摘要：东海大桥位于杭州湾附近水域，北面接芦潮港，南面接洋山集装箱枢纽深水港区，是集装箱卡车进出洋山集装箱枢纽深水港区的必经之路。大桥钢管桩所处的海域环境恶劣。为延缓大桥钢管桩在该海域的腐蚀，确保大桥百年安全运行，水下区段和泥下区段裸管部位采用了Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极阴极保护，设计保护寿命35年。目前，牺牲阳极已经在钢管桩上使用十余年，为了更准确的掌握大桥钢管桩阴极保护使用现状，需要分析铝合金牺牲阳极腐蚀状态，测算牺牲阳极消耗量，评估牺牲阳极剩余寿命，最终为实现对大桥钢桩的有效保护提供支撑
关键词：东海大桥；钢管桩防腐蚀
1.概述
东海大桥全长32.5km，在大桥跨海段中，除通航孔外，约24公里的桥梁结构全部由钢管桩构成的下部基础结构支撑，涉及设计墩号331个，制桩总数5376根，消耗钢材约26万吨。钢管桩由上节桩和下节桩拼焊组成，上节桩是厚为25mm的直焊缝管，下节桩是厚为18mm螺旋焊缝管，材质为Q345C，外径为Φ1500，在桩顶下5.9m的范围内受潮汐影响的部位采用重防腐涂层保护。钢管桩本身腐蚀速率较快，钢管桩的有效使用年限取决于钢管桩的防腐蚀技术与效果，以及运行期间对大桥防腐蚀系统的维护与管理。为保障钢管桩的有效使用，需定期监测防腐蚀效果，每年全面普测一次钢管桩保护电位，检查防腐涂层防腐蚀效果，检查钢管桩腐蚀与保护状况等工作。
2.防腐蚀技术方案
2.1钢管桩防腐蚀涂层技术方案
采用环氧重防腐涂料，对全桥5376根钢管桩（含截补桩57根）进行了涂层保护。
1）涂装范围：自桩顶＋2.5m至－3.4m；
2）单桩涂敷长度：5.9m；
3）涂装总面积：14.94万㎡；
4）表面处理：喷砂除锈达Sa2.5级；
5）涂料材质：725-H53-9环氧重防腐涂料；
6）涂层厚度：桩顶＋2.5m至＋1.0m承台包覆段涂层厚度100μm；钢管桩＋1.0m～－3.4m段（潮差段）涂层厚度为1100μm。
2.2钢管桩牺牲阳极阴极保护技术方案
钢管桩采用高效铝合金牺牲阳极阴极保护法，为了达到保护效果对全桥钢管桩进行了焊装阳极的施工。
东海大桥钢管桩防腐蚀工程施工技术方案如下：
1）牺牲阳极保护范围：整根钢管桩从桩顶到泥下桩尖全方位保护；保护面积为147.31万㎡。
2）焊装阳极数量：17685支，其中单根焊装3支阳极的钢管桩量为4030根，单桩焊装4支阳极的钢管桩数量为1095根，单桩焊装5支阳极的钢管桩数量为89根，单桩焊装6支阳极的钢管桩数量为98根，单桩焊装7支阳极的钢管桩数量为26根。
3）焊装部位：浅海水中－3.5m～－12.0m段分三层均匀配置焊装；深海水中－3.5m～－18.0m段分四层均匀配置焊装。
4）阳极材料：AI－Zn－In－Mg－Ti高效铝合金牺牲阳极。
5）阳极规格：阳极尺寸：1450×（180＋210）×200；阳极净重：145㎏/支；阳极毛重：157㎏/支。
3.东海大桥钢管桩保护现状
东海大桥钢管桩防腐蚀工程2006年竣工验收，2007年至2012年，由我公司独立实施维护与管理工作。2008年，邀请第三方（材料研究所）对部分墩位进行复测，复测结果基本与我公司一致；2010年即防腐蚀系统运作第5年，总承包单位对钢管桩保护度与腐蚀率进行计算，数据显示防腐蚀系统满足设计要求。
3.1钢管桩保护电位测量
我公司自2007年10月进行第一次钢管桩电位测量，截止2012年6月已连续测量6年，其中出具测量报告的为2008年～2012年。
根据历年测得数据分析，历年钢管桩最小保护电位值和最大保护电位值，以及测得保护电位的平均值（测得所有数据的平均值）列下表
根据上表可以看出：
（1）全桥墩位中钢管桩电位值范围在－925mV～－1046 mV，均处于保护电位范围内；历年保护电位的平均值（年度测得所有数据的平均值）－970mV~-－1000mV。
（2）从记录表中的数据观察分析，同一承台中的不同钢管桩保护电位基本趋近于一致，说明同一承台中的钢管桩间的电性导通良好，承台中的钢筋焊接起到了连接作用。
3.2钢管桩涂层质量与其防腐蚀效果检测
东海大桥钢管桩均已入水投入使用八年，根据历年海上逐墩位钢管桩涂层附着质量观察，涂层颜色光亮，无返锈和大面积剥落等现象，见照片（1）。但也存在个别钢桩小面积油漆剥落现象见照片（2）。
3.3.2保护效果分析
根据挪威船级社制定的DNV－RD－B4010的标准和我国部颁标准JTJ230－89《海港工程钢结构防腐蚀技术规定》中的技术条款，以及本工程所测的数据，并参考数十年工程实例实测值，其施加阴极保护后的钢结构腐蚀速率可按下式计算：
△δ＝k?t?（1－P）……………………………………（1）
式中：△δ——35年有效保护期内的钢管桩腐蚀量，mm；
K——钢管桩单面平均腐蚀速率，mm/a，k＝0.3mm/a；
t——钢管桩设计有效保护年限，a，t＝35年；
P——钢管桩施加阴极保护后的保护效率，P＝94.82％~95.37%；
将有关数据代入（1）式，求得施加阴极保护的钢管桩35年有效期内的腐蚀量为：
△δ＝0.3×35×（1-0.9482~0.9537）＝0.5439~0.4862mm。
4.结论
根据多年对东海大桥钢管桩防腐蚀系统的跟踪监测与检查结果，可以得出如下结论：
1.东海大桥钢管桩牺牲阳极防腐蚀系统正式运行七年间，通过现场保护电位测试最正值为－925mV（CSE，下同），保护电位最负值高达－1046 mV，均处于保护电位范围内；
2.东海大桥钢管桩涂装涂层未见返锈现象，涂层附着状况良好；无涂层仅有牺牲阳极保护的钢管桩，钢管桩表面未见锈迹，防腐蚀效果良好；
3.目前钢管桩年平均腐蚀速率约为0.0139mm/a ~0.0155mm∕a(设计0~0.03mm/a)，满足35年的设计年限。
参考文献：
[1]GB/T4948-2002 铝-锌-铟系牺牲阳极
[2]GB/T17848-1999 牺牲阳极电化学性能试验方法
[3]JTS 153-3-2007 海港工程钢结构防腐蚀技术规范
论文作者:韩昇林
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/17
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