海上風電單樁基礎外加電流聯合復層包覆防腐施工技術

沙欣宇，范肖鋒，張震宇

(1. 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2. 浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122)

當前，海上風電工程往往采用造價便宜、施工簡單的大直徑鋼管樁作為風機基礎[1-2]。海洋環境中有氯離子、氧氣、紫外線、海洋生物等，容易造成鋼管樁的表層受到腐蝕，從而影響其承載特性[3-4]。為了有效的防止鋼管樁受到腐蝕，許多學者開展了防腐研究。目前，海上風電工程最為常用的防腐方法主要有涂層防腐[5]、陰極保護防腐[6-7]、復層包覆防腐[8-9]。

陰極保護防腐中的外加電流法中，外加電流設備分布較分散，套籠安裝及風機安裝均有部分構件，安裝工作面較多，協調過程較困難，且海洋環境較為復雜。因此，對海上風電大直徑鋼管樁防腐施工技術還有待進一步的研究。結合江蘇啟東某海上風機大直徑單樁基礎建設項目，對單樁基礎外加電流聯合復層包覆防腐施工技術進行研究，對后續類似工程施工建設具有參考意義。

1 工程概況

江蘇華威啟東H1號海上風電場項目位于江蘇啟東近海海域，場區中心離岸距離約32 km，海底地形變化較為平緩，水深在6～13 m之間。場區形狀呈矩形，南北長約8 km，東西寬約5 km，規劃海域面積40 km2，規劃裝機容量250 MW，共10個回路、42臺風機。

2 復層包覆防腐

2.1 復層礦脂包覆防腐蝕技術

復層礦脂包覆防腐技術由四層緊密相連的保護層組成，分別為礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護罩。防蝕膏及防蝕帶可帶水施工，并因其有著優良的緩蝕成分從而能夠有效的阻止腐蝕性介質對鋼結構的侵蝕。密封緩沖層和防蝕保護罩則能將鋼管樁基礎與海水隔開，同時具有耐沖擊性能，起到抵御機械損傷破壞鋼結構的作用。

2.2 包覆防腐施工流程

鋼管樁包覆防腐施工流程主要包含準備工作、鋼結構表面處理、支撐卡箍位置確定、涂抹防蝕膏、包覆防蝕帶、安裝防蝕保護罩和端部和縫隙密封等7個步驟，如圖1所示。

圖1 鋼管樁包覆防腐施工流程圖

3 外加電流系統布置

3.1 輔助陽極構件

輔助陽極組件由陽極、陽極PVC-U固定管件、玻璃鋼陽極支架帶法蘭組成。輔助陽極由1根鈦合金(涂有MMO涂層)環氧樹脂澆筑在PVC-U管件內部。將其固定在玻璃鋼支架及法蘭。長效參比電極組件由高純度鋅塊、PVC-U法蘭盤、玻璃鋼法蘭支架組成。長效參比電極由一塊高純度鋅塊、電極導電桿緊固、環氧樹脂澆筑在PVC-U法蘭，將其固定在玻璃鋼法蘭。

3.2 陰極保護系統直流電源布置

針對海上風電主要采用恒電位儀，安裝布置于底塔內部，采用地腳螺栓固定(恒電位儀組成見表1)。恒電位儀安裝在塔筒平臺第三層電源控制箱底板上，共有2臺恒電位儀一大一小，以39號風力發電樁為例，1臺20 V 100 A，另外1臺20 V 25 A。背靠背方式固定。安裝位置見圖2。

圖2 恒電位儀安裝位置圖

3.3 陰極保護系統輔助陽極及參比電極布置

內壁輔助陽極及參比電極采用懸掛式安裝方式陰極保護部件(內壁系統組成見表2)，電纜通過吊裝繩連接到內平臺的恒電位儀。吊裝位置根據最低水位設置，保證設備低于最低水位，具體安裝位置見圖3。

