營(yíng)口遼河特大橋主塔陰極保護(hù)施工技術(shù)
2017-03-20
1 概述
遼寧省濱海公路遼河特大橋起于營(yíng)口市新興大街以北，與營(yíng)口市濱海公路對(duì)接，終點(diǎn)連接盤錦市濱海公路。路線全長(zhǎng)4440米，其中橋梁全長(zhǎng)3326米，主橋長(zhǎng)866米，寬33米，主跨為436米，采用雙塔雙索面鋼箱梁斜拉方案。
該橋梁混凝土防腐工程，主要為營(yíng)口側(cè)主塔塔座及高程+17.85米以下塔身鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面，外加電流陰極防護(hù)施工。
2 陰極保護(hù)基本原理
陰極保護(hù)技術(shù)的基本原理是，對(duì)被保護(hù)的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化。當(dāng)金屬的單位負(fù)于某一電位值時(shí)，腐蝕的陽(yáng)極溶解過程就會(huì)得到有效的抑制。
3 陰極保護(hù)施工主要設(shè)備
陰極保護(hù)施工的主要設(shè)備有：變壓整流器一臺(tái)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一套，參比電極十個(gè)、電纜（6mm2）1942.259m、接線盒290套、遙測(cè)遙控系統(tǒng)3套、鈦網(wǎng)陽(yáng)極4608.27 m、鈦導(dǎo)電條251.95 m、數(shù)字萬(wàn)用表2個(gè)、塑料卡子28750.92 m、PVC管Φ32：47.88 m、厚壁PVC管Φ50：606.5 m、PVC管Φ70：124 m、接線銅管290個(gè)。
4 混凝土陰極保護(hù)施工工藝
混凝土外加電流陰極保護(hù)工程主要施工工藝，包括被保護(hù)結(jié)構(gòu)物鋼筋的電性連接測(cè)量；網(wǎng)狀陽(yáng)極、鈦導(dǎo)電條、負(fù)極連接、陽(yáng)極電纜、負(fù)極電纜等工作回路的安裝連接工作；參比電極、參比電極負(fù)極連接、參比電極電纜等檢測(cè)回路的安裝工作；兩個(gè)電路的電路電連續(xù)性和電路是否短路進(jìn)行測(cè)量；接線盒安裝、電纜接線、變壓整流器安裝接線；系統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)收等。
5 施工方案
5.1 系統(tǒng)構(gòu)成
本項(xiàng)目陰極保護(hù)系統(tǒng)包括：鈦網(wǎng)輔助陽(yáng)極、鈦導(dǎo)電條、塑料夾、參比電極、導(dǎo)電連接裝置、變壓整流器柜和電纜。
?。?）MMO鈦網(wǎng)陽(yáng)極
采用MMO鈦網(wǎng)陽(yáng)極即混合金屬氧化物（MMO）涂敷的帶狀鈦基陽(yáng)極，其性能符合《混凝土中鋼筋的陰極保護(hù)》EN12696的規(guī)定，10mm寬，擴(kuò)張厚度1.3mm，每卷76米，網(wǎng)孔尺寸2.5mm×4.6mm×0.6mm，每平方米額定輸出電流110mA，使用壽命100年。使用用塑料夾來固定陽(yáng)極，防止陽(yáng)極和鋼筋接觸，將陽(yáng)極和鋼筋隔開，其安裝間隔為30cm，保證陽(yáng)極與鋼筋最小距離2cm，能得到更大的電流分布面積。鈦網(wǎng)陽(yáng)極安裝在表層鋼筋和混凝土表面之間。
?。?）鈦導(dǎo)電條
鈦導(dǎo)電條為工業(yè)純鈦制作，滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM B265，本工程使用的鈦導(dǎo)電條尺寸為12.7×0.9mm。導(dǎo)電條也安裝在塑料夾上。
?。?）參比電極
本工程選用永久性銀/氯化銀參比電極作為檢測(cè)、監(jiān)控用參比電極之一。實(shí)際工作壽命能達(dá)到20年。整個(gè)工程共需Ag/AgCl參比電極10個(gè)，每個(gè)分區(qū)2個(gè)。
同時(shí)，本工程還將采用鈦參比電極，其尺寸為直徑25毫米，長(zhǎng)100毫米，并與電纜尾線自成一體。工作壽命為100年，由特殊的鈦棒、碳化鐵體產(chǎn)品、PVC、不銹鋼連接物構(gòu)成。
?。?）導(dǎo)電連接裝置
導(dǎo)電連接裝置分兩種，鋼筋導(dǎo)電連接裝置和陽(yáng)極導(dǎo)電連接裝置。鋼筋導(dǎo)電連接裝置是用來連接電纜和鋼筋的裝置。陽(yáng)極導(dǎo)電連接裝置及電纜和鈦導(dǎo)電條的裝置，電接頭的一端伸出的軟鋼帶與鋼筋電焊在一起；另一端與電纜固定，同時(shí)外層使用環(huán)氧澆封。施工時(shí)防止在澆注混凝土?xí)r接頭被破壞，過程中注意保護(hù)。安裝過程中應(yīng)用萬(wàn)用表檢查鋼筋和負(fù)極連接電纜間的電連續(xù)性。
