使用20年岸壁式钢板桩码头的腐蚀与破坏

                                                     使用20年岸壁式钢板桩码头的腐蚀与破坏

                      朱锡昶 李岩 葛燕 沈静

                     (南京水利科学研究院 南京 210029）

摘要：对钢板桩岸壁式码头钢筋混凝土胸墙破坏情况及水下钢板桩腐蚀进行了检测。结果表明，码头胸墙多处因船舶撞击而破损，混凝土保护层严重剥落，钢筋腐蚀严重；水下钢板桩无大的变形和异位现象，钢板粧平均腐蚀速度为0.039mm/a，锚锭结构无破坏，拉杆、连接件等无腐蚀。

1前言

1986年建于中国海南岛的万吨级泊位，采用岸壁式钢板桩结构。多年的使用码头产生了混凝土破坏，钢板柱腐蚀。通过对码头的破坏和腐蚀状况调查和检测进行相应的评价与分析，反映热带气候岸壁式钢板桩码头的腐蚀状况和特点。

2工程概况

岸壁式钢板桩码头长度为145.1m。港池水深为-9.0m，钢板桩桩尖标高为-18.8m，码头断面见图1。

钢板桩于1986年打入水中，采用日本 Nippon Steel Corporation产的 Mariner型钢板桩，型号为FSP-ⅥL板桩断面如图2所示，钢板桩的化学成分和机械性能如表1和表2所示。

码头地处热带海域，海域附近海水含盐量平均为3.34%，最高为3.5%，最低为3.08%。码头附近风浪较大，没有大型污染源，水质洁净。

3 码头胸墙检查

码头胸墙共分9段，单段长度均为15.97m。胸墙底标高为+1.30m，顶标高为+4.14m，高度为2.84m，宽1.35m 。胸墙主筋采用直径14mm螺纹钢，箍筋采用直径12mm 圆钢。胸墙混凝土采用原标号250#混凝土，混凝土保护层厚度码头正面为5m，其余位置均为4cm 。

检查码头胸墙，没发现有明显的前倾和后仰，没发现胸墙有明显的不均匀沉降。后方的堆场同样没有发现明显的沉降和塌陷。

胸墙两处混凝土出现破坏。一处为长度为11.0m 高度为码头面向下90cm，见图3；另一处长度12.6m，高度为码头面向下85cm，两处破坏均是从胸墙上部的护轮坎开始，至胸墙二次现浇缝为止。

此外，胸墙混凝土保护层剥落面积较大的有两处，保护层剥落储钢筋锈蚀严重，暴露的主筋和箍筋部分已经锈断，见图4。 

造成的码头上部结构明显破坏的主要原因有：

根据码头风向玫瑰图、波浪玫瑰图和港口平面布置图，泊位受到南北方向的风速和频率以及波浪影响均较大，另外泊位正对港池口门，受波浪影响显著。码头泊稳条件差，停靠的船舶在风浪的作用下连续不断的撞击码头胸墙破坏是码头上部结构破坏的主要因素。其次，橡胶护舷过早失落而又没能及时增补是胸墙及护轮坎破损严重的另一重要因素。

4钢板桩腐蚀检测

码头所处位置，平均低潮位为+0.8m，胸墙底标高+ 1.3m，泥面标高-9.0m，钢板桩桩尖标高-18.8nm。钢板桩浪溅区被混凝土胸墙所覆盖，只处于潮差区、海水全浸区和海泥区。钢板桩处于潮差区长度0.5m，处于海水全浸区长度9.8m，处于海水海泥区长度9.8m。

4.1钢板桩腐蚀的外观状况

潜水员水下检查未发现钢板桩锁口有拉开或明显的腐蚀破损现象。钢板桩表面为海生物所覆盖，海生物主要有牡蛎、藤壶、管栖蠕虫、贻贝等。局部铲除海生物后，在钢板桩表面有一定厚度的锈蚀产物(图5和图6) 。

4.2钢板桩自腐蚀电位

钢板桩在不同高程位置的自腐蚀电位分别为：水面在-583mV--638mV(相对于海水Ag/AgCl电极，下同）之间，平均值为一602mV；水中在一589mV-634mV之间，平均值为-606mV；泥面在-590mV-648mV之间），平均值为-609mV。钢板桩自腐蚀电位分布较均匀，钢板桩处于未受任何保护的自然腐蚀状态。

4.3钢板桩垂直状况

潜水员水下观察、探摸钢板桩在水下的变形状况，未发现钢板柱有前倾或后仰的状况，也没有发现钢板桩在水中的中间位置有明显的鼓肚现象。

在距泊位起始点95m、105mn和110m三个位置，抽样测量钢板桩的凸面在水面、水中和泥面置的变形情况，结果表明码头钢板桩与海平面基本垂直，码头钢板桩无明显变形和异位现象。

44钢板桩蚀余厚度

从泊位起始点开始，每间隔5m左右，分别在潮差区，全浸区和泥面以上区三个高程位置，采用水下超声波测厚仪在钢板桩的凸面、凹面和侧面上测定钢板桩的蚀余厚度。

表3为钢板桩蚀不同区域腐蚀剩余厚度的测量结果和计算出的减薄量。

钢板桩凸面和面原始厚度为27.6mm。不同高程位置蚀余厚度的平均值分别为：潮差区26.56mm，全浸区26.93mn ，泥面以上26.85mm。钢板桩在不同高程位置蚀余厚度的平均值为26.78mm。

