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天津港２５＃～２７＃泊位改造工程钢管桩牺牲阳极阴极保护高健王洪仁张炜陈凯中船重工七二五所，青岛２６６０７１张丽丽赵洪亮陈工宝郝久存天津港务局，天津３ｔ＿１０４３０简要：本文介绑了迄今为Ｊｒ国内规模最人（直释ｌ０～１．２ｍ，Ｋ度２９～３９ｍ的钔管桩ｌ５４１根）、牺牲吲｛极ＩＩ＿｝ｊ量最多（４６２吨）、设计防腐保护寿命长逃３０年的钢管桩码头阴极保护１．程一天津港２５４～２７。
泊何改造钢管桩牺牲Ｒ『极防牖ｌ。
掸。
文章对阴极保护殴计、安装、保护效果洲试及分析等进行了全面阐述，着重论述了ｏ√以往国内外人璎钢管桩牺牲…极保护１．稃相比有所突破的两个方面：牺牲Ｒｌ极材料的选扦及最重要的阴极保护参数一保护电流密度的选取。
关键词：钢管桩码头Ａ卜ｚｎ—Ｉｎ—Ｍｇ—Ｔｆ牺牲…极阴极保护保护电流密度１前言海水是一种具有强烈腐蚀性的天然电解质，海洋环境中的【州定式钢质结构，如钢管桩码头的腐蚀问题尤为突出。
根据环境条什干¨腐蚀特点的不同，海洋环境中的同定式钢质结构的腐蚀可分为五人区：海洋大气区、海水Ｅ溅区、海水潮羞医、海水浸泡区羊ｆ『海泥区。
这些区域的腐蚀条件、腐蚀特点和腐蚀程度如Ｆ图所示。
腐蚀率一海洋区域环境条件腐蚀特点平均府蚀率一Ｃｍｍ／ａ）㈠太气匹慧妻嚣矬誓ｉ絮娑蚀’但０．０５－０，２『：ｊ；—聿ｊ高潮线飞溅区望詈≥耋袭嘉羹：孟誊ｉ主？交替’８熙’０．２－０．５ｆ、潮汐区用期浸震，供氧克拥和水绒以下区组成氧浓０．０５一ｏ『’—‘≥—￥二低潮践足・差电池１本区爱保护＿Ｉ／，奎浸区鸯釜蔷蓑耋，通常：蓑襞墨，；釜＇区袭袭景。
．。
．忆１『威石灰层水垢，生枷因＂ｌ－串苷影响太．ｉ海底面海泥区箍≯㈣酸盐曩鬻妻喜躲蕞蕊嘴０．０３－０．０７不同海洋区域腐蚀比较示意图由图可以看出，海洋环境中的固定式钢质结构的潮差区、全浸区、海泥区等存在严重的瞒蚀问题ｃ不仅使金属材料遭到巨人损牦，而且幢结构的使用寿命大大缩短，严重威胁结构的安全使ＨＪ，人域的ｌ：稃实践证明，采川牺牲刚极阴极保护的方法可以有效地抑制钢质结构在海水中的腐蚀，目前，牺牲Ｒｆ极阴极保护已，“泛应刚丁钢管桩码头等海洋固定式钢质结构，剪取得了明显的社会敏髓丰¨经济效鼯。
大桥试桩工程钢管桩防腐施工组织设计建议书项目概况一、项目位置：金塘大桥连接金塘岛与宁波市，起自沥港船厂北侧，于七里锚地北侧通过，然后左偏前进至宁波，于镇海炼化西侧登陆，终于沿海北线高速公路，跨越灰鳖洋的长度为18.4km。
二、气象特征：本工程东临东海，西靠大陆，位于北亚热带，属东亚季风气候区，受冬夏季风影响，全年四季分明，气候温和湿润，降水充沛。
本区冬季由于受欧亚大陆次气团控制，盛行西北风，寒冷干燥；夏季因受太平洋暖湿气流控制，盛行东南风，温高湿润。
春、秋两季因冬夏冷暖气团交替，时冷时热，天气多变。
风况：桥址区常风向为NW，出现频率11%，平均风速9.6m/s，最大风速27m/s；次常风向为ESE，出现频率10%，平均风速为4.9m/s。
强风向为E和NW向，最大风速分别为34.3m/s 和34m/s。
桥址区风速风向季节变化较明显。
冬季，盛行NNW、NW风，风速较大；春季，风向多变，风速也较大，3月仍多NNW、NW风。
4—5月最多SSE、ESE风；夏季，盛行SSE、ESE向风，但风速较小。
7—8月为台风和热带风暴活动较多时期，风速也较大。
秋季，盛行N、NNW、NNE和SSW风，但风速较冬季小。
三、水文：潮汐特征：桥址区主要受太平洋潮波影响，控制本区潮波运动的是以M2分潮为主的东海前进波系统，该系统由外海自东向西传播，经螺头水道从东南方传入。
日潮波也以这一方向传入。