表2 內壁系統組成表

外壁輔助陽極及參比電極通過風電樁外壁預制法蘭接口(外壁系統組成見表3)，采用緊固件固定陰極保護部件，部件電纜通過電纜護管連接到內平臺的恒電位儀。預制法蘭接口可通過單獨穿線管設置，也可采用已有鋼管結構設置。安裝標高為-5 m左右，初步安裝布置見圖4。

圖3 內壁陰極保護吊裝結構安裝布置圖

表3 外壁系統組成表

圖4 外壁陰極保護結構安裝布置圖

4 外加電流系統施工方法

4.1 陸上預制場安裝工程

每個電極安裝法蘭配置1個橡膠點墊片，將墊片和螺桿由套籠法蘭連接玻璃鋼法蘭再放置墊片、彈墊、螺母，并緊固。采用交叉順序擰緊螺母。使用3輪將螺母完全擰緊到所需扭矩175 N·m。穿引電極電纜線檢查線纜是否有破損，破損電纜禁止穿線，避免使用不良后果發生。穿引電纜線完畢后在每根線纜匯合處使用316不銹鋼軋帶扎緊，在使用密封膠泥或海水密封結構膠封死套籠電極電纜線走線管，防止海水進入。將多余線纜盤成卷狀固定在套籠平臺，套籠起運海上安裝前將電極纏繞膜包裝拆除干凈，避免電極和海水絕緣不能使用。

套籠周邊需要按照要求布置配套6片DN150的法蘭，法蘭面保持平整度良好及無油污雜物，以便安裝后保持良好的密封性。每片法蘭孔至套籠平臺處穿線孔都需要預留1根2 mm的鋼絲繩，便于后續電纜穿線使用。現場安裝輔助陽極及參比電極時，需要套籠制作單位配合搭設相應的安裝平臺。

輔助陽極及參比電極安裝時，電纜從法蘭中間穿過，通過預留鋼絲繩的牽引引致套籠平臺處。引出至套籠平臺部分的電纜應盤好固定在平臺護欄處，并采用保護袋保護。安裝輔助陽極及參比電極時，應確保法蘭面光滑平整，如果存在異物，應對法蘭面進行清理。安裝時，將橡膠密封墊放在2片法蘭的中間，2片通過8條M20的螺栓進行固定連接，緊固時采用扭矩扳手，保證密封性良好。

4.2 海上安裝施工

1)內部輔助陽極、參比電極安裝。將預制好的內部陰極保護系統輔助陽極、參比電極及懸掛裝置安裝在預留懸掛處，并將電纜從多孔格蘭中引入樁體內，并對密封艙蓋及多孔格蘭進行密封處理。

2)外部陰極保護系統走線。將外部輔助陽極尾隨電纜、參比電極尾隨電纜通過預留孔進入塔筒，預留孔處采用多孔格蘭進行密封處理。

3)內部陰極保護系統走線。所有輔助陽極、參比電極的尾隨電纜沿塔筒內部線纜橋架布放恒電位儀安裝位置。

5 結 語

海上風電大直徑鋼管樁基礎防腐施工中，常常存在著外加電流設備分布較分散，套籠安裝及風機安裝等安裝工作面較多的問題，因此提出一種海上風機單樁基礎外加電流聯合復層包覆防腐施工方法。

首先，復層包覆防腐技術由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護罩四層緊密相連的保護層組成。施工流程主要包含準備工作、鋼結構表面處理、支撐卡箍位置確定、涂抹防蝕膏、包覆防蝕帶、安裝防蝕保護罩以及端部和縫隙密封等7個步驟。

其次輔助陽極組件由陽極、陽極PVC-U固定管件、玻璃鋼陽極支架帶法蘭組成。陰極保護系統中的直流電源主要采用恒電位儀，輔助陽極及參比電極采用懸掛式安裝方式。

再者，輔助陽極及參比電極需在陸上進行預制安裝，且套籠周邊需要按照要求布置配套6片DN150的法蘭，法蘭面保持平整度良好及無油污雜物，以便安裝后保持良好的密封性。

最后，在海上進行內部輔助陽極和參比電極安裝、外部陰極保護系統走線和內部陰極保護系統走線的安裝。