巴布亞新幾內(nèi)亞工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司中國(guó)·上海2007年10月審定：陳洪均審核：校審：編寫：朱忠余靳如剛張弈目錄1.工程概況...................................................................................12.設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)依據(jù)...............................................12.1設(shè)計(jì)內(nèi)容.............................................................................................12.2設(shè)計(jì)要求.............................................................................................12.3設(shè)計(jì)依據(jù).............................................................................................23.設(shè)計(jì)條件...................................................................................23.1自然條件.............................................................................................23.2設(shè)計(jì)高程.............................................................................................24.犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)......................................................34.1保護(hù)電流密度取值............................................................................34.2保護(hù)面積計(jì)算....................................................................................34.3保護(hù)電流量計(jì)算................................................................................34.4陽(yáng)極材質(zhì)選用....................................................................................44.5陽(yáng)極塊規(guī)格........................................................................................54.6陽(yáng)極的實(shí)際數(shù)量、質(zhì)量及布置........................................................74.7電連接設(shè)計(jì)........................................................................................85.犧牲陽(yáng)極的安裝和檢測(cè)要求......................................................85.1安裝.....................................................................................................85.2檢測(cè).....................................................................................................96.施工注意事項(xiàng)..........................................................................107.使用期的維護(hù)與管理...............................................................111巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明1.工程概況巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程位于大洋洲巴布亞新幾內(nèi)亞的馬當(dāng)省，擬建于距省會(huì)馬當(dāng)市東南55km的Basamuk內(nèi)凹形海灣西側(cè)的天然深水區(qū)。本工程各碼頭部分采用的鋼管樁規(guī)格、數(shù)量參見(jiàn)下表所示：表1碼頭各部分鋼管樁規(guī)格數(shù)量表為確保設(shè)計(jì)使用年限（25年）對(duì)鋼管樁采用：涂料+犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)（本設(shè)計(jì)不包括涂料設(shè)計(jì)）。2.設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)依據(jù)2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容處于水下區(qū)和泥下區(qū)的鋼管樁外表面的犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)、安裝、檢測(cè)、使用維護(hù)管理及施工要求。2.2設(shè)計(jì)要求（1）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用年限為25年；（2）水位變動(dòng)區(qū)采用：重防腐涂層＋犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)水下區(qū)采用：重防腐涂層＋犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)泥下區(qū)采用：犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)（3）鋼管樁保護(hù)電位須達(dá)到交通部《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》JTJ230-89的要求（即-1.05V?