營口遼河特大橋主塔陰極保護施工技術
2017-03-20
1 概述
遼寧省濱海公路遼河特大橋起于營口市新興大街以北，與營口市濱海公路對接，終點連接盤錦市濱海公路。路線全長4440米，其中橋梁全長3326米，主橋長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，主要為營口側(cè)主塔塔座及高程+17.85米以下塔身鋼筋混凝土結構表面，外加電流陰極防護施工。
2 陰極保護基本原理
陰極保護技術的基本原理是，對被保護的金屬表面施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化。當金屬的單位負于某一電位值時，腐蝕的陽極溶解過程就會得到有效的抑制。
3 陰極保護施工主要設備
陰極保護施工的主要設備有：變壓整流器一臺、遠程監(jiān)控系統(tǒng)一套，參比電極十個、電纜（6mm2）1942.259m、接線盒290套、遙測遙控系統(tǒng)3套、鈦網(wǎng)陽極4608.27 m、鈦導電條251.95 m、數(shù)字萬用表2個、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。
4 混凝土陰極保護施工工藝
混凝土外加電流陰極保護工程主要施工工藝，包括被保護結構物鋼筋的電性連接測量；網(wǎng)狀陽極、鈦導電條、負極連接、陽極電纜、負極電纜等工作回路的安裝連接工作；參比電極、參比電極負極連接、參比電極電纜等檢測回路的安裝工作；兩個電路的電路電連續(xù)性和電路是否短路進行測量；接線盒安裝、電纜接線、變壓整流器安裝接線；系統(tǒng)調(diào)試驗收等。
5 施工方案
5.1 系統(tǒng)構成
本項目陰極保護系統(tǒng)包括：鈦網(wǎng)輔助陽極、鈦導電條、塑料夾、參比電極、導電連接裝置、變壓整流器柜和電纜。
（1）MMO鈦網(wǎng)陽極
采用MMO鈦網(wǎng)陽極即混合金屬氧化物（MMO）涂敷的帶狀鈦基陽極，其性能符合《混凝土中鋼筋的陰極保護》EN12696的規(guī)定，10mm寬，擴張厚度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極，防止陽極和鋼筋接觸，將陽極和鋼筋隔開，其安裝間隔為30cm，保證陽極與鋼筋最小距離2cm，能得到更大的電流分布面積。鈦網(wǎng)陽極安裝在表層鋼筋和混凝土表面之間。
?。?）鈦導電條
鈦導電條為工業(yè)純鈦制作，滿足標準ASTM B265，本工程使用的鈦導電條尺寸為12.7×0.9mm。導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、監(jiān)控用參比電極之一。實際工作壽命能達到20年。整個工程共需Ag/AgCl參比電極10個，每個分區(qū)2個。
同時，本工程還將采用鈦參比電極，其尺寸為直徑25毫米，長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、不銹鋼連接物構成。
?。?）導電連接裝置
導電連接裝置分兩種，鋼筋導電連接裝置和陽極導電連接裝置。鋼筋導電連接裝置是用來連接電纜和鋼筋的裝置。陽極導電連接裝置及電纜和鈦導電條的裝置，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，同時外層使用環(huán)氧澆封。施工時防止在澆注混凝土時接頭被破壞，過程中注意保護。安裝過程中應用萬用表檢查鋼筋和負極連接電纜間的電連續(xù)性。
（5）陰極保護電纜包括電源電纜、陽極電纜、陰極電纜和參比電極電纜。
電源電纜：為陰極保護系統(tǒng)供電的電纜，由大橋主體設計方提供供電回路接口，及電源電纜型號。
陽極電纜和陰極電纜：采用單股銅芯電纜，電纜護套應具有連好的絕緣、抗老化、耐腐蝕性能。
參比電極電纜應選用耐腐蝕和耐老化的屏蔽電纜，參比電極電纜應盡量遠離動力電纜，其屏蔽層必須接地。
電纜設計時考慮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。本工程選用的陽極主電纜、陽極分電纜、陰極電纜、參比電極測量電纜、參比電極接地電纜。
?。?）變壓整流器