?。?）陰極保護(hù)電纜包括電源電纜、陽(yáng)極電纜、陰極電纜和參比電極電纜。
電源電纜：為陰極保護(hù)系統(tǒng)供電的電纜，由大橋主體設(shè)計(jì)方提供供電回路接口，及電源電纜型號(hào)。
陽(yáng)極電纜和陰極電纜：采用單股銅芯電纜，電纜護(hù)套應(yīng)具有連好的絕緣、抗老化、耐腐蝕性能。
參比電極電纜應(yīng)選用耐腐蝕和耐老化的屏蔽電纜，參比電極電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜，其屏蔽層必須接地。
電纜設(shè)計(jì)時(shí)考慮25%的系統(tǒng)最大載流的富裕量，和125%最大系統(tǒng)輸出電流的電壓降。
經(jīng)過綜合考慮。本工程選用的陽(yáng)極主電纜、陽(yáng)極分電纜、陰極電纜、參比電極測(cè)量電纜、參比電極接地電纜。
?。?）變壓整流器
系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)使用壽命為100年，變壓整流器中有部分元件無法一次達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，運(yùn)行期對(duì)部分易損部件必然要進(jìn)行更換。本工程將采用先進(jìn)可靠的帶無線遙測(cè)的變壓整流器設(shè)備。
?。?）遠(yuǎn)程控制單元
遠(yuǎn)程控制單元通過安裝于變壓整流器中的信號(hào)采集單元，收集鋼筋保護(hù)電位數(shù)據(jù)以及變壓整流器的工作參數(shù)，由控制電纜將收集到的信息傳輸?shù)郊邪l(fā)射裝置，通過終端計(jì)算機(jī)接收模塊收集并處理各發(fā)射裝置輸出的數(shù)據(jù)，控制人員可以通過監(jiān)控軟件，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作情況，并可根據(jù)情況，發(fā)出相應(yīng)的調(diào)整指令，構(gòu)成了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。
5.2驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
混凝土外加電流陰極預(yù)防保護(hù)系統(tǒng)參照《混凝土中鋼筋的陰極保護(hù)》（歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12696-2000）進(jìn)行驗(yàn)收；
對(duì)于任何暴露于大氣中的結(jié)構(gòu)，任何代表性的點(diǎn)應(yīng)當(dāng)滿足下述其中任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
（1）對(duì)于Ag/AgCI/0.5MKCI參比電極，瞬時(shí)關(guān)閉電壓（在把直流電回路的開關(guān)開啟后，在0.1秒和1秒之間測(cè)量），低于-720mV。
（2）24小時(shí)后，電壓衰減大于100mV。
（3）在超過24小時(shí)或者更長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)衰減以及使用參比電極（不是電壓衰減感應(yīng)器）條件下，電壓衰減大于150mV。
在系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行期間，評(píng)估這個(gè)系統(tǒng)是否為鋼筋提供設(shè)計(jì)壽命100年的保護(hù)環(huán)境，將依照歐洲規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)定期進(jìn)行性能評(píng)估。 在系統(tǒng)安裝完成后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和檢測(cè)，直至符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。在工程完成后3個(gè)月提交評(píng)估報(bào)告。
6 施工方法
6.1被保護(hù)結(jié)構(gòu)物鋼筋的電性連接測(cè)量
被保護(hù)結(jié)構(gòu)物鋼筋的電性連接測(cè)量，若測(cè)量結(jié)果不符合規(guī)范規(guī)定，應(yīng)該對(duì)不合格點(diǎn)所處位置進(jìn)行補(bǔ)焊或增加綁扎點(diǎn)數(shù)。若是因?yàn)殇摻钿P蝕造成，應(yīng)進(jìn)行除銹處理。
6.2工作回路安裝
工作回路包括分離式陽(yáng)極網(wǎng)狀陽(yáng)極、鈦導(dǎo)電條、導(dǎo)電連接裝置、電纜等安裝。