-0.77V相對(duì)于S.C.E）；1巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明（4）鋁合金陽(yáng)極技術(shù)性能應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋁—鋅—銦系合金犧牲陽(yáng)極》GB/T4948-2002各項(xiàng)技術(shù)要求；（5）設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)檢應(yīng)符合部標(biāo)、國(guó)標(biāo)及企標(biāo)有關(guān)技術(shù)規(guī)定；（6）《巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程碼頭水工結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層及鋼管樁陰極保護(hù)技術(shù)要求》。2.3設(shè)計(jì)依據(jù)（1）本工程相關(guān)樁位圖、斷面圖、鋼管樁結(jié)構(gòu)圖等有關(guān)設(shè)計(jì)圖紙及其說(shuō)明；（2）《巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程碼頭水工結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層及鋼管樁陰極保護(hù)技術(shù)要求》；（3）環(huán)境條件（包括潮汐、水質(zhì)情況、土壤情況等）；（4）交通部《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》JTJ230-89；（5）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋁—鋅—銦系合金犧牲陽(yáng)極》GB/T4948-2002。3.設(shè)計(jì)條件3.1自然條件（1）潮位設(shè)計(jì)高水位：+0.50m設(shè)計(jì)低水位：+-0.40m（2）水質(zhì)水質(zhì)電阻率：30Ω?cm3.2設(shè)計(jì)高程（1）5萬(wàn)噸級(jí)碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高：-15.00m（現(xiàn)有泥面-15~-22m）。（2）工作船碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高：-4.90m(現(xiàn)有泥面-5～-9m)。2巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明（3）引橋設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高：-1.00m～-1.50m。4.犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1保護(hù)電流密度取值保護(hù)電流密度參考交通部《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》JTJ230-89表6.1.4，并結(jié)合我們多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：表4.1各區(qū)段保護(hù)電流密度取值表4.2保護(hù)面積計(jì)算根據(jù)本工程設(shè)計(jì)圖紙中設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高、樁長(zhǎng)等相關(guān)條件及《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》JTJ230-89之規(guī)定，分別計(jì)算每個(gè)結(jié)構(gòu)段的保護(hù)面積，結(jié)果見(jiàn)下表：表4.2鋼管樁各結(jié)構(gòu)段保護(hù)面積計(jì)算結(jié)果表本工程總保護(hù)面積約為：4.255萬(wàn)㎡。4.3保護(hù)電流量計(jì)算本工程按水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)及泥下區(qū)分別計(jì)算每個(gè)結(jié)構(gòu)段的初期保護(hù)電流量，跟據(jù)《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》之要求，保護(hù)電流計(jì)算公式如下：3巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明I??Sj?ijj?1n其中：I—保護(hù)電流量，AS—各區(qū)段保護(hù)面積，㎡i—各區(qū)段保護(hù)電流密度，A/㎡。根據(jù)上述公式計(jì)算單根鋼管樁初期平均保護(hù)電流量如下表所示：表4.3鋼管樁各結(jié)構(gòu)段初期保護(hù)電流量計(jì)算結(jié)果表即單樁初期平均理論保護(hù)電流量約為3.12A（最小為：0.64A；最大為：3.49A）；本工程初期總保護(hù)電流量約為726.64A。4.4陽(yáng)極材質(zhì)選用按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋁-鋅-銦系合金犧牲陽(yáng)極》GB/T4948-2002，本設(shè)計(jì)采用Al-Zn-In-Mg-Ti合金犧牲陽(yáng)極(其化學(xué)成份種類A21、電化學(xué)性能陽(yáng)極材料2型)。其化學(xué)成份及電化學(xué)性能見(jiàn)下表：表4.4犧牲陽(yáng)極材料、成份及電化學(xué)性能表4巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明注：S.C.E指參比電極為飽和甘汞電極。4.5陽(yáng)極塊規(guī)格（1）本工程陽(yáng)極規(guī)格設(shè)定：900×（190+200）×170mm，陽(yáng)極結(jié)構(gòu)示意圖如下：陽(yáng)極結(jié)構(gòu)示意圖圖4.5（2）單塊陽(yáng)極凈重：81.75㎏/只單塊陽(yáng)極毛重：89.57㎏/只注：每只陽(yáng)極出廠實(shí)際質(zhì)量允許有±1.5%的偏差。（3）單只陽(yáng)極輸出電流計(jì)算：?jiǎn)螇K陽(yáng)極發(fā)生電流按下式計(jì)算：Ia=△E/Ra式中：Ia－單塊陽(yáng)極發(fā)生電流量，A/塊；△E－陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)電位，V；鋁合金陽(yáng)極作為長(zhǎng)壽命陽(yáng)極使用，取△E＝0.25V；Ra－陽(yáng)極接水電阻，Ω。陽(yáng)極采用旁離式安裝方法，陽(yáng)極接水電阻按下式計(jì)算：Ra???4L??1??ln2?L?r?式中：ρ—海水電阻率，Ω·cm，取電阻率ρ＝30Ω·cm；5巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明L—犧牲陽(yáng)極長(zhǎng)度，cm；r—陽(yáng)極當(dāng)量半徑，cm，r=C/2π，C為陽(yáng)極截面周長(zhǎng)。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上述公式求得該規(guī)格犧牲陽(yáng)極的理論輸出電流約為：Ia=1.94A。為滿足每根鋼管樁初期最大3.49A保護(hù)電流量的需要，每根鋼管樁需要安裝2只該類型犧牲陽(yáng)極。則該類型陽(yáng)極實(shí)際最大輸出電流量約為：1.745A(<Ia=1.94A，滿足實(shí)際要求且已經(jīng)考慮了10%的安全系數(shù))。