钢管桩阴极保护工艺分析

王世军

摘 要：结合金塘大桥试桩工程实例，介绍牺牲阳极阴极保护，阳极组安装工艺和质量控制措施。

关键词：牺牲阳极阴极保护；阳极组安装；质量措施

阴极保护是一种用于防止金属在电介质中腐蚀的电化学保护技术，基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程得到有效抑制。牺牲阳极是阴极保护的一种。阴极保护可有效地防止涂层破损处产生的腐蚀，延长涂层使用寿命。

1 工程概况

金塘大桥是舟山大陆连岛工程中第五座特大桥，跨海长度18.4km。所处的灰鳖洋海域泥砂含量多，水质浑浊，水下能见度几乎是零。金塘大桥试桩工程进行阴极保护的6个墩台，共计90根钢管桩。6个墩台号分别为：墩号E52（编号GT1、里程桩号K37+445、水下泥面标高-9.86m）、墩号E92（编号GT2、里程桩号K39+845、水下泥面标高-8.38m）、墩号E132（编号GT3、里程桩号K42+245、水下泥面标高-9.74m）、墩号G16（编号GT4、里程桩号K44+555、水下泥面标高-4.78m）、墩号G44（编号GT5、里程桩号K46+235、水下泥面标高-5.28m）、墩号C18（编号GT6、里程桩号K31+435、水下泥面标高-5.95m）。由于6个墩台作为全面施工的优先墩，相邻墩台距离大于2Km，阴极保护工作无法进行连续作业。对阴极保护阳极组的安装施工提出了很高的要求。

2 阴极保护施工前的准备工作

金塘大桥试桩共需要生产制作144块阳极，合计约11吨，预制和水下安装阳极36组，合计约为18吨。

2.1 阳极材料的质量控制

（1）阳极材料化学成分、电化学性能、牺牲阳极与馈电角钢间的接触电阻按照“GB/T4948-2002铝-锌-镉系合金牺牲阳极”的规定执行。（2）牺牲阳极材料原则上采用铝基合金，所选用的牺牲阳极材料应以最小的重量满足阴极保护的有效寿命。

2.2 阳极材料外观质量控制

牺牲阳极工作面可为铸造面，但应无氧化渣、毛刺、飞边等缺陷，牺牲阳极所有表面允许有长度不超过50mm，深度不超过5mm的横向细裂纹存在，但不允许裂纹团存在；允许存在铸造缩孔，但其深度不得超过阳极厚度的10%，最大深度不得超过10mm；工作面应保护干净，不得沾有油漆和油污等。

3 阳极组海上安装质量控制

3.1 承台钢底板与钢管桩绝缘性复检及自然电位测试

按承台设计施工图纸要求，承台封底砼钢底板应与钢管桩绝缘。但经过检测发现，有些承台钢底板与钢管桩间电阻很小，甚至完全电连通。从而影响了钢管桩阴极保护效果，为确保工程质量，对所有已建成的承台均进行钢底板与钢管桩间绝缘电阻复检。另外，对钢管桩间电导连也要复检。确认钢底板与钢管桩间绝缘性较好，且在钢管桩间已电导连的基础上方可进行阳极组安装施工。

3.2 阳极组运输

阳极组组装车间按计划组装好阳极组，派专用卡车把阳极组运送到码头，将阳极组吊放到潜水作业船上，并用钢丝绳绑扎固定好，以免在船舶航行中摇摆时滑动，碰坏。

3.3 阳极组的吊装入水定位

（1）在阳极组安装之前，用气动打磨机打磨每个阳极组上4个阳极块工作表面，保证在下水之前阳极块表面的清洁。（2）船舶定位后，组织潜水员下水清理待装阳极组的钢管桩上的海生物，清理范围大约为5m的位置。（3）由潜水安装人员配合船舶吊机司机先将第一个阳极组吊放到要安装的钢管桩位置。再由辅助人员利用阳极组上的第二套吊索将阳极组挂在钢管桩顶端的手拉葫芦上，再进行脱钩，利用牵引绳多向索动定位将阳极组套入钢管桩。（4）利用手拉葫芦调整阳极组到位，使馈电角钢顶端离承台底面5m处。辅助人员拉紧牵引绳，帮助潜水员将卡环上的加强板拉靠拢，插上螺栓，并用力矩扳手拧紧螺栓。等潜水员水下固定好阳极组后，拆除第二套吊索。（5）将焊接脚手架放到钢管桩上并固定在适当的位置，打磨掉阳极组导电角鋼与钢管桩壁焊接处的防腐涂层，将阳极组导电角钢焊接在钢管桩上。