系統(tǒng)整體設計使用壽命為100年，變壓整流器中有部分元件無法一次達到設計使用壽命，運行期對部分易損部件必然要進行更換。本工程將采用先進可靠的帶無線遙測的變壓整流器設備。
?。?）遠程控制單元
遠程控制單元通過安裝于變壓整流器中的信號采集單元，收集鋼筋保護電位數(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，通過終端計算機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)測系統(tǒng)工作情況，并可根據(jù)情況，發(fā)出相應的調(diào)整指令，構成了遠程控制系統(tǒng)。
5.2驗收標準
混凝土外加電流陰極預防保護系統(tǒng)參照《混凝土中鋼筋的陰極保護》（歐洲標準EN12696-2000）進行驗收；
對于任何暴露于大氣中的結構，任何代表性的點應當滿足下述其中任何一個標準。
?。?）對于Ag/AgCI/0.5MKCI參比電極，瞬時關閉電壓（在把直流電回路的開關開啟后，在0.1秒和1秒之間測量），低于-720mV。
（2）24小時后，電壓衰減大于100mV。
（3）在超過24小時或者更長時間的連續(xù)衰減以及使用參比電極（不是電壓衰減感應器）條件下，電壓衰減大于150mV。
在系統(tǒng)調(diào)試和運行期間，評估這個系統(tǒng)是否為鋼筋提供設計壽命100年的保護環(huán)境，將依照歐洲規(guī)范中的標準定期進行性能評估。 在系統(tǒng)安裝完成后，對系統(tǒng)進行調(diào)試和檢測，直至符合驗收標準。在工程完成后3個月提交評估報告。
6 施工方法
6.1被保護結構物鋼筋的電性連接測量
被保護結構物鋼筋的電性連接測量，若測量結果不符合規(guī)范規(guī)定，應該對不合格點所處位置進行補焊或增加綁扎點數(shù)。若是因為鋼筋銹蝕造成，應進行除銹處理。
6.2工作回路安裝
工作回路包括分離式陽極網(wǎng)狀陽極、鈦導電條、導電連接裝置、電纜等安裝。
網(wǎng)狀陽極：網(wǎng)狀陽極用于保護承臺頂面、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。
陽極網(wǎng)布置間距為30cm，實際現(xiàn)場施工時應該根據(jù)這一原則、分析現(xiàn)場鋼筋分布規(guī)則進行合理安排，不可出現(xiàn)網(wǎng)狀陽極帶間距過大的情況。網(wǎng)狀陽極帶安裝之前應該按照分區(qū)的長度合理下料，長度不夠時使用點焊機連接網(wǎng)狀陽極帶。點焊機的使用要注意調(diào)整好電流和時間，保證焊接的強度和質(zhì)量?？梢栽谡绞┕で笆褂镁W(wǎng)狀陽極帶料頭進行幾次試驗找好規(guī)律，并在施工過程中不斷調(diào)整。每個連接處需要有3個以上的有效焊接點。
陽極綁扎是要注意使網(wǎng)狀陽極帶本身受一定的拉力避免網(wǎng)狀陽極帶在兩個塑料卡支撐點中央出現(xiàn)下垂而導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極造成死短路。
鈦導電條：鈦導電條應使用工業(yè)純鈦制作，滿足標準ASTM B265，鈦導電條主要作用是將各陽極網(wǎng)帶連接成導電整體，使電流分布更加均勻，其布置位置見施工圖。導電條與網(wǎng)狀陽極使用點焊機進行焊接連接，保證每個連接處至少有2個焊接點。
導電電連接裝置：導電連接裝置分兩種，鋼筋導電連接裝置和陽極導電連接裝置。鋼筋導電連接裝置是用來連接電纜和鋼筋的裝置，通常施工時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。
陽極導電連接裝置及電纜和鈦導電條的裝置，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，外層使用環(huán)氧澆封。施工時防止在澆注混凝土時接頭被破壞，過程中注意保護。安裝過程中應用萬用表檢查鋼筋和負極連接電纜間的電連續(xù)性。
6.3 監(jiān)測回路安裝
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整體，在將它們固定在測量位置的鋼筋上。參比電極的電纜沿鋼筋布置，延伸到混凝土結構外面。參比電極的外壁應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該焊接到鋼筋上，每一個參比電極應在50cm距離內(nèi)安裝一個參比電極負極回路接頭。
