杭州灣大橋下部結(jié)構(gòu)腐蝕控制方案及其檢測(cè)、維護(hù)技術(shù)

肖　龍任 敏（．寧波市杭州灣大橋發(fā)展有限公司，浙江 寧波 35000；．上海申航基礎(chǔ)工程有限公司，上海 00000）

杭州灣大橋下部結(jié)構(gòu)腐蝕控制方案及其檢測(cè)、維護(hù)技術(shù)

肖龍1任 敏2
（1．寧波市杭州灣大橋發(fā)展有限公司，浙江 寧波 315000；2．上海申航基礎(chǔ)工程有限公司，上海 200000）

本文介紹了國(guó)內(nèi)海域腐蝕環(huán)境及國(guó)內(nèi)港工結(jié)構(gòu)目前主要采用的腐蝕控制技術(shù)。以杭州灣大橋?yàn)槔?，介紹了該項(xiàng)目下部結(jié)構(gòu)聯(lián)合采用的腐蝕控制措施、防腐蝕檢測(cè)方案、腐蝕控制措施劣化評(píng)估分級(jí)及其處理要求等。最后，對(duì)大橋下部結(jié)構(gòu)采用的腐蝕控制措施進(jìn)行了整體評(píng)估，并對(duì)其后續(xù)維護(hù)提出了建議。

腐蝕環(huán)境；杭州灣大橋；腐蝕控制；檢測(cè)；劣化評(píng)估

1 國(guó)內(nèi)海域腐蝕環(huán)境介紹

1.1 杭州灣海域腐蝕環(huán)境介紹

杭州灣位于我國(guó)沿海中段，東側(cè)為舟山群島，為我國(guó)最大的河口灣，呈喇叭形，東西縱長(zhǎng)約100km，灣口處寬約100km，灣頂處寬約20km。作為世界三大強(qiáng)海潮之一，該海域平均潮差達(dá)4.52km，區(qū)域內(nèi)碼頭和港區(qū)附近無(wú)掩護(hù)，水域?qū)拸V，風(fēng)大﹑浪高﹑流急，潮差大，水文條件復(fù)雜，腐蝕環(huán)境惡劣。根據(jù)2008年實(shí)施的交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T722-2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》中對(duì)腐蝕環(huán)境的劃分，杭州灣跨海大橋所處的大氣環(huán)境已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中的C5-M級(jí)，屬于腐蝕性很高的海洋大氣環(huán)境。

建成后的杭州灣跨海大橋跨越該強(qiáng)潮海水水域，北起杭州灣北岸的鄭家埭，起點(diǎn)樁號(hào)K1380+000，經(jīng)乍浦港以西約6km的鄭家埭村入海，跨越杭州灣北航道和南副航道，經(jīng)南岸灘涂，上跨慈溪正在圍筑的十塘海堤后，繼續(xù)向南經(jīng)九塘﹑八塘后到達(dá)本工程的終點(diǎn)水路灣，終點(diǎn)樁號(hào)K1416+000，橋梁全長(zhǎng)約36km。

1.2 國(guó)內(nèi)其它海域腐蝕環(huán)境介紹

以東海大橋?yàn)槔?，該橋地屬杭州灣海域，常年氣溫較高，濕度大，季候風(fēng)強(qiáng)烈，海水含鹽量高。由于該處靠近出海口，漲落潮流急，干濕變化明顯以及海洋大氣的腐蝕對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)有極強(qiáng)的腐蝕破壞，極大影響整體結(jié)構(gòu)使用情況。

建設(shè)中的上海國(guó)際航運(yùn)中心洋山港碼頭，是世界最大的海島型深水人工港，碼頭地處錢(qián)塘江下游入海口，水流急﹑風(fēng)高浪涌，含沙量較高，能見(jiàn)度較差。從水下拍攝的犧牲陽(yáng)極正表面圖像可見(jiàn)光亮的陽(yáng)極表面基本無(wú)微生物附著，表明犧牲陽(yáng)極受泥砂沖刷嚴(yán)重，該水文特點(diǎn)同時(shí)影響涂層等防腐蝕措施。

此外，根據(jù)我們對(duì)國(guó)內(nèi)某海域液體化工碼頭﹑海上石油平臺(tái)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)等的跟蹤了解，均發(fā)現(xiàn)海洋環(huán)境下的此類(lèi)結(jié)構(gòu)在運(yùn)行4-5年后即開(kāi)始出現(xiàn)大面積的涂層脫落和海生物附著﹑點(diǎn)蝕坑聚集等不利情況 ，最大腐蝕坑深度達(dá)4mm以上，嚴(yán)重的威脅著碼頭的安全運(yùn)行與長(zhǎng)期使用。

