入海近60年钢板桩的腐蚀状况

                             入海近60年钢板桩的腐蚀状况

朱锡昶 葛燕 朱雅仙

(南京水利科学研究院 南京210029)

摘要：海南岛八所港杂货码头钢板桩入海近60年。采用水下摄像、水下超声波测厚、水下切割取样等手段调查和检测钢桩腐状况，结果表明钢板桩厚度减薄较小，腐蚀较轻，钢板桩的材质成份值得借鉴。

深海筑港常采用钢板桩岸壁式码头和钢管桩高桩板梁式码头。海水对钢板桩的腐蚀一直受到人们的关注。选材不当，设计不合理、不采取保护措施往往使得码头过早地需要维修加固，甚至报废。例如，中国青岛港在1948年选用ZP38式钢板桩，建造了388m长的万吨级码头,1951年投入使用。到1964年就发现钢板桩多处腐蚀成洞，到1972年检查发现就有44个较大的孔洞，最大孔洞长4.2m、宽0.25m，钢板桩平均腐蚀速度达0.4mm/a，不得不于1981年将该码头报废重建。

调查检测的杂货码头位于中国的海南岛，钢板桩施打于1942年，至调查、检测时钢板桩入海近60年，对其进行的腐蚀状况调查和检测表明，钢板桩厚度减薄较小，腐蚀并不严重。结果表明码头所用的含铜钢板桩，含有多种合金元素，提高了钢板桩的耐蚀性，另外胸墙覆盖了钢板桩的浪溅区，避开了腐蚀最为严重的区域。钢板桩的材料成份值得借鉴、参考。

1码头基本概况

1.1码头的建设和改造情况

1942年施打日本Ⅳ号铁箭钢板桩261.6米，桩长约15m，表面涂刷沥青类涂层。钢板桩宽度400mm，平面板厚15.5mm，侧面板厚10.5mm.

 当时钢桩打在沙丘的边缘上，前沿未进行挖泥疏浚，直到1957年5月进行改造建设，采用前板桩的高桩承台方案。承台顶标高为+4.0m，底标高为+1.5m，承台宽度为8m，挖泥疏浚后港池水深-7m，局部-9m，可停靠万吨级与五千吨级货轮各一艘。钢板桩未采取过阴极保护等防护措施，至检测时钢板桩打入海中已达58年，挖泥后，暴露在海水中44年。

1.2水文、水质情况

码头位于中国海南岛西海岸中部百黎湾西南角上，面临北部湾东部海面，属热带海洋性气候，受季候风影响，冷热悬殊不大，最高气温38.7℃，最低气温1.4℃，年平均气温为24.5℃，为不规则全日潮。

海水含盐量平均为3.34%，最高3.5%，最低3.08%。附近没有大型污染源，水质清洁。

1.3钢板桩的化学成份

码头钢板桩的化学成份见表1，其成份为含铜的低碳素钢，并含有一定量的钼、铬、钒。

1.4以前的调查资料

曾于1975年对钢板桩码头进行过调查，对码头的根凸桩进行水下切割取样。在标高为+1.35、+0.8和-3.5m位置取样，采用失重法得出钢板桩的蚀余厚度分别为14.2mm、13.8mm和14.3mm，钢板桩的腐蚀速度分别为0.068、0.089和0.063mm/a 。

在调查中发现，在钢板桩上焊接的6mm厚其它钢板腐蚀较快，不到两年时间剩余平均厚度只为4.25mm 最大蚀坑处仅剩2.1mm。平均腐蚀速度达0.89mm/a，局部腐蚀速度高达1.86mm/a，显然后焊接的钢板同钢板桩形成电偶，后焊的钢板作为牺牲阳极消耗。

2检查内容及方

2.1目视检查和水下摄像

通过潜水员目视和水下摄像方法检查钢板桩的腐蚀状况，重点检查钢板桩出现局部破损的区域。每个区域分为潮差区、海水全浸区和泥面三个位置。

2.2 水下超声测厚

沿码头方向每间隔5m设定为一个测量区域，采用水下超声测厚仪在四个高程位置测定钢板桩凸面、凹面和侧面的蚀余厚度。四个高程位置为潮差区：平均低潮位以上0.5m；浅水区：平均低潮位以下0.8m；全浸区：平均低潮位以下4.3m和泥面以上。

2.3水下切割取样

在钢板桩的凸面和侧面分别进行水下切割取样。将试样进行刨切加工后，酸洗除锈，检查钢板桩的腐蚀状况，并通过失重法计算钢板桩的蚀余厚度和腐蚀速度。

3检测结果

3.1潜水员目视检查和水下摄像

通过潜水员目视和水下摄像方法对261.6m长码头钢板桩进行了全面检查。整个钢板桩表面为海生物所覆盖，最大覆盖厚度可达25cm。海生物主要有牡蛎、藤壶、管栖蠕虫、贻贝等。局部铲除海生物，板桩表面有一定厚度的锈蚀产物，未发现严重腐蚀和明显的局部腐蚀，更未发现钢板桩有腐蚀穿孔现象。

在调查中发现距东端150-155m，水下钢板桩的二根凸桩和三根凹桩出现严重向内凹陷破损。凹陷上端距胸墙底3.04m，凹陷下端距胸墙底8.20m，最大凹陷深度达1.27m。在主要破损凸桩上共发现四条裂缝，主要裂缝上端和下端均在凸桩拐角处撕裂，中间为凸桩和凹桩被拉开，最大宽度约0.43m。另外三条裂缝与主要裂缝在同一根凸桩上，上下错开平行排列，裂缝宽另外裂缝与度为3-1Omm不等。根据钢板桩破损处裂缝的状况和凹陷变形的范围和位置，钢板桩破损是被重载船舶进港靠船时由船的球鼻首撞击造成，而非腐蚀破坏。

