入海近60年鋼板樁的腐蝕狀況

朱錫昶 葛燕 朱雅仙

(南京水利科學(xué)研究院 南京210029)

摘要：海南島八所港雜貨碼頭鋼板樁入海近60年。采用水下攝像、水下超聲波測(cè)厚、水下切割取樣等手段調(diào)查和檢測(cè)鋼樁腐狀況，結(jié)果表明鋼板樁厚度減薄較小，腐蝕較輕，鋼板樁的材質(zhì)成份值得借鑒。

深海筑港常采用鋼板樁岸壁式碼頭和鋼管樁高樁板梁式碼頭。海水對(duì)鋼板樁的腐蝕一直受到人們的關(guān)注。選材不當(dāng)，設(shè)計(jì)不合理、不采取保護(hù)措施往往使得碼頭過(guò)早地需要維修加固，甚至報(bào)廢。例如，中國(guó)青島港在1948年選用ZP38式鋼板樁，建造了388m長(zhǎng)的萬(wàn)噸級(jí)碼頭,1951年投入使用。到1964年就發(fā)現(xiàn)鋼板樁多處腐蝕成洞，到1972年檢查發(fā)現(xiàn)就有44個(gè)較大的孔洞，最大孔洞長(zhǎng)4.2m、寬0.25m，鋼板樁平均腐蝕速度達(dá)0.4mm/a，不得不于1981年將該碼頭報(bào)廢重建。

調(diào)查檢測(cè)的雜貨碼頭位于中國(guó)的海南島，鋼板樁施打于1942年，至調(diào)查、檢測(cè)時(shí)鋼板樁入海近60年，對(duì)其進(jìn)行的腐蝕狀況調(diào)查和檢測(cè)表明，鋼板樁厚度減薄較小，腐蝕并不嚴(yán)重。結(jié)果表明碼頭所用的含銅鋼板樁，含有多種合金元素，提高了鋼板樁的耐蝕性，另外胸墻覆蓋了鋼板樁的浪濺區(qū)，避開(kāi)了腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域。鋼板樁的材料成份值得借鑒、參考。

1碼頭基本概況

1.1碼頭的建設(shè)和改造情況

1942年施打日本Ⅳ號(hào)鐵箭鋼板樁261.6米，樁長(zhǎng)約15m，表面涂刷瀝青類涂層。鋼板樁寬度400mm，平面板厚15.5mm，側(cè)面板厚10.5mm.

 當(dāng)時(shí)鋼樁打在沙丘的邊緣上，前沿未進(jìn)行挖泥疏浚，直到1957年5月進(jìn)行改造建設(shè)，采用前板樁的高樁承臺(tái)方案。承臺(tái)頂標(biāo)高為+4.0m，底標(biāo)高為+1.5m，承臺(tái)寬度為8m，挖泥疏浚后港池水深-7m，局部-9m，可?？咳f(wàn)噸級(jí)與五千噸級(jí)貨輪各一艘。鋼板樁未采取過(guò)陰極保護(hù)等防護(hù)措施，至檢測(cè)時(shí)鋼板樁打入海中已達(dá)58年，挖泥后，暴露在海水中44年。

1.2水文、水質(zhì)情況

碼頭位于中國(guó)海南島西海岸中部百黎灣西南角上，面臨北部灣東部海面，屬熱帶海洋性氣候，受季候風(fēng)影響，冷熱懸殊不大，最高氣溫38.7℃，最低氣溫1.4℃，年平均氣溫為24.5℃，為不規(guī)則全日潮。

海水含鹽量平均為3.34%，最高3.5%，最低3.08%。附近沒(méi)有大型污染源，水質(zhì)清潔。

1.3鋼板樁的化學(xué)成份

碼頭鋼板樁的化學(xué)成份見(jiàn)表1，其成份為含銅的低碳素鋼，并含有一定量的鉬、鉻、釩。

1.4以前的調(diào)查資料

曾于1975年對(duì)鋼板樁碼頭進(jìn)行過(guò)調(diào)查，對(duì)碼頭的根凸樁進(jìn)行水下切割取樣。在標(biāo)高為+1.35、+0.8和-3.5m位置取樣，采用失重法得出鋼板樁的蝕余厚度分別為14.2mm、13.8mm和14.3mm，鋼板樁的腐蝕速度分別為0.068、0.089和0.063mm/a 。

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在鋼板樁上焊接的6mm厚其它鋼板腐蝕較快，不到兩年時(shí)間剩余平均厚度只為4.25mm 最大蝕坑處僅剩2.1mm。平均腐蝕速度達(dá)0.89mm/a，局部腐蝕速度高達(dá)1.86mm/a，顯然后焊接的鋼板同鋼板樁形成電偶，后焊的鋼板作為犧牲陽(yáng)極消耗。