基于我國(guó)沿海港口﹑碼頭﹑跨海大橋等海工構(gòu)筑物普遍存在混凝土﹑鋼筋﹑鋼管樁等數(shù)量巨大﹑海水腐蝕環(huán)境惡劣﹑影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行等現(xiàn)狀。為確保設(shè)計(jì)使用壽命，設(shè)計(jì)階段就應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化腐蝕控制的理念，將各種腐蝕控制手段有機(jī)結(jié)合起來(lái)；在施工過(guò)程﹑后續(xù)檢測(cè)及維護(hù)等方面，也應(yīng)環(huán)環(huán)緊扣，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題﹑解決問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)﹑施工﹑檢測(cè)﹑維護(hù)相互銜接的做法行之有效，不僅可節(jié)約結(jié)構(gòu)的腐蝕控制措施投資，還可為建設(shè)項(xiàng)目增值。

2 國(guó)內(nèi)海港工程常用腐蝕控制技術(shù)

2.1 國(guó)內(nèi)海港工程鋼結(jié)構(gòu)常用腐蝕控制技術(shù)

2.1.1 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕控制的基本措施

（1）優(yōu)選鋼材

（2）預(yù)留腐蝕裕量

2.1.2 鋼結(jié)構(gòu)腐蝕控制的附加措施

（1）防腐涂層涂裝

（2）玻璃纖維復(fù)合包覆

（3）犧牲陽(yáng)極或外加電流陰極保護(hù)

2.2 國(guó)內(nèi)海港工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常用腐蝕控制技術(shù)

2.2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕控制的基本措施

（1）選用高性能海工混凝土

（2）增加混凝土保護(hù)層厚度

（3）采用特種鋼筋，如環(huán)氧涂層鋼筋﹑耐蝕鋼筋﹑不銹鋼鋼筋﹑鍍鋅鋼筋等。

（4）混凝土中摻用阻銹劑

2.2.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕控制的附加措施

（1）防腐涂層或有機(jī)硅烷滲透劑

（2）玻璃纖維復(fù)合包覆

（3）混凝土中的鋼筋使用外加電流陰極保護(hù)

3 杭州灣大橋下部結(jié)構(gòu)主要腐蝕控制方案

作為當(dāng)時(shí)世界上最長(zhǎng)的跨海大橋，針對(duì)杭州灣海域腐蝕環(huán)境惡劣的情況，大橋建設(shè)者們結(jié)合海港工程常用腐蝕控制技術(shù)，聯(lián)合采用了多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，以有效確保工程100年使用壽命。具體如下：

3.1 杭州灣大橋下部鋼結(jié)構(gòu)主要腐蝕控制方案

杭州灣大橋下部結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)主要為鋼管樁，樁徑分別為1.5m﹑1.6m，樁長(zhǎng)71m-89m。為確保全部超長(zhǎng)﹑超大鋼管樁的設(shè)計(jì)使用年限，設(shè)計(jì)之初即對(duì)所有鋼管樁采用了腐蝕余量設(shè)計(jì)+防腐涂裝+犧牲陽(yáng)極的聯(lián)合防腐蝕保護(hù)方式，其主要腐蝕控制方案如下：

3.1.1 預(yù)留鋼板腐蝕裕量

全橋鋼管樁均采用Q345c材質(zhì)鋼，鋼管樁上端厚度為22mm，下端厚度為20mm。

3.1.2 鋼管樁防腐涂裝

（1）中引橋﹑南引橋鋼管樁涂裝方案

中引橋﹑南引橋特點(diǎn)為樁身受沖刷作用大，因此，樁身表面采用的熔融環(huán)氧粉末防腐涂層設(shè)計(jì)方案為：

泥下區(qū)采用普通型單層，涂層厚度≥300μm；

水下區(qū)采用普通型雙層，涂層厚度≥600μm；

水位變動(dòng)區(qū)采用加強(qiáng)型雙層，涂層厚度800μm-1000μm。

（2）北航道橋南側(cè)高墩區(qū)引橋﹑南航道橋高墩區(qū)引橋鋼管樁涂裝方案

北航道橋南側(cè)高墩區(qū)引橋及南航道橋高墩區(qū)引橋的特點(diǎn)為受波浪載荷大，其樁身表面采用的熔融環(huán)氧粉末防腐涂層設(shè)計(jì)方案為：

樁頂以下0m-0.8m范圍內(nèi)為裸樁；

樁頂以下0.8m-9.0m范圍內(nèi)采用加強(qiáng)型雙層，涂層厚度≥800μm；

樁頂以下9.0m-43.0m范圍內(nèi)采用普通型雙層，涂層厚度≥600μm；

樁頂以下43.0m以下范圍內(nèi)采用普通型單層，涂層厚度≥300μm。

3.1.3 鋼管樁犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)

大橋鋼管樁同時(shí)還采用了犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)，犧牲陽(yáng)極組與鋼管樁短路連接后，對(duì)鋼管樁進(jìn)行保護(hù)。

表1各項(xiàng)腐蝕控制措施聯(lián)合使用，可將大橋鋼管樁整體防腐蝕年限延長(zhǎng)至50年。50年設(shè)計(jì)使用期滿(mǎn)后，可通過(guò)更換犧牲陽(yáng)極的方式，繼續(xù)延長(zhǎng)鋼管樁的使用壽命至100年。

3.2 杭州灣大橋下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要腐蝕控制方案

杭州灣大橋下部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土構(gòu)件主要指橋墩（含下部濕接頭，下同）﹑承臺(tái)﹑鉆孔灌注樁等。其主要腐蝕控制方案如下：

