主要檢查海中區包括主橋和海中平臺的鋼管樁水上可見區域（即設計低水位至承臺底標高區域）涂層外觀情況，檢查涂層是否存在粉化﹑變色﹑裂紋﹑起泡﹑和脫落等缺陷，測讀涂層厚度值等。

表2 橋墩、承臺、索塔涂層系統配套

4.1.2 鋼管樁犧牲陽極陰極保護系統保護效果

本項主要檢查鋼管樁犧牲陽極保護電位。

應當引起注意的是，若檢測到的保護電位有大片區域無法達到設計保護要求，建議應對該處犧牲陽極塊剩余外觀尺寸﹑被保護鋼管樁的壁厚作進一步檢查。

4.2杭州灣大橋下部鋼筋混凝土結構防腐蝕檢測方案

4.2.1鋼筋混凝土結構（橋墩﹑承臺）的涂層外觀﹑厚度

本項主要檢查混凝土涂層是否存在裂紋﹑起泡﹑變色﹑粉化和脫落等現象，測讀涂層厚度值等。

4.2.2 鋼筋混凝土結構（橋墩﹑承臺）的結構外觀

本項主要檢查結構表面的裂縫情況﹑混凝土剝落等情況。

4.2.3 鋼筋混凝土結構（橋墩﹑承臺）的構件專項檢測

本項主要檢查下部結構鋼筋混凝土構件的混凝土結構抗壓強度﹑氯離子含量﹑碳化深度等三項指標。

4.3 杭州灣大橋下部結構腐蝕控制措施劣化評估分級及處理要求

評估及維護建議主要根據JTJ302-2006《港口水工建筑物檢測與評估技術規范》等相關規范執行。

對于缺陷的修補處理，按照有關規范﹑標準的規定執行。

5 意見及建議

大橋建成后的跟蹤監測結果表明：杭州灣大橋腐蝕控制方案合理可行﹑起到了良好的保護效果，主要構件均處于良好保護狀態。但是，由于大橋所處水域環境惡劣，且受泥沙及水流沖刷嚴重，檢查過程中也發現構件局部需要根據現場情況進行維護處理，以期對結構后續安全使用起到有力保障。

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