从螺头水道传入的潮波，大金塘、册子水道交界处沿偏北方向进入册子水道，出金塘西口后，一部分沿金塘西岸传播，另一部份仍按原方向继续传播。
潮波进入舟山群岛后，受地形影响和磨擦作用，波形和传播速度均发生了变化。
根据我国目前通用的潮汐类型划分标准，桥址地区的潮汐类型为不正规半日潮。
波浪特征：桥址区水域的波浪以风浪为主，该水域波浪主要集中在NW—NE向，其中N向出现频率最高，达48.8%，年平均波高H1/10为0.60m，实测最大波高Hmax5.8m；其次为NNE向，占14.3%。
钢管桩牺牲阳极阴极保护设计实例摘要：高桩码头是如今广泛应用的成熟水工结构型式，钢管桩强度高、耐锤击性好，常常被用作码头的桩基。
桩位作为码头结构的基础，直接影响到整个码头工程的耐久性和使用年限，而其中防腐设计对于钢管桩的寿命尤为重要。
文章结合瓦努阿图共和国某码头改扩建工程的钢管桩防腐设计，提出了钢管桩牺牲阳极阴极保护的防腐设计实例，对南太平洋地区的钢管桩防腐有一定的借鉴意义。
关键词：钢管桩；防腐；牺牲阳极0 前言海洋犹如一个庞大而复杂的电解质体系，海洋环境具有很强的腐蚀性。
高桩梁板式码头结构中，钢管桩暴露在复杂的海水环境中，海洋大气中的盐雾、海水中的溶解氧、海洋生物、海底土壤中的细菌等，在钢管桩未进行有效保护的状态下都可不同程度地造成钢管桩的腐蚀，且腐蚀速度远大于陆地环境，从而影响工程的使用功能及外观，降低结构的使用寿命。
据资料报道，20世纪60年代日本曾发生过多次钢管桩码头由于未采取有效保护，以致造成局部严重腐蚀导致码头塌陷的事故。
可见，对钢管桩采取及时有效的防腐保护措施是非常必要的。
1 工程背景该码头位于瓦努阿图共和国，本工程对码头进行改扩建，新建码头平台长228m，维修现有桩基码头132m，以实现最终泊位总长度360m；新建码头平台满足靠泊3万吨级杂货船或10万GT邮轮的能力；码头年游客吞吐量为12万人次，年货运吞吐量45万t，其中出港10万t，进港35万t。
码头为顺岸布置，总泊位长度约为360m：已有桩基码头长度约为132m，宽度为22m或27m不等；新建泊位总长度为230m，其中东侧长度73m，西侧长度155m；新建平台宽度为20m。
码头平台采用高桩梁板结构，排架间距为6m，平台宽度为20m，每榀排架设置4根Φ1000mm钢管桩；上部结构采用现浇横梁，预制纵梁及叠合板与现浇面层。
本工程共计175根钢管桩，均需防腐设计。
2 自然条件瓦努阿图位于南半球，受热带海洋性气候影响；多年气温在23°~30°之间。
珠海粤裕丰钢厂干散货码头钢桩牺牲阳极阴极保护工程施工组织设计方案濮阳市豫安防腐有限公司吉林分公司2011年10月目录第一章工程概况 (2)第二章施工方案 (3)第三章施工组织机构和人员配置 (10)第四章主要施工设备、检测仪器表 (16)第五章质量保证措施和施工安全措施 (18)第一章工程概况1.工程概述珠海粤裕丰钢厂干散货码头为防止钢管桩的腐蚀设计采用环氧粉末全涂加牺牲阳极阴极保护的方法。
材质为Q345、尺寸为Φ****×*****的钢管桩共计408根，每根钢管桩上布置1支高效铝阳极，共计安装铝合金牺牲阳极408支；安装阴极保护电位测试系统6套。
2.施工计划周期开工日期：2011年9月10日竣工日期：2011年11月30日3．施工作业总体安排牺牲阳极水下安装施工，采用两个作业班；阴保电位测试系统的安装选用一个作业班进行施工安装。
三个作业班可根据工程进度安排采取同时作业或交叉作业的方式，最大程度的提高工效保证本工程按时竣工。