2檢查內(nèi)容及方

2.1目視檢查和水下攝像

通過(guò)潛水員目視和水下攝像方法檢查鋼板樁的腐蝕狀況，重點(diǎn)檢查鋼板樁出現(xiàn)局部破損的區(qū)域。每個(gè)區(qū)域分為潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和泥面三個(gè)位置。

2.2 水下超聲測(cè)厚

沿碼頭方向每間隔5m設(shè)定為一個(gè)測(cè)量區(qū)域，采用水下超聲測(cè)厚儀在四個(gè)高程位置測(cè)定鋼板樁凸面、凹面和側(cè)面的蝕余厚度。四個(gè)高程位置為潮差區(qū)：平均低潮位以上0.5m；淺水區(qū)：平均低潮位以下0.8m；全浸區(qū)：平均低潮位以下4.3m和泥面以上。

2.3水下切割取樣

在鋼板樁的凸面和側(cè)面分別進(jìn)行水下切割取樣。將試樣進(jìn)行刨切加工后，酸洗除銹，檢查鋼板樁的腐蝕狀況，并通過(guò)失重法計(jì)算鋼板樁的蝕余厚度和腐蝕速度。

3檢測(cè)結(jié)果

3.1潛水員目視檢查和水下攝像

通過(guò)潛水員目視和水下攝像方法對(duì)261.6m長(zhǎng)碼頭鋼板樁進(jìn)行了全面檢查。整個(gè)鋼板樁表面為海生物所覆蓋，最大覆蓋厚度可達(dá)25cm。海生物主要有牡蠣、藤壺、管棲蠕蟲(chóng)、貽貝等。局部鏟除海生物，板樁表面有一定厚度的銹蝕產(chǎn)物，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕和明顯的局部腐蝕，更未發(fā)現(xiàn)鋼板樁有腐蝕穿孔現(xiàn)象。

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)距東端150-155m，水下鋼板樁的二根凸樁和三根凹樁出現(xiàn)嚴(yán)重向內(nèi)凹陷破損。凹陷上端距胸墻底3.04m，凹陷下端距胸墻底8.20m，最大凹陷深度達(dá)1.27m。在主要破損凸樁上共發(fā)現(xiàn)四條裂縫，主要裂縫上端和下端均在凸樁拐角處撕裂，中間為凸樁和凹樁被拉開(kāi)，最大寬度約0.43m。另外三條裂縫與主要裂縫在同一根凸樁上，上下錯(cuò)開(kāi)平行排列，裂縫寬另外裂縫與度為3-1Omm不等。根據(jù)鋼板樁破損處裂縫的狀況和凹陷變形的范圍和位置，鋼板樁破損是被重載船舶進(jìn)港靠船時(shí)由船的球鼻首撞擊造成，而非腐蝕破壞。

3.2水下超聲測(cè)厚檢測(cè)

共進(jìn)行624個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

 3.3水下切割取樣檢測(cè)鋼板樁腐蝕速度

采用水下切割方法在海水全浸區(qū)，平均低潮位以下5.05m鋼板樁的凸面和側(cè)面各取一個(gè)試樣。試樣迎海面表面有一層約1mm厚的腐蝕產(chǎn)物，沒(méi)有明顯腐蝕坑。背水面有一層灰色質(zhì)覆蓋層，沒(méi)有明顯的銹蝕產(chǎn)物，腐蝕不明顯。將取下的試樣用刨床進(jìn)行切削加工。加工好凸面試件尺寸為150.5×100.5mm，側(cè)面試件尺寸為50.6×51,6mm。酸洗除銹以后，鋼板柱表面原軋制痕跡清晰可見(jiàn)。加工、酸洗后試件迎水面和背水面的狀況分別見(jiàn)圖1、圖2。

 清除海生物、酸洗去除表面腐蝕產(chǎn)物后稱重，根據(jù)下列公式計(jì)算鋼板樁的蝕余厚度，結(jié)果見(jiàn)表3。

3.4鋼板樁蝕速度計(jì)算

鋼板樁為1942年打入，當(dāng)時(shí)埋設(shè)在沙層中。1957年碼頭修建時(shí)才與海水直接接觸，其表面瀝青類防腐涂層基本完好，在這一段時(shí)間內(nèi)可以認(rèn)為鋼板樁離蝕較輕。腐蝕時(shí)間按1957年碼頭修建至檢測(cè)為44年。另外鋼板樁背水面的腐蝕較輕，腐性速度只按單面計(jì)算。