參比電極負極回路接頭施工形式同陽極的導電裝置形式。
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行敷設，同時做好電纜的保護工作。
6.5 混凝土澆注
混凝土澆注過程是決定系統(tǒng)能否成功的關鍵程序，應提前與混凝土澆注施工人員進行充分溝通，講明注意事項，將澆筑過程中有可能出現(xiàn)的情況及處理的措施對施工人員進行交底。首先要避免施工人員活動對已安裝完畢構件的損壞?；炷翝沧r避免混凝土直接沖擊到構件。當使用振搗棒振搗時振搗棒遠離安裝構件，該過程配專人監(jiān)控。
在專人現(xiàn)場目測控制的同時，視澆筑面積的大小分若干組使用12V直流電源和萬用表，采用斷電電位衰減的方法不斷觀測是否有短路情況發(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，不應由于該原因而長時間停止?jié)仓炷痢?
6.6 電纜頭的保護
由于橋梁結構施工的工序特點，在承臺或墩身、塔身施工結束后從結構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)過一段時間。為防止在這段時間內(nèi)電纜被有意或無意的破壞，應該對外露電纜進行臨時的保護。具體保護措施可以根據(jù)現(xiàn)場的條件進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等
當大橋上部結構施工結束后，將外露的各種電纜或預留接頭匯集至各自的接線盒內(nèi)進行連接，連接后使用環(huán)氧樹脂進行密封。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)的碰撞螺栓或預埋螺栓配合U型卡具固定PVC電纜套管進行穿線施工。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力電纜分開布置避免對信號產(chǎn)生干擾。
6.8 變壓整流器安裝
大橋主體結構完成后可以安裝變壓整流器。本工程共需1臺整流器其施工應滿足GB50254-96《電器裝置安裝工程 低壓電器施工及驗收規(guī)范》的有關規(guī)定。直流電源的交流輸入端應安裝外部切斷開關，其金屬外殼應妥善接地，接地電阻應小于4Ω。本工程直流電源設置有防腐蝕、防水、防累的鋼外殼。另外，無線遙測系統(tǒng)集成在變壓整流器內(nèi)。
6.9 系統(tǒng)調(diào)試
系統(tǒng)調(diào)試依照歐洲標準EN 12696-2000第8節(jié)的規(guī)定。
初期調(diào)試時，一般施加一個相對較低的電流，一般為額定電流的10%～20%，使系統(tǒng)慢慢極化.記錄下有關數(shù)據(jù)：
1）永久性參比電極和便攜式參比電極測出的鋼筋電位；
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，進行全極化。
系統(tǒng)的保護電位一般不超過-1100mv（預應力鋼筋不超過-900mv） 系統(tǒng)測試應滿足下面的條件之一：
瞬間斷開電位負于-720mv；
24小時電位衰減大于100 mv；
更長時間（超過24小時）電位衰減不小于150 mv。
7 結束語
大量的工程實踐證明，對于腐蝕造成破壞的已建鋼筋混凝土結構物，陰極保護是唯一有效的長期撫是控制的措施。本技術在遼河特大橋得到了成功運用，對同類型橋梁的斜拉索掛設施工有一定的參考價值。
參考文獻：
?。?）《遼寧省濱海公路遼河特大橋工程第1合同段施工圖設計》
?。?）《公路工程竣（交）工驗收辦法》（交通部2004年第3號令）
?。?）《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》（JTJ275-2000）
?。?）《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》（JTG/T B07-01-2006）
（5）《混凝土中鋼筋的陰極保護》（EN 12696-2000）