4．阴极保护施工及验收规范4.1 JTS 153-3-2007 《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》4.2 GJB156A－2008 《港工设施牺牲阳极保护设计和安装》4.3 GB/T 4948-2002 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》4.4 GB/T 4949－2007 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极化学分析方法》4.5 GB/T 17848-1999《牺牲阳极电化学性能试验方法》第二章、施工方案1.牺牲阳极水下焊接1.1牺牲阳极水下焊接方式的比较1.1.1 根据钢管桩码头建造特点，打桩前，钢管桩表面不能焊接较大构件，以免影响打桩施工。
牺牲阳极只能在钢管桩完成打桩工程后进行水下安装。
1.1.2牺牲阳极的水下安装方法主要有以下几种：螺栓固定法、捆扎法和水下焊接法。
1.1.3螺栓固定法是将牺牲阳极通过固定在焊在钢管桩上的钢制固定架上，达到阳极安装固定的目的。
螺栓固定法的缺点是工艺复杂、安装困难，尤其是牺牲阳极在长期使用中受海水冲击、海流推动，螺帽容易产生松动，造成牺牲阳极与钢管桩之间接触电阻增大，降低阳极发生电流量和工作性能，影响钢管桩的保护效果。
钢管桩牺牲阳极阴极保护维修工程【摘要】本文主要结合厦某码头钢管桩牺牲阳极阴极保护维修工程进行了风险评估，并着手进行维修方案的初步评估，在原设计基础上做综合分析，针对原设计的保护效果，码头的运行状况，维修施工条件，维修成本等等技术资料，提出现有20年设计维修方案和实施措施。
【关键词】码头水下钢管桩；腐蚀余量；维修方案1.调查和检测厦门博坦油库码头建于1996年，在码头建造时考虑到海水对钢管桩的腐蚀，对所有钢管桩采取涂料与牺牲阳极阴极保护措施，牺牲阳极设计使用寿命为10年。
牺牲阳极阴极保护于1995年10月设计，1996年4月起施工，1996年7月竣工验收。
阳极主要采用AZIC-H5型和AZIC-H7型两种规格的铝合金牺牲阳极，整个码头共安装AZIC-H5型阳极390只，AZIC-H7型阳极440只，合计830只。
由于码头使用的牺牲阳极已达14年，超过原牺牲阳极阴极保护的设计的10年使用寿命，为了解阴极保护的运行状况和保护效果以及钢管桩的腐蚀状况，为牺牲阳极更换提供技术依据，厦门博坦仓储有限公司委托南京水利科学研究院对码头钢管桩进行阴极保护效果检查，并对钢管桩腐蚀状况进行检测。
调查和检测工作于2007年9月进行。
报告主要反映码头运行11年以来钢管桩出现变型和破损状况，钢桩表面涂层老化、破坏情况，牺牲阳极现存的数量和消耗情况，通过阴极保护电位检测和钢管桩壁厚测量反映钢管桩的保护和腐蚀情况，通过剩余阳极尺寸测量，推算估计牺牲阳极保护寿命，针对报告的检查检测结果，公司内部做了风险评估，并着手进行维修方案的设计，在原设计基础上做综合分析，针对原设计的保护效果，码头的运行状况，维修施工条件，维修成本等等，提出现有维修方案并推进实施。
码头构件分布图如下：2.解决方案（1）鉴于浪溅区涂层已完全老化失效，钢管桩在此部位已发生严重腐蚀，水位变动区涂层为厚度不足，且因围污栏使得该区域涂层出现大面积的缺损，为保证钢管桩同寿命使用，建议立即对浪溅区进行全面重新涂料防腐蚀、水位变动区涂层进行修补加厚。
利比里亚码头
钢管桩阴极保护技术方案
目录
一、阴极保护设计书 (3)
1概述 (3)
2自然条件 (3)
3设计要求 (3)
4规范及标准 (3)
5牺牲阳极保护设计指标 (3)
6牺牲阳极保护设计计算 (4)
8施工注意事项 (9)
9使用期的维护和管理 (9)
一、阴极保护设计书
1概述
本工程位于利比里亚首都蒙罗维亚布什罗德岛，西临大西洋，是利比里亚最大的港口，也是西非的主要港口之一，老码头已经使用40年以上，所有钢管桩无防腐涂层。
钢管桩拟采用牺牲阳极阴极保护。