表4為分別根據(jù)水下超聲測(cè)厚法和取樣失重法得出的鋼板樁腐蝕速度。

4討論及結(jié)語(yǔ)

(1) 通過(guò)潛水員的日視檢查及取樣分析，鋼板析表面被較為密實(shí)的海生物覆蓋，腐蝕較輕，基本為均勻腐蝕，沒(méi)有大而深的腐蝕坑，更未發(fā)現(xiàn)鋼板樁有腐蝕穿孔現(xiàn)象。

(2) )對(duì)海洋環(huán)境中從上到下同時(shí)處于海洋大氣區(qū)、 浪濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海泥區(qū)的近海固定式鋼結(jié)構(gòu)而言，浪濺區(qū)是腐蝕性最強(qiáng)的區(qū)域，碳鋼的腐蝕速度平均每年可達(dá)0.5mm，最大時(shí)可達(dá)每年1.2mm。該碼頭避開(kāi)了鋼板樁腐蝕最為嚴(yán)重的浪濺區(qū)。

(3) 海生物附著減少了腐蝕。碳素結(jié)構(gòu)鋼在海水自然環(huán)不境中預(yù)污損期的長(zhǎng)短、污損的類型和數(shù)量直接影響鋼樁的腐蝕。碼頭地處熱帶氣候，海生物生長(zhǎng)茂盛，鋼板樁表面幾乎完全被污損生物覆蓋，避免了鋼樁與海水的直接接觸，降低了氧的供給，抑制了鋼樁的腐蝕；此外，碼頭修建時(shí)鋼樁表面的原瀝青涂層還基本完好，在鋼板樁與海水接觸初期，對(duì)初期腐蝕起到了一定的防護(hù)作用。

(4) )根據(jù)鋼板樁鋼材化學(xué)成份，其中含有0.28%銅及少量鉬、鉻、礬等元素，同日本鋼號(hào)SMA400A成份相近，屬于結(jié)構(gòu)用耐候鋼。含有Si、Cu、P、Mo、Mn、V、Cr 元素有效提高鋼的耐海水腐蝕性能局部腐蝕的性能。

(5) 采用超聲波測(cè)厚法測(cè)得和計(jì)算的鋼板樁在潮差區(qū)的平均腐蝕速度為0.026mm/a，淺水區(qū)的平均腐蝕速度為0.031mm/a，水中區(qū)的平均腐蝕速度為0.030mm/a，泥面以上區(qū)的平均腐蝕速度為0.030mm/a。除潮差區(qū)腐蝕速度稍小外，淺水區(qū)、水中區(qū)、泥面以上區(qū)都幾乎相同。

(6) 采用超聲波測(cè)厚法測(cè)得和計(jì)算的鋼板樁平均腐蝕速度凸面為0.029mma，凹面為0.028mmva，側(cè)面為0.032mm/a。凸面和凹面非常接近，側(cè)面稍大。

(7) 采用取樣失重法計(jì)算鋼板樁的腐蝕速度，凸面在海水中浸泡18年的腐蝕速度為0.073mm/a，浸泡44年后的腐蝕速度為0.048mm/a(均未計(jì)算在沙土中的15年，以及鋼柱背面的腐蝕)，腐蝕速度明顯降低。

(8) 超聲波測(cè)厚法和取樣失重法計(jì)算的腐蝕速度差別較大。超聲波測(cè)厚法測(cè)得的水中凸面的腐蝕速度0.018mm/a-0.048mm/a,平均0.028mm/ a，取樣失重為0.48mm/a；超聲波測(cè)厚法側(cè)面為0.011mm/a-0.055mm/a，平均0.035mm/a，取樣失重法為0.061mm/a，盡管失重法樣本數(shù)量太少和測(cè)厚法不能作完全比對(duì)。但失重測(cè)得的腐蝕速度高于超聲測(cè)厚法是明顯的。失重法根據(jù)試樣失重計(jì)算蝕余厚度和腐蝕速度，其結(jié)果反映的是試件的均勻減?。皇侵苯訙y(cè)得的鋼板樁的厚度，鋼板樁經(jīng)多年的海水腐蝕，表面不平整，超聲波測(cè)厚儀的測(cè)量探頭直徑約1cm， 遇到較大坑蝕或鋼板樁表面不平整時(shí)，可能需另外更換測(cè)點(diǎn)位置，因而測(cè)得的度值比實(shí)際厚度偏大，計(jì)算出的腐蝕速度偏小。在進(jìn)強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算時(shí)，兩種方法都可以參考應(yīng)用。

(9) 鋼板樁具有良好的耐蝕性，腐蝕速度遠(yuǎn)小于普碳鋼在海水中的平均腐蝕速度0.12mm/a，其化學(xué)成值得借鑒。

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