熊建波，張華章，張前平，潘德強

（1.中交四航工程研究院有限公司，交通運輸部水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，廣東 廣州 510230；2.中交四航局港灣工程設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510230；3.精銳化學(xué)（上海）有限公司，上海 201315）

高樁碼頭是利用樁基將作用在碼頭上的荷載傳遞到深層地基的系船建筑物。其能夠適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件和自然環(huán)境，且具有波浪反射小、泊穩(wěn)條件好、施工速度快等優(yōu)點，所以在我國沿海地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[1]。高樁碼頭的樁基大多為采用普通碳鋼和低合金鋼制成的鋼管樁，極易與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而受到嚴(yán)重腐蝕，大大縮短了鋼管樁的使用壽命，因而鋼管樁的防護問題一直是業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點。本文結(jié)合華南某碼頭鋼管樁維護中的腐蝕防護設(shè)計，通過對腐蝕特點進行分析、腐蝕措施進行對比，最終選用包裹防護系統(tǒng)設(shè)計并進行了工程實踐，為類似工程設(shè)計及施工提供參考。

1 鋼管樁腐蝕防護

按照我國現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范JTS153-3—2007《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，海工鋼結(jié)構(gòu)如鋼管樁的部位分為：海洋大氣區(qū)，浪濺區(qū)，水位變動區(qū)，水下區(qū)，泥下區(qū)。這些區(qū)域的腐蝕特點如圖1所示。由該圖可見，海水環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)腐蝕速度有3個峰值：1） 發(fā)生在平均高潮線以上的浪濺區(qū)，是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域。這是因為在這一區(qū)域浪花飛濺、干濕交替，氧的供應(yīng)最充分。據(jù)統(tǒng)計，同一鋼種在浪濺區(qū)遭受腐蝕的速度比水下區(qū)高出3~10倍[2]。2） 發(fā)生在平均低潮線以下0.5～1.0 m處。此區(qū)域海水溶解氧充分，與水位變動區(qū)因氧濃度差形成腐蝕電池，使該區(qū)域成為陽極區(qū)而遭受腐蝕。3） 發(fā)生在海水與海泥交界處下方，由于此處鋼結(jié)構(gòu)分別處于海泥和海水中，容易因周圍的介質(zhì)的不同而產(chǎn)生腐蝕電池[3]。

因鋼管樁長期處于海水直接腐蝕的環(huán)境，通常在新建時會采取初步的防腐蝕措施：1） 預(yù)留腐蝕裕量。2） 大氣區(qū)采用涂層或金屬噴涂層保護。3） 浪濺區(qū)和水位變動區(qū)采用重防腐涂層或金屬熱噴涂層加封閉涂層，也可以采用包覆有機復(fù)合層保護。4） 水下區(qū)單獨設(shè)置電化學(xué)陰極保護或與涂層聯(lián)合保護。5） 泥下區(qū)采用電化學(xué)陰極保護[4]。通常漆膜在浪濺區(qū)及水位變動區(qū)也遠比其他區(qū)域更易老化、剝落，難以達到預(yù)定的使用年限，而水位變動區(qū)電化學(xué)陰極保護措施通常也難以達到理想效果，因此鋼管樁浪濺區(qū)及水位變動區(qū)部位的防護是鋼管樁結(jié)構(gòu)防護最薄弱的環(huán)節(jié)之一[5]。

