營口遼河特大橋主塔陰極保護施工技術(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(jié)構(gòu)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(shù)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(dāng)金屬的單位負(fù)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(shè)備
陰極保護施工的主要設(shè)備有:變壓整流器一臺、遠(yuǎn)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(dǎo)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(jié)構(gòu)物鋼筋的電性連接測量;網(wǎng)狀陽極、鈦導(dǎo)電條、負(fù)極連接、陽極電纜、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(gòu)成
本項目陰極保護系統(tǒng)包括:鈦網(wǎng)輔助陽極、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(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、監(jiān)控用參比電極之一。實際工作壽命能達(dá)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(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,同時外層使用環(huán)氧澆封。施工時防止在澆注混凝土?xí)r接頭被破壞,過程中注意保護。安裝過程中應(yīng)用萬用表檢查鋼筋和負(fù)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(shè)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(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)離動力電纜,其屏蔽層必須接地。
電纜設(shè)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(shè)計使用壽命為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(shè)備。
(7)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(yīng)的調(diào)整指令,構(gòu)成了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。
5.2驗收標(biāo)準(zhǔn)
混凝土外加電流陰極預(yù)防保護系統(tǒng)參照《混凝土中鋼筋的陰極保護》(歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12696-2000)進行驗收;
對于任何暴露于大氣中的結(jié)構(gòu),任何代表性的點應(yīng)當(dāng)滿足下述其中任何一個標(biāo)準(zhǔn)。
?。?)對于Ag/AgCI/0.5MKCI參比電極,瞬時關(guān)閉電壓(在把直流電回路的開關(guān)開啟后,在0.1秒和1秒之間測量),低于-720mV。
?。?)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(yīng)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(shè)計壽命100年的保護環(huán)境,將依照歐洲規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。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(jié)構(gòu)物鋼筋的電性連接測量
被保護結(jié)構(gòu)物鋼筋的電性連接測量,若測量結(jié)果不符合規(guī)范規(guī)定,應(yīng)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(yīng)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(dǎo)電條、導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(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(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(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,外層使用環(huán)氧澆封。施工時防止在澆注混凝土?xí)r接頭被破壞,過程中注意保護。安裝過程中應(yīng)用萬用表檢查鋼筋和負(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(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,每一個參比電極應(yīng)在50cm距離內(nèi)安裝一個參比電極負(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行敷設(shè),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(guān)鍵程序,應(yīng)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(gòu)件的損壞。混凝土澆注時避免混凝土直接沖擊到構(gòu)件。當(dāng)使用振搗棒振搗時振搗棒遠(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(yīng)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(jié)構(gòu)施工的工序特點,在承臺或墩身、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)過一段時間。為防止在這段時間內(nèi)電纜被有意或無意的破壞,應(yīng)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(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(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(jié)構(gòu)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(yīng)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(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,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(guān)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(yù)應(yīng)力鋼筋不超過-900mv) 系統(tǒng)測試應(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(jié)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(jié)構(gòu)物,陰極保護是唯一有效的長期撫是控制的措施。本技術(shù)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(shè)施工有一定的參考價值。
參考文獻(xiàn):
?。?)《遼寧省濱海公路遼河特大橋工程第1合同段施工圖設(shè)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(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTJ275-2000)
(4)《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTG/T B07-01-2006)
?。?)《混凝土中鋼筋的陰極保護》(EN 12696-2000)