網(wǎng)狀陽(yáng)極：網(wǎng)狀陽(yáng)極用于保護(hù)承臺(tái)頂面、墩身、塔身，使用塑料卡及塑料扎帶固定在鋼筋上，并將塑料扎帶尾部齊根剪斷。剪斷的塑料扎帶尾部由施工人員收集集中處理，不得隨意丟棄。
陽(yáng)極網(wǎng)布置間距為30cm，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)該根據(jù)這一原則、分析現(xiàn)場(chǎng)鋼筋分布規(guī)則進(jìn)行合理安排，不可出現(xiàn)網(wǎng)狀陽(yáng)極帶間距過大的情況。網(wǎng)狀陽(yáng)極帶安裝之前應(yīng)該按照分區(qū)的長(zhǎng)度合理下料，長(zhǎng)度不夠時(shí)使用點(diǎn)焊機(jī)連接網(wǎng)狀陽(yáng)極帶。點(diǎn)焊機(jī)的使用要注意調(diào)整好電流和時(shí)間，保證焊接的強(qiáng)度和質(zhì)量?？梢栽谡绞┕で笆褂镁W(wǎng)狀陽(yáng)極帶料頭進(jìn)行幾次試驗(yàn)找好規(guī)律，并在施工過程中不斷調(diào)整。每個(gè)連接處需要有3個(gè)以上的有效焊接點(diǎn)。
陽(yáng)極綁扎是要注意使網(wǎng)狀陽(yáng)極帶本身受一定的拉力避免網(wǎng)狀陽(yáng)極帶在兩個(gè)塑料卡支撐點(diǎn)中央出現(xiàn)下垂而導(dǎo)致與鋼筋距離較近造成近短路，更要避免圖中的與鋼筋間距小于2cm的情況。綁扎鋼筋用的鉛絲也要注意將扎絲頭剪掉避免搭到陽(yáng)極造成死短路。
鈦導(dǎo)電條：鈦導(dǎo)電條應(yīng)使用工業(yè)純鈦制作，滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM B265，鈦導(dǎo)電條主要作用是將各陽(yáng)極網(wǎng)帶連接成導(dǎo)電整體，使電流分布更加均勻，其布置位置見施工圖。導(dǎo)電條與網(wǎng)狀陽(yáng)極使用點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行焊接連接，保證每個(gè)連接處至少有2個(gè)焊接點(diǎn)。
導(dǎo)電電連接裝置：導(dǎo)電連接裝置分兩種，鋼筋導(dǎo)電連接裝置和陽(yáng)極導(dǎo)電連接裝置。鋼筋導(dǎo)電連接裝置是用來連接電纜和鋼筋的裝置，通常施工時(shí)使用鋁熱焊配合防火膠泥將電纜銅芯與鋼筋焊接，焊接后用快干環(huán)氧將其密封。
陽(yáng)極導(dǎo)電連接裝置及電纜和鈦導(dǎo)電條的裝置，電接頭的一端伸出的軟鋼帶與鋼筋電焊在一起，另一端與電纜固定。同時(shí)，外層使用環(huán)氧澆封。施工時(shí)防止在澆注混凝土?xí)r接頭被破壞，過程中注意保護(hù)。安裝過程中應(yīng)用萬(wàn)用表檢查鋼筋和負(fù)極連接電纜間的電連續(xù)性。
6.3 監(jiān)測(cè)回路安裝
參比電極：將鈦參比電極和銀/氯化銀型參比電極用混凝土澆注成一個(gè)整體，在將它們固定在測(cè)量位置的鋼筋上。參比電極的電纜沿鋼筋布置，延伸到混凝土結(jié)構(gòu)外面。參比電極的外壁應(yīng)完全被水泥材料封裝，特別是參比電極的側(cè)面和頂面。
參比電極回路連接頭應(yīng)該焊接到鋼筋上，每一個(gè)參比電極應(yīng)在50cm距離內(nèi)安裝一個(gè)參比電極負(fù)極回路接頭。
參比電極負(fù)極回路接頭施工形式同陽(yáng)極的導(dǎo)電裝置形式。
另外參比電極安裝后帶有尾線。因此，安裝后需要將電纜按照施工圖紙制定的位置進(jìn)行敷設(shè)，同時(shí)做好電纜的保護(hù)工作。
6.5 混凝土澆注
混凝土澆注過程是決定系統(tǒng)能否成功的關(guān)鍵程序，應(yīng)提前與混凝土澆注施工人員進(jìn)行充分溝通，講明注意事項(xiàng)，將澆筑過程中有可能出現(xiàn)的情況及處理的措施對(duì)施工人員進(jìn)行交底。首先要避免施工人員活動(dòng)對(duì)已安裝完畢構(gòu)件的損壞?；炷翝沧r(shí)避免混凝土直接沖擊到構(gòu)件。當(dāng)使用振搗棒振搗時(shí)振搗棒遠(yuǎn)離安裝構(gòu)件，該過程配專人監(jiān)控。
在專人現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)控制的同時(shí)，視澆筑面積的大小分若干組使用12V直流電源和萬(wàn)用表，采用斷電電位衰減的方法不斷觀測(cè)是否有短路情況發(fā)生。若有短路情況立即通知混凝土澆注人員停止?jié)仓?，迅速找出問題出現(xiàn)位置迅速解決，不應(yīng)由于該原因而長(zhǎng)時(shí)間停止?jié)仓炷痢?