4.5 钢板桩腐蚀速度

钢板桩1986年入海，腐蚀时间按21年计十算。钢板桩背水面埋在回填的沙土中，腐蚀轻微，腐蚀速度按单面计算。表4为不同位置钢板桩的腐蚀速度。

  对海洋环境中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，下面依次是浅水区(潮差区)、泥面以上区和全浸区，检测结果符合海洋钢结构的腐蚀规律。

一般认为在海水环境中普通碳素钢用失重法计算出的腐蚀速度为0.13mm/a，根据表4计算出的钢板桩腐蚀速度小于该数值，其原因主要有：

(1) 热带海生物污损抑制了钢板桩的腐蚀。水下潜水员检查和水下照片都能充分说明，水下钢板桩表面被厚厚的海生物所覆盖。碳素结构钢在海水自然环境中长期和短期暴露试验数据表明，在污损覆盖层发展之前的初始暴露时间，钢腐蚀速度高达0.406mm/a，与污损期的长短、污损的类型和数量以及第一年暴露期间的腐蚀损失随海区位置的不同有相当大的变化。暴露1a- 1.5a后，大部分试样已被一层污损生物覆盖，钢的腐蚀减轻。这是由于它降低了含氧海水的流速并阻止氧向阴极部位扩散。当这层天然的保护层发展到很厚而足以排除金属表面的氧时，其有益的保护作用会趋向平衡，得最终的稳态腐蚀速度。在正常的温带和热带海水中，在暴露一年后的稳态腐蚀速度一般为0.051mm/a~ 0.076mm/a，随着时间延长和海生物的生长，腐蚀速度还会降低。检测结果表明钢板桩的腐蚀速度接近热带海水中稳态的腐蚀速度.

(2)码头钢板桩采用日本产 Mariner低合金耐海水腐蚀钢，该钢种为美国1951年研制成功,1967年由日本引进生产。 Mariner钢为半镇静钢，低温冲击韧性不好，主要用于制作钢板桩和钢管桩。因含有Ni、Cu、P等元素，对浪溅区的耐蚀性能较好，具有点蚀少、锈层致密与基体结合牢固、靠近基体的锈层中有铜的富集、外层有镍的富集等特点，耐腐蚀性能比普碳钢提高2-3倍。在海水全浸区抗腐蚀作用不是十分明显，但起到了一定降低腐蚀速度的作用。

(3)采用超声波测厚法得到的蚀余厚度一般会大于取样称重法，因此采用超声波测厚法得到的腐蚀速度会小于取样称重法得出的腐蚀速度。钢板桩经多年的海水腐蚀，表面已不平整，超声波测厚仪的测量探头直径达1cm，在遇到较大坑蚀或钢板桩表面极不平整时，测出的数值是最高点的位置，测得的数值偏大，遇到腐蚀严重，在极不平整的地方需要更换测点位置，因而测得的数值也偏大。

5锚锭结构检查

开挖了后方堆场下的锚锭结构，检查混凝土锚锭墙和钢拉杆及连接件。锚锭墙无变位情况，未受拉杆拉力出现破坏，因长期埋在沙土中，未发现混凝土保护层层裂、钢筋锈蚀等情况。钢拉杆及连接件表面采用热沥青和玻璃纤维布包覆，沥青层已老化变脆，但包覆层仍基本完好，钢拉杆及连接件表面无锈蚀。

6结语和建议

(1)泊位正对港池口门，受到风浪影响较大，泊稳条件差造成码头胸墙多处因船舶撞击而破损，混凝土保护层严重剥落，暴露的钢筋腐蚀严重，应采取有效的防撞措施，保证结构的安全运行。

(2)水下检查钢板桩未发现锁口拉开和明显的破坏现象。钢板桩表面为海生物所覆盖，去除海生物后板桩表面有一定厚度的锈蚀产物。

(3)钢板桩在海水中裸露腐蚀21年，潮差区腐蚀速度的平均值0.050mm/a，全浸区0.032mm/a，泥面以上0.036mm/a，平均腐蚀速度为0.039mm/a。应对钢板桩采取阴极保护措施，抑制钢板桩腐蚀，延长其使用寿命。钢板桩潮差区的腐蚀速度大于海水全浸区的腐蚀速度，阴极保护对该区的保护效果较差，为保证同寿命使用，码头设计时应将胸墙底标高尽量降至平均低潮位附近。

(4)锚锭结构基本完好，钢拉杆、连接件等无腐蚀。

参考文献

1] 海水中近60年钢板桩的腐蚀状况，朱锡昶、葛燕、朱雅仙，海洋工程,2003.2

2] HH Uhlig, Corrosion and Corrosion Control, 2nd Edition, 1971 p13

3] M Schumacher, Seawater corrosion handbook, noyes data corporation Park Ridge, New Jersey, u.s.a. 1979

4] 低合金耐蚀钢一开发、发展及研究，(日)松岛岩著，靳裕康译，冶金工业出版社,2004，p242