3.4 钢管桩与承台钢底板之间绝缘性与钢管桩电连接，钢管桩的自然电位三者之间的关系

阳极组的设计是保护钢管桩的破点（裸露部分），如果裸露的钢底板与钢管桩导通，阳极组会连同钢底板一同保护，从而降低了阳极组的使用寿命。按设计要求钢管桩之间电阻越小，阳极组才能更好的保护钢管桩。因为钢管桩不是每根都设计装有阳极组，15根只有6根钢管桩装有阳极组。只有钢管桩之间导通良好，阳极组才能够保护到每一根钢管桩。承台底部的自然电位不宜过高，只有在电位适宜的情况下，阳极组才能发挥更好的保护钢管桩的作用，如果自然电位过高，反而会加速阳极组的腐蚀，从而减少了阳极组保护钢管桩的使用寿命。

4 主要关键技术问题及处理措施

4.1 阳极安装形式的选择

金塘大桥试桩工程将每个承台下面的15根钢管桩作为一个整体，在其中的几根钢管桩上安装几组阳极，从而实现对每个承台下所有钢管桩的保护。采用前面设计的成组安装阳极的办法，将阳极安装施工的效率大大提高了。

4.2 保证保护电位的有效分布

金塘大桥试桩工程钢管桩具有合适的电位分布是阴极保护设计中必须解决的一个关键技术问题。无论是国外标准“美国腐蚀工程师协会标准，NACERP0176-94 Corrosion Control of Steel Fixed Offshore Platforms Associated With Petroleum Production”和“挪威船级社标准，DNVRPB 401-1993，CATHODIC PROTECTION DESIGN”，还是国内标准“海港工程钢结构防腐蚀技术规定JTJ230-89”和“港口设施牺牲阳极保护设计和安装GJB156-86”，都规定施加阴极保护后被保护结构电位应该达到比-0.85V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极）更负。

5 结束语

在金塘大桥试桩钢管桩阴极保护工程中，由于各个钢管桩通过承台内的钢筋实现了彼此间的电连接，而且在钢管桩表面涂有高性能熔融结合环氧粉末复合涂层，阴极保护电流传输得很远。检测数据如下：E52承台-0.932V、E92承台-0.988V、E132承台-0.893V、G16承台-0.977V、G44承台-1.045V、C18承台-1.032V。从测试得到的数据来看，达到了合同要求的初期阴极保护电位应该在-0.80V～-1.10V（相对于海水银/氯化银参比电极和相对于铜/饱和硫酸铜参比电极）之间的指标范围。因此，钢管桩阴极保护电位水平是可以得到保证的，可以起到对钢管桩的长效保护作用。同时，对于氯盐腐蚀环境下混凝土结构物也起到一定的保护作用。牺牲阳极保护法具有无需提供辅助电源、施工简单、不必经常维护的优点。牺牲阳极投入运行后，应定期进行监测，每半年进行一次全面电位的测量。

参考文献

[1]NACERP0176-94 Corrosion Control of Steel Fixed Offshore Platforms Associated with Petroleum Production.美国腐蚀工程师协会标准[S].

[2]DNV RPB401 1993 CATHODIC PROTECTION DESIGN.挪威船级社标准[S].

[3]JTJ230-89.海港工程钢结构防腐蚀技术规定[S].

[4]GJB156-86.港工设施牺牲阳极保护设计和安装[S].

[5]GB/T4948-2002.铝-锌-铟系合金牺牲阳极[S].

[6]GB/T17848-1999.牺牲阳极电化学性能试验方法[S].