（4）陽(yáng)極使用年限的校核計(jì)算根據(jù)《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》按下式計(jì)算陽(yáng)極使用年限：t?W1fEg?Iat?81.75?0.93.37?(1.745/2)=25.02年其中：W1—每個(gè)陽(yáng)極的凈重（㎏）；f—利用系數(shù)；Eg—陽(yáng)極的消耗率（㎏/A·a）；Ia—設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)每個(gè)陽(yáng)極的平均發(fā)生電流量（A），按單只陽(yáng)極實(shí)際發(fā)射電流量的一半計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明該規(guī)格陽(yáng)極滿足使用年限要求（≥25年）。（5）單樁犧牲陽(yáng)極最大理論用量計(jì)算根據(jù)鋼管樁所需的最大平均保護(hù)電流量和25年的設(shè)計(jì)使用壽命，按下式計(jì)算所需要的陽(yáng)極重量：W?I平均?t?8760q?k6巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明?(3.49/2)?25?8760?1.112600=163.15㎏<81.75㎏/只×2只=163.50㎏（滿足設(shè)計(jì)要求）式中：I平均：鋼管樁的最大平均保護(hù)電流量，按初期的一半計(jì)（A）；t：保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用年限，t=25年；q：陽(yáng)極的實(shí)際電容量，q=2600A·h/Kg；k：安全系數(shù)，一般取1.1～1.2；W：所需陽(yáng)極的凈重量（㎏）。4.6陽(yáng)極的實(shí)際數(shù)量、質(zhì)量及布置4.6.1陽(yáng)極安裝設(shè)計(jì)根據(jù)鋼管樁所需要的理論保護(hù)電流量及陽(yáng)極發(fā)射電流量，確定鋼管樁所需要陽(yáng)極數(shù)量，并考慮碼頭分段及單個(gè)承臺(tái)的獨(dú)立電連接作用，即均勻分布保護(hù)電流的原則。每根鋼管樁安裝2只陽(yáng)極。4.6.2陽(yáng)極數(shù)量設(shè)置表表4.6.2陽(yáng)極數(shù)量設(shè)置表4.6.3陽(yáng)極總重量計(jì)算陽(yáng)極總數(shù)量：466只7巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明陽(yáng)極總凈重：81.75㎏/只×466只=38095.5㎏陽(yáng)極總毛重：89.57㎏/只×466只=41739.6㎏4.7電連接設(shè)計(jì)電連接的目的是消除鋼管樁之間電位的不均衡性，采用陰極保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)短路連接，其連接方式可采用鋼筋連接（焊接）或電纜連接，其連接電阻不大于0.01Ω。根據(jù)本工程特點(diǎn)，由于在進(jìn)行陰極保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)即已考慮為單樁保護(hù)單樁的效果，因此電連接的設(shè)計(jì)將對(duì)引橋采用鋼管樁的排架的陰極保護(hù)效果起到輔助作用。引橋部分：將每個(gè)排架中的鋼管樁采用Ф22mm鋼筋（或同等截面積的電纜）電焊成一個(gè)通電網(wǎng)絡(luò)，使每個(gè)墩臺(tái)的鋼管樁均電連接在一起。碼頭部分：將每個(gè)結(jié)構(gòu)段的鋼管樁采用Ф22mm鋼筋（或同等截面積的電纜）電焊成一個(gè)通電網(wǎng)絡(luò)，使每個(gè)結(jié)構(gòu)段的全部鋼管樁均電連接在一起。電連接鋼筋既可借用引橋排架或碼頭結(jié)構(gòu)段的縱、橫梁鋼筋，也可單獨(dú)設(shè)計(jì)施工。所有焊接均要求搭接雙面焊，單邊焊接長(zhǎng)度不小于80mm，必須滿焊，不允許點(diǎn)焊、虛焊、漏焊。該項(xiàng)工作應(yīng)在建造水工構(gòu)筑物時(shí)同時(shí)完成。5.犧牲陽(yáng)極的安裝和檢測(cè)要求5.1安裝本工程陽(yáng)極的安裝采用水下電焊。（1）鋁合金陽(yáng)極按設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)高與鋼管樁焊成一體，陽(yáng)極安裝示意圖如下：8巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明犧牲陽(yáng)極安轉(zhuǎn)示意圖圖5.1（2）鋁合金陽(yáng)極直接焊于設(shè)定的鋼管樁上，每只陽(yáng)極為6條焊縫，每只陽(yáng)極腳有三條焊縫（三面施焊），每條焊縫長(zhǎng)度大于50mm，焊縫應(yīng)飽滿，嚴(yán)禁點(diǎn)焊、漏焊、假焊。（3）水下電焊應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的電焊工操作，并具有水下電焊上崗證書(shū)。（4）水下電焊施工操作前由操作者進(jìn)行水下電焊試焊?？砂瓷潭ǖ臋z驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊樣進(jìn)行檢查。（5）由于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際泥面標(biāo)高可能與理論泥面標(biāo)高有較大的出入，因此施工單位可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際泥面標(biāo)高情況，在不改變?cè)撲摴軜蛾?yáng)極數(shù)量的情況下，對(duì)陽(yáng)極的安裝標(biāo)高做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整原則如下：①最上面一只陽(yáng)極，上陽(yáng)極腳控制在設(shè)計(jì)低水位以下；②最下面一只陽(yáng)極，下陽(yáng)極腳控制在實(shí)際泥面1米以上；③在由設(shè)計(jì)低水位與實(shí)際泥面標(biāo)高確定的安裝范圍內(nèi)，平均分布該鋼管樁所需要安裝的陽(yáng)極數(shù)量。5.2檢測(cè)（1）成品的檢測(cè)9巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項(xiàng)目碼頭工程鋼管樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明①陽(yáng)極安裝前應(yīng)對(duì)陽(yáng)極規(guī)格、質(zhì)量、表面狀況進(jìn)行檢查，陽(yáng)極表面不得沾有油漆、油污。②生產(chǎn)廠家應(yīng)提供陽(yáng)極成品出廠合格證書(shū)和有關(guān)成品化學(xué)成份、電化學(xué)性能（包括工作電位、開(kāi)路電位、溶解性能）、電流效率以及陽(yáng)極體與鐵芯的接觸電阻等的檢測(cè)報(bào)告，檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《鋁－鋅－銦合金犧牲陽(yáng)極》GB/T4948－2002的要求。（2）犧牲陽(yáng)極水下電焊的檢測(cè)