圖1 海水環(huán)境鋼管樁腐蝕及防護示意圖

2 高樁碼頭鋼管樁維護方案選擇

受現(xiàn)場漲落潮時間的限制，浪濺區(qū)及水位變動區(qū)鋼管樁的維護施工十分不便，較新建工程施工困難，甚至不少碼頭出現(xiàn)了重復(fù)維修的問題，嚴(yán)重影響了正常營運。因此如何高效地做好樁柱的防護是碼頭維護的重點，對于此區(qū)域維護的方案一直是近年維護維修探討的熱點[6]。目前，鋼管樁浪濺區(qū)和水位變動區(qū)的維護設(shè)計中常采用的有：重防腐涂料或水下重防腐涂料，熱縮套材料，包覆防護系統(tǒng)材料[7]。當(dāng)前國內(nèi)鋼管樁的維護普遍采用重防腐涂料，一般采用對鋼結(jié)構(gòu)進行表面處理達到Sa2.5級然后現(xiàn)場涂裝涂料，但在工程現(xiàn)場進行鋼管樁表面噴砂和涂裝作業(yè)，施工難度大，現(xiàn)場粉塵污染嚴(yán)重，且其噴砂除銹和涂裝效果受水汽和漲落潮的影響而得不到保證，除銹及涂裝的范圍只能為鋼管樁水面以上區(qū)域。為此，有施工單位開發(fā)可以外掛在鋼管樁上的套箱，在套箱內(nèi)部進行噴砂除銹作業(yè)，避免了污染，使噴砂除銹效果得以保證，并且在施工期間不受漲落潮影響，能很大程度上保證施工質(zhì)量。缺點是增加了施工成本，且工人在套箱內(nèi)進行噴砂和涂裝作業(yè)施工條件嚴(yán)酷，工效低。為此，目前已開發(fā)水下可以直接涂敷在鋼結(jié)構(gòu)上的水下重防腐涂料，有的產(chǎn)品需要進行水下帶磨料高壓水清洗至Sa2.0等級，然后水下涂刷，有的產(chǎn)品是水下鋼結(jié)構(gòu)表面手動除銹St3級后，直接刷涂或抹涂，但目前這些產(chǎn)品的使用效果受施工質(zhì)量的影響非常大，且耐久性效果在國內(nèi)工程中尚未得到驗證。

鋼管防腐熱收縮帶是一種新型的性能良好鋼管防腐材料，最早用于石油管線等的防腐，通常為三層結(jié)構(gòu)，包含防腐涂料底漆、熱熔膠中間層、交聯(lián)聚乙烯外層。其加熱后熔融流動、能夠涂布在基材上，對金屬有良好黏結(jié)力，施工操作簡便[8]。熱縮套使用時，鋼結(jié)構(gòu)表面需進行噴砂除銹，且需在現(xiàn)場加熱，因此，其在現(xiàn)場施工中的質(zhì)量難以得到保證，國內(nèi)有工程采用該體系使用未到10 a即出現(xiàn)起鼓破壞而需要再次維修。

包覆防護系統(tǒng)是一種物理隔絕有害侵蝕物的方法，它在鋼管樁表面手動除銹達到St2后，采用包覆一層聚氯乙烯帶；或者采用先涂覆含有阻銹成分的底漆或防腐蝕膏，然后纏繞一層礦脂防銹帶，最后采用高密度聚乙烯（HDPE）或玻璃鋼護甲包覆在防銹帶外部，起到緊固作用并能防止外部沖擊破壞；或者包覆一層由底涂、中間防銹層和外部保護層復(fù)合在一起的包覆防護體。包覆后的鋼管樁，隔絕了水和氧侵入鋼樁表面，從而有效防止了鋼管樁表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。相對于其他防護方式，此方法對鋼管樁表面處理要求低，施工方法簡單快捷，水上和水下均能施工，施工速度快，質(zhì)量容易控制，可最大限度降低碼頭運營損失。此項技術(shù)在國內(nèi)外已有成功應(yīng)用的工程案例，實踐表明可提供對鋼管樁更為長效的保護。從鋼管樁維護全周期成本來看，浪濺區(qū)及水位變動區(qū)范圍內(nèi)采用包覆防護系統(tǒng)更為科學(xué)和經(jīng)濟。

目前國內(nèi)外用到的包覆防護系統(tǒng)主要采用纏繞礦脂防腐帶外加HDPE護套的形式，包覆防護系統(tǒng)示意圖見圖2所示，該系統(tǒng)可適用于截面為圓形、六邊形、方形等形狀的鋼管樁結(jié)構(gòu)。

圖2 包覆防護系統(tǒng)示意圖

3 鋼管樁包覆防護系統(tǒng)的應(yīng)用

我國華南某碼頭2000年建成投產(chǎn)，其碼頭主體鋼管樁未采用任何防護措施，近期檢查鋼管樁浪濺區(qū)和水位變動區(qū)可見銹蝕嚴(yán)重，需對其進行維護。

3.1 包覆防護系統(tǒng)設(shè)計

針對本工程鋼管樁腐蝕嚴(yán)重程度，設(shè)計采用鋼管樁包覆防護系統(tǒng)，該系統(tǒng)由S105底漆、海洋礦脂防銹帶、HDPE護甲組成，范圍為樁頂至最低潮位下0.5 m，共3.17 m長，該部位主要位于浪濺區(qū)和水位變動區(qū)。施工期間要求不能影響碼頭正?？坎囱b卸作業(yè)。