6.6 電纜頭的保護(hù)
由于橋梁結(jié)構(gòu)施工的工序特點(diǎn)，在承臺(tái)或墩身、塔身施工結(jié)束后從結(jié)構(gòu)中引出的電纜不能立刻接入接線箱或變壓整流器，而是要經(jīng)過一段時(shí)間。為防止在這段時(shí)間內(nèi)電纜被有意或無意的破壞，應(yīng)該對(duì)外露電纜進(jìn)行臨時(shí)的保護(hù)。具體保護(hù)措施可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件進(jìn)行但必須做到電纜頭的密封防水處理，避免電纜直接暴露于室外環(huán)境避免雨淋暴曬，避免受力拖曳。
6.7 接線盒安裝電纜敷設(shè)等
當(dāng)大橋上部結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，將外露的各種電纜或預(yù)留接頭匯集至各自的接線盒內(nèi)進(jìn)行連接，連接后使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封。本工程的接線盒采用IP65，PVC或其它更好材質(zhì)。接線盒固定在圖紙規(guī)定位置。
電纜采用電纜套管和電纜橋架鋪設(shè)兩種形式，在不能使用大橋提供的電纜橋架的位置使用316L不銹鋼材質(zhì)的碰撞螺栓或預(yù)埋螺栓配合U型卡具固定PVC電纜套管進(jìn)行穿線施工。在有電纜橋架位置則利用電纜橋架布置。兩種布置形式都要注意電纜保留一定的松弛度，參比電極控制電纜盡量與動(dòng)力電纜分開布置避免對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。
6.8 變壓整流器安裝
大橋主體結(jié)構(gòu)完成后可以安裝變壓整流器。本工程共需1臺(tái)整流器其施工應(yīng)滿足GB50254-96《電器裝置安裝工程 低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。直流電源的交流輸入端應(yīng)安裝外部切斷開關(guān)，其金屬外殼應(yīng)妥善接地，接地電阻應(yīng)小于4Ω。本工程直流電源設(shè)置有防腐蝕、防水、防累的鋼外殼。另外，無線遙測(cè)系統(tǒng)集成在變壓整流器內(nèi)。
6.9 系統(tǒng)調(diào)試
系統(tǒng)調(diào)試依照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 12696-2000第8節(jié)的規(guī)定。
初期調(diào)試時(shí)，一般施加一個(gè)相對(duì)較低的電流，一般為額定電流的10%～20%，使系統(tǒng)慢慢極化.記錄下有關(guān)數(shù)據(jù)：
1）永久性參比電極和便攜式參比電極測(cè)出的鋼筋電位；
2）變壓整流器的輸出電壓和輸出電流。
經(jīng)過7～28天的低電流密度初期極化后，進(jìn)行全極化。
系統(tǒng)的保護(hù)電位一般不超過-1100mv（預(yù)應(yīng)力鋼筋不超過-900mv） 系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)滿足下面的條件之一：
瞬間斷開電位負(fù)于-720mv；
24小時(shí)電位衰減大于100 mv；
更長(zhǎng)時(shí)間（超過24小時(shí)）電位衰減不小于150 mv。
7 結(jié)束語(yǔ)
大量的工程實(shí)踐證明，對(duì)于腐蝕造成破壞的已建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物，陰極保護(hù)是唯一有效的長(zhǎng)期撫是控制的措施。本技術(shù)在遼河特大橋得到了成功運(yùn)用，對(duì)同類型橋梁的斜拉索掛設(shè)施工有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
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?。?）《混凝土中鋼筋的陰極保護(hù)》（EN 12696-2000）