3.2水下超声测厚检测

共进行624个测点的测量，统计结果见表2。

 3.3水下切割取样检测钢板桩腐蚀速度

采用水下切割方法在海水全浸区，平均低潮位以下5.05m钢板桩的凸面和侧面各取一个试样。试样迎海面表面有一层约1mm厚的腐蚀产物，没有明显腐蚀坑。背水面有一层灰色质覆盖层，没有明显的锈蚀产物，腐蚀不明显。将取下的试样用刨床进行切削加工。加工好凸面试件尺寸为150.5×100.5mm，侧面试件尺寸为50.6×51,6mm。酸洗除锈以后，钢板柱表面原轧制痕迹清晰可见。加工、酸洗后试件迎水面和背水面的状况分别见图1、图2。

 清除海生物、酸洗去除表面腐蚀产物后称重，根据下列公式计算钢板桩的蚀余厚度，结果见表3。

3.4钢板桩蚀速度计算

钢板桩为1942年打入，当时埋设在沙层中。1957年码头修建时才与海水直接接触，其表面沥青类防腐涂层基本完好，在这一段时间内可以认为钢板桩离蚀较轻。腐蚀时间按1957年码头修建至检测为44年。另外钢板桩背水面的腐蚀较轻，腐性速度只按单面计算。

表4为分别根据水下超声测厚法和取样失重法得出的钢板桩腐蚀速度。

4讨论及结语

(1) 通过潜水员的日视检查及取样分析，钢板析表面被较为密实的海生物覆盖，腐蚀较轻，基本为均匀腐蚀，没有大而深的腐蚀坑，更未发现钢板桩有腐蚀穿孔现象。

(2) )对海洋环境中从上到下同时处于海洋大气区、 浪溅区、潮差区、海水全浸区和海泥区的近海固定式钢结构而言，浪溅区是腐蚀性最强的区域，碳钢的腐蚀速度平均每年可达0.5mm，最大时可达每年1.2mm。该码头避开了钢板桩腐蚀最为严重的浪溅区。

(3) 海生物附着减少了腐蚀。碳素结构钢在海水自然环不境中预污损期的长短、污损的类型和数量直接影响钢桩的腐蚀。码头地处热带气候，海生物生长茂盛，钢板桩表面几乎完全被污损生物覆盖，避免了钢桩与海水的直接接触，降低了氧的供给，抑制了钢桩的腐蚀；此外，码头修建时钢桩表面的原沥青涂层还基本完好，在钢板桩与海水接触初期，对初期腐蚀起到了一定的防护作用。

(4) )根据钢板桩钢材化学成份，其中含有0.28%铜及少量钼、铬、矾等元素，同日本钢号SMA400A成份相近，属于结构用耐候钢。含有Si、Cu、P、Mo、Mn、V、Cr 元素有效提高钢的耐海水腐蚀性能局部腐蚀的性能。

(5) 采用超声波测厚法测得和计算的钢板桩在潮差区的平均腐蚀速度为0.026mm/a，浅水区的平均腐蚀速度为0.031mm/a，水中区的平均腐蚀速度为0.030mm/a，泥面以上区的平均腐蚀速度为0.030mm/a。除潮差区腐蚀速度稍小外，浅水区、水中区、泥面以上区都几乎相同。

(6) 采用超声波测厚法测得和计算的钢板桩平均腐蚀速度凸面为0.029mma，凹面为0.028mmva，侧面为0.032mm/a。凸面和凹面非常接近，侧面稍大。

(7) 采用取样失重法计算钢板桩的腐蚀速度，凸面在海水中浸泡18年的腐蚀速度为0.073mm/a，浸泡44年后的腐蚀速度为0.048mm/a(均未计算在沙土中的15年，以及钢柱背面的腐蚀)，腐蚀速度明显降低。

(8) 超声波测厚法和取样失重法计算的腐蚀速度差别较大。超声波测厚法测得的水中凸面的腐蚀速度0.018mm/a-0.048mm/a,平均0.028mm/ a，取样失重为0.48mm/a；超声波测厚法侧面为0.011mm/a-0.055mm/a，平均0.035mm/a，取样失重法为0.061mm/a，尽管失重法样本数量太少和测厚法不能作完全比对。但失重测得的腐蚀速度高于超声测厚法是明显的。失重法根据试样失重计算蚀余厚度和腐蚀速度，其结果反映的是试件的均匀减薄；是直接测得的钢板桩的厚度，钢板桩经多年的海水腐蚀，表面不平整，超声波测厚仪的测量探头直径约1cm， 遇到较大坑蚀或钢板桩表面不平整时，可能需另外更换测点位置，因而测得的度值比实际厚度偏大，计算出的腐蚀速度偏小。在进强度复核计算时，两种方法都可以参考应用。

(9) 钢板桩具有良好的耐蚀性，腐蚀速度远小于普碳钢在海水中的平均腐蚀速度0.12mm/a，其化学成值得借鉴。

参考文献

1孙振尧，青岛港高桩码头技术改造的探讨，水运工程，1988.12

2] 八所港务局港史编辑组，八所海港史，海南人民出版社，1984

3] 王木成、洪定海，八所港钢板桩码头腐蚀调查报告，南京水利科学研究所,1975.12

4]  M Schumacher,Seawater corrosion handbook,noyes data corporation Park Ridge,New Jersey,U.S.A.1979

5] 林慧国，林钢，马跃华，世界钢号手册，机械工业出版社法，1993:208