3.2.1 海工高性能混凝土及增加保護(hù)層厚度

基于耐久性考慮，杭州灣大橋從材質(zhì)本身出發(fā)，其基本措施是采用高性能混凝土，同時(shí)，下部結(jié)構(gòu)的混凝土保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值均≥50mm，海中區(qū)承臺(tái)及鉆孔灌注樁更達(dá)到90mm，以提高混凝土密實(shí)度及抗?jié)B透性能。此外，橋墩濕接頭﹑承臺(tái)等結(jié)構(gòu)還在完工后即進(jìn)行了硅烷浸漬處理。

3.2.2 防腐蝕涂料

大橋混凝橋墩﹑承臺(tái)﹑索塔施工完畢后，即進(jìn)行表面防腐蝕涂裝施工，其涂層防腐蝕體系設(shè)計(jì)使用年限為20年，防腐涂裝面積共計(jì)約90萬(wàn)m2。涂層配套系統(tǒng)見(jiàn)表2。

3.2.3 其它防腐蝕措施

作為百年大橋的重要組成部分，該橋下部結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土構(gòu)件還采用了其它防腐蝕控制措施，具體如下：

橋墩（浪濺區(qū)區(qū)域）：環(huán)氧涂層鋼筋，配合阻銹劑使用。

現(xiàn)澆濕接頭：環(huán)氧涂層鋼筋，配合阻銹劑使用。

南﹑北航道橋索塔（+10.2m高程以下）﹑承臺(tái)：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋使用外加電流陰極保護(hù)技術(shù)。

表1杭州灣大橋主橋結(jié)構(gòu)水下鋼管樁樁及其犧牲陽(yáng)極組規(guī)格數(shù)量匯總表

4 杭州灣大橋下部結(jié)構(gòu)防腐蝕檢測(cè)方案

自大橋2003年11月14日開(kāi)工打下第一根樁至今已超過(guò)10年。為確保大橋的運(yùn)行安全，需定期對(duì)其進(jìn)行全面的檢查與檢測(cè)。參考JTJ302-2006《港口水工建筑物檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》，考慮到杭州灣大橋百年大橋目前只運(yùn)行6年的實(shí)際情況，將下部結(jié)構(gòu)的防腐蝕檢測(cè)內(nèi)容界定如下：

4.1 杭州灣大橋下部鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕檢測(cè)方案

4.1.1 鋼管樁水上可見(jiàn)區(qū)域的涂層外觀及厚度

本項(xiàng)主要檢查海中區(qū)包括主橋和海中平臺(tái)的鋼管樁水上可見(jiàn)區(qū)域（即設(shè)計(jì)低水位至承臺(tái)底標(biāo)高區(qū)域）涂層外觀情況，檢查涂層是否存在粉化﹑變色﹑裂紋﹑起泡﹑和脫落等缺陷，測(cè)讀涂層厚度值等。

表2 橋墩、承臺(tái)、索塔涂層系統(tǒng)配套

4.1.2 鋼管樁犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)效果

本項(xiàng)主要檢查鋼管樁犧牲陽(yáng)極保護(hù)電位。

應(yīng)當(dāng)引起注意的是，若檢測(cè)到的保護(hù)電位有大片區(qū)域無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)保護(hù)要求，建議應(yīng)對(duì)該處犧牲陽(yáng)極塊剩余外觀尺寸﹑被保護(hù)鋼管樁的壁厚作進(jìn)一步檢查。

4.2杭州灣大橋下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕檢測(cè)方案

4.2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（橋墩﹑承臺(tái)）的涂層外觀﹑厚度

本項(xiàng)主要檢查混凝土涂層是否存在裂紋﹑起泡﹑變色﹑粉化和脫落等現(xiàn)象，測(cè)讀涂層厚度值等。

4.2.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（橋墩﹑承臺(tái)）的結(jié)構(gòu)外觀

本項(xiàng)主要檢查結(jié)構(gòu)表面的裂縫情況﹑混凝土剝落等情況。

4.2.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（橋墩﹑承臺(tái)）的構(gòu)件專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)

本項(xiàng)主要檢查下部結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度﹑氯離子含量﹑碳化深度等三項(xiàng)指標(biāo)。

4.3 杭州灣大橋下部結(jié)構(gòu)腐蝕控制措施劣化評(píng)估分級(jí)及處理要求

評(píng)估及維護(hù)建議主要根據(jù)JTJ302-2006《港口水工建筑物檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

對(duì)于缺陷的修補(bǔ)處理，按照有關(guān)規(guī)范﹑標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行。

5 意見(jiàn)及建議

大橋建成后的跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：杭州灣大橋腐蝕控制方案合理可行﹑起到了良好的保護(hù)效果，主要構(gòu)件均處于良好保護(hù)狀態(tài)。但是，由于大橋所處水域環(huán)境惡劣，且受泥沙及水流沖刷嚴(yán)重，檢查過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)構(gòu)件局部需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行維護(hù)處理，以期對(duì)結(jié)構(gòu)后續(xù)安全使用起到有力保障。

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