3.2 施工流程

3.2.1 鋼管樁表面處理

采用水下打磨機清除鋼樁表面的海生物、皺皮、附著不牢的銹跡和其他雜物等附著物。經(jīng)過處理后鋼樁表面清潔度滿足GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》中要求的“St2”級標(biāo)準(zhǔn)。鋼管樁表面凹痕等采用相適應(yīng)的礦脂漆糊填補平整。

3.2.2 涂刷底漆

均勻涂刷S105底漆，在鋼樁表面形成均勻的薄膜，保證無漏涂、氣泡、凝塊和流掛等缺陷。水下操作時由潛水員戴上防護手套直接涂抹。底漆涂覆效果見圖3。

圖3 鋼管樁表面底漆涂覆

3.2.3 包覆纏繞礦脂防銹帶

纏繞采用海洋礦脂冷纏防銹帶。由鋼樁頂開始向下螺旋狀包覆，采用55%寬度的搭邊，且每卷防銹帶之間有150 mm以上的頭尾重疊，以達到雙層防護的效果。纏繞時用滾筒式磁力棒緊按使其緊貼于樁的表面，并保持防銹帶與樁表面之間不產(chǎn)生褶皺和氣泡。包覆效果見圖4。

圖4 包覆防銹帶施工

3.2.4 安裝護甲

防護套材質(zhì)為HDPE。其所用螺栓、墊圈和防滑螺母均采用船用不銹鋼制品（SS316）。

護甲安裝由下而上進行。大小能完全覆蓋礦脂防銹帶。使用手提液壓拉緊裝置固定螺栓，護甲安裝后整體外觀見圖5。

圖5 護甲安裝后整體外貌

4 使用效果

為了解包覆防護系統(tǒng)防護的實際效果，1年后由施工方對現(xiàn)場進行了抽查，現(xiàn)場抽查結(jié)果顯示包覆防護系統(tǒng)的包覆性好，防銹帶黏貼鋼管樁緊密，防護效果可靠，鋼管樁表面無銹蝕痕跡，護甲外部無沖擊損傷。

包覆防護系統(tǒng)維護的投入費用相比鋼管樁進行防腐涂料防護及熱縮帶防護較高，同等防腐面積包覆防護系統(tǒng)成本約是防腐涂料防護的5~7倍。但是在碼頭的維護施工中，采用包覆防護系統(tǒng)防護的質(zhì)量有保證，能夠達到預(yù)期的使用效果，從整個維護周期來看，性價比好；從工程的實際施工也可以看出：1個潛水班組1 d可以處理并完成包覆10根鋼管樁，施工速度快，能大大減少維修期間營運損失，降低營運風(fēng)險。

5 結(jié)語

鋼管樁浪濺區(qū)及水位變動區(qū)部位的防護是鋼管樁結(jié)構(gòu)防護最薄弱的環(huán)節(jié)之一，采用包覆防護系統(tǒng)能達到預(yù)期的的防護效果。在工程實際應(yīng)用中證明，此防護方法簡單易行，防護質(zhì)量有保證，施工速度快，雖然初期投入成本高，但能有效解決該區(qū)域傳統(tǒng)方法重復(fù)維修的難題，且能最大限度地減少因碼頭維修對日常運營造成的干擾，可確保碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性，進而提高碼頭綜合營運效益。

[1] 王炳煌.高樁碼頭工程[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]戴永壽.海上鋼管樁的幾種包覆防腐技術(shù)[J].水運工程，1981（11）：36-38.

[3]周德勤.陰極保護技術(shù)在海工鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè)，2000（3）：28-32.

[4] 何祖光，李志豪，張善華.海港碼頭鋼管樁護甲防護技術(shù)研究[J].交通科技，2010（3）：150-152.

[5] 方健君，沈海鷹，王秀娟，劉寶成.海洋環(huán)境下抗陰極剝離重防腐涂層的研究[J].涂料工業(yè)，2010，40（10）：1-4.

[6] 盧福海，杜善豐.鋼管樁防腐層破損修補技術(shù)[J].公路，2006（9）：161-164.

[7] 章亞陸，王浩平，方英豪.鋼管樁防腐涂層的維修[J].中國港灣建設(shè)，2008（4）：36-38.

[8] 蔣侖.北侖港碼頭鋼管樁防護方案介紹[J].水運工程，2002（2）：16-18.