2自然条件
设计高水位：∇ 1.17
设计低水位：∇ -0.11
3设计要求
3.1保护范围：为钢管桩水位变动区到桩尖外表面（包括水中、泥中等）。
3.2阴极保护系统设计寿命25年。
4规范及标准
4.1 《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》JTS 153-3-2007
4.2 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》GB/T 4948-2002
4.3 《牺牲阳极电化学性能试验方法》GB/T 17848-1999
4.4 《Corrosion Control of Steel Fixed Offore Structures Associated Petroleum Production》NACE Standard RP0176-2003
4.5 中交第二航务工程勘察设计院提供的图纸及有关数据
5牺牲阳极保护设计指标
5.1 设计寿命
钢管桩牺牲阳极保护系统寿命为25年。
5.2 保护效果
有效保护期间内，钢管桩的保护电位应控制在-0.85～-1.10V（相对于铜/饱和硫酸铜参比电极）。
6牺牲阳极保护设计计算
6.1 阴极保护电流密度选取
根据钢管桩所处的地理位置、介质电阻率和钢管桩材质、表面状态等情况，参照《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》及《Corrosion Control of Steel Fixed Offore Structures Associated Petroleum Production》NACE Standard RP0176-2003，钢管桩各腐蚀区选择的保护电流密度见表1。
表1 保护电流密度
6.2 牺牲阳极材料的选择
本工程牺牲阳极采用Al-Zn-In系合金牺牲阳极，表2、3是阳极的化学成分及电化学性能。
表2 Al-Zn-In系合金的化学成分
表3 Al-Zn-In系合金的电化学性能
利比里亚码头钢管桩阴极保护技术方案
6.3 保护面积计算
根据资料，钢管桩长度及保护面积计算结果列入表4：
5
6.4钢桩所需保护电流
保护面积：S=π⨯D×L
初期保护电流：I 初期=S 海水（包括水位变动区）×i 初期＋S 泥×i 泥 维持保护电流：I 维持= S 海水（包括水位变动区）×i 维持＋S 泥×i 泥 末期保护电流：I 末期= S 海水（包括水位变动区）×i 末期＋S 泥×i 泥 代入相关数值，计算得：
钢管桩所需初期总保护电流为： 867.08A ，维持总保护电流为519.55A ，末期总保护电流为653.21A 。
6.5 牺牲阳极规格尺寸选取
根据本项目码头钢管桩所需保护电流和牺牲阳极设计使用寿命25年，铝牺牲阳极选取1种规格：
AI-13：900×(220+240)×230mm ，净重122kg ，毛重138kg 。
型号
AI-13900×(220+240)×230规格/mm
A×(B1+B2)×C 铁脚尺寸/mm D F H 360
601300122138净重/kg
毛重/kg
10#槽钢
阳极焊脚规格
6.6 牺牲阳极发生电流量的计算
为了确保阳极使用寿命，对AI-13型阳极的发生电流量进行计算。
R
E
I a ∆=
————（1） 其中： ∆E 取0.25V ；
牺牲阳极的接水电阻按公式
⎪⎭
⎫
⎝⎛-=
14ln
2r L L R πρ..........................(2) 式中：式中： R — 阳极的接水电阻 （Ω）
ρ— 介质电阻率 取25Ω.cm （Ω.cm ） L — 阳极长度 （cm ）
r — 阳极等效半径（包括初期等效半径和末期等效半径 cm ） 初期等效半径
π2C
r =
；
末期等效半径r 末期=r 初期－（r 初期－r 铁芯）μ C —阳极截面周长 （cm ） μ—牺牲阳极的利用系数 将有关数据代入公式计算，得出：
AI-13型阳极的发生电流：I a 初=2.57A I a 末=1.63A ； 6.7牺牲阳极数量的计算
Ia
I
N =
————（3） N —牺牲阳极的数量 支 I —钢桩所需的总保护电流（末期） A I a —单支阳极发生电流 （末期） A 代入数值计算得：
N=400支，考虑到施工对涂层及桩基的破坏，阳极数量为452支。
经核算：阳极初期总发生电流为1161.64A ，末期总发生电流为736.76A ，均满足钢管桩初期和末期所需的电流。
6.8牺牲阳极使用寿命核算
牺牲阳极的使用寿命按公式(4)计算
8760I'm Wi q t μ⋅⋅=⋅ ————（4） t — 牺牲阳极的有效使用寿命 a W i — 单个牺牲阳极的净重 138 ㎏ q —阳极实际电容量，取2600A·h/kg
I /m — 设计使用年限内每个阳极的平均发生电流，取0.5 I a 初 A
：牺牲阳极的利用系数，取0.90
将有关数据代入公式(4)，得出牺牲阳极的有效使用寿命为：
t=25.36年，
经计算，该规格牺牲阳极的使用寿命满足工程设计使用要求。
6.9设计结果
本工程选用AI-13型阳极452支，总重量为62376kg。
6.10牺牲阳极布置和安装
6.10.1牺牲阳极布置
每根钢管桩安装2支牺牲阳极，阳极上端焊脚距离设计低水位1.5m，阳极下端焊脚距离泥面2m。
6.10.2 牺牲阳极的安装
在焊接安装阳极之前，将阳极铁脚焊接处的钢桩表面的海生物打磨清除。
每只牺牲阳极有两只焊脚，四条焊缝，焊缝应连续、宽度均匀、平整、无裂纹。
6.11材料清单
7 牺牲阳极质量要求
7.1 牺牲阳极的化学成分、电化学性能、表面状态等技术指标符合规范要求，供货时提供每批次产品的化学成分、电化学性能检验证书及产品合格证。
7.2 牺牲阳极的表面质量
7.2.1牺牲阳极的工作表面为铸造表面，外形尺寸符合设计要求，不允许有纵向裂纹。
7.2.2牺牲阳极的工作面应无氧化渣、无毛翅飞边等缺陷，牺牲阳极所有表面允许有长度不超过50mm，深度不超过5mm横向裂纹存在，但在同一表面不允许超过
3个。
7.2.3牺牲阳极工作面允许有铸造缩孔，但其深度不得超过阳极厚度的10%。
牺牲阳极工作面不能有油漆、熔渣、毛刺或其他任何污染物存在。
7.3牺牲阳极重量偏差
每块牺牲阳极的重量偏差为±3%，阳极长度偏差为±2%，阳极宽度偏差为±3%，阳极厚度偏差为±5%，但总重量不应出现负偏差。
8施工注意事项
8.1铝合金阳极必须牢固地安装在被保护的钢桩上，与钢管桩短路焊接。
8.2铝合金阳极必须严格按设计图纸规定的数量、标高及方向焊接于钢管桩上。
8.3施工单位应作好详细的施工记录，包括施工时的水文气象情况和施工措施，并在牺牲阳极安装完毕后提交阴极保护的相关资料，标明实际安装的阳极数量、位置以及实测钢管桩表面电位。
9使用期的维护和管理
9.1牺牲阳极阴极保护系统竣工验收后，投入正常运转，其阴极保护电位均应达到-0.85～-1.10V（铜/饱和硫酸铜参比电极）。
9.2工程交付使用1年内测量1次保护电位；工程交付使用2~20年，每2年测量一次；工程交付使用21~25年，6个月测量1次。
并记录有关数据备查。
9.3使用单位需每年抽查一次钢管桩的保护电位，以确保系统的正常运行。
9.4钢管桩保护电位测量时采用便携式铜/饱和硫酸铜参比电极及数字式万用表或电位表进行测量。
9.5当普查钢管桩电位发现其电位达不到设计要求时，应检查牺牲阳极状况并采取重焊，更换或补焊牺牲阳极。
