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、水下超聲波測厚、水下切割取樣等手段調查和檢測鋼樁腐狀況，結果表明鋼板樁厚度減薄較小，腐蝕較輕，鋼板樁的材質成份值得借鑒。

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。海水對鋼板樁的腐蝕一直受到人們的關注。選材不當，設計不合理、不采取保護措施往往使得碼頭過早地需要維修加固，甚至報廢。例如，中國青島港在1948年選用ZP38式鋼板樁，建造了388m長的萬噸級碼頭,1951年投入使用。到1964年就發現鋼板樁多處腐蝕成洞，到1972年檢查發現就有44個較大的孔洞，最大孔洞長4.2m、寬0.25m，鋼板樁平均腐蝕速度達0.4mm/a，不得不于1981年將該碼頭報廢重建。

調查檢測的雜貨碼頭位于中國的海南島，鋼板樁施打于1942年，至調查、檢測時鋼板樁入海近60年，對其進行的腐蝕狀況調查和檢測表明，鋼板樁厚度減薄較小，腐蝕并不嚴重。結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，避開了腐蝕最為嚴重的區域。鋼板樁的材料成份值得借鑒、參考。

1碼頭基本概況

1.1碼頭的建設和改造情況

1942年施打日本Ⅳ號鐵箭鋼板樁261.6米，樁長約15m，表面涂刷瀝青類涂層。鋼板樁寬度400mm，平面板厚15.5mm，側面板厚10.5mm.

 當時鋼樁打在沙丘的邊緣上，前沿未進行挖泥疏浚，直到1957年5月進行改造建設，采用前板樁的高樁承臺方案。承臺頂標高為+4.0m，底標高為+1.5m，承臺寬度為8m，挖泥疏浚后港池水深-7m，局部-9m，可停靠萬噸級與五千噸級貨輪各一艘。鋼板樁未采取過陰極保護等防護措施，至檢測時鋼板樁打入海中已達58年，挖泥后，暴露在海水中44年。

1.2水文、水質情況

碼頭位于中國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%。附近沒有大型污染源，水質清潔。

1.3鋼板樁的化學成份

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

1.4以前的調查資料

曾于1975年對鋼板樁碼頭進行過調查，對碼頭的根凸樁進行水下切割取樣。在標高為+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 。

在調查中發現，在鋼板樁上焊接的6mm厚其它鋼板腐蝕較快，不到兩年時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0.89mm/a，局部腐蝕速度高達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極消耗。

2檢查內容及方

2.1目視檢查和水下攝像

通過潛水員目視和水下攝像方法檢查鋼板樁的腐蝕狀況，重點檢查鋼板樁出現局部破損的區域。每個區域分為潮差區、海水全浸區和泥面三個位置。

2.2 水下超聲測厚

沿碼頭方向每間隔5m設定為一個測量區域，采用水下超聲測厚儀在四個高程位置測定鋼板樁凸面、凹面和側面的蝕余厚度。四個高程位置為潮差區：平均低潮位以上0.5m；淺水區：平均低潮位以下0.8m；全浸區：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面分別進行水下切割取樣。將試樣進行刨切加工后，酸洗除銹，檢查鋼板樁的腐蝕狀況，并通過失重法計算鋼板樁的蝕余厚度和腐蝕速度。

3檢測結果

3.1潛水員目視檢查和水下攝像

通過潛水員目視和水下攝像方法對261.6m長碼頭鋼板樁進行了全面檢查。整個鋼板樁表面為海生物所覆蓋，最大覆蓋厚度可達25cm。海生物主要有牡蠣、藤壺、管棲蠕蟲、貽貝等。局部鏟除海生物，板樁表面有一定厚度的銹蝕產物，未發現嚴重腐蝕和明顯的局部腐蝕，更未發現鋼板樁有腐蝕穿孔現象。

在調查中發現距東端150-155m，水下鋼板樁的二根凸樁和三根凹樁出現嚴重向內凹陷破損。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1.27m。在主要破損凸樁上共發現四條裂縫，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，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，上下錯開平行排列，裂縫寬另外裂縫與度為3-1Omm不等。根據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港靠船時由船的球鼻首撞擊造成，而非腐蝕破壞。

3.2水下超聲測厚檢測

共進行624個測點的測量，統計結果見表2。

 3.3水下切割取樣檢測鋼板樁腐蝕速度

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

 清除海生物、酸洗去除表面腐蝕產物后稱重，根據下列公式計算鋼板樁的蝕余厚度，結果見表3。

3.4鋼板樁蝕速度計算

鋼板樁為1942年打入，當時埋設在沙層中。1957年碼頭修建時才與海水直接接觸，其表面瀝青類防腐涂層基本完好，在這一段時間內可以認為鋼板樁離蝕較輕。腐蝕時間按1957年碼頭修建至檢測為44年。另外鋼板樁背水面的腐蝕較輕，腐性速度只按單面計算。

表4為分別根據水下超聲測厚法和取樣失重法得出的鋼板樁腐蝕速度。

4討論及結語

(1) 通過潛水員的日視檢查及取樣分析，鋼板析表面被較為密實的海生物覆蓋，腐蝕較輕，基本為均勻腐蝕，沒有大而深的腐蝕坑，更未發現鋼板樁有腐蝕穿孔現象。

(2) )對海洋環境中從上到下同時處于海洋大氣區、 浪濺區、潮差區、海水全浸區和海泥區的近海固定式鋼結構而言，浪濺區是腐蝕性最強的區域，碳鋼的腐蝕速度平均每年可達0.5mm，最大時可達每年1.2mm。該碼頭避開了鋼板樁腐蝕最為嚴重的浪濺區。

(3) 海生物附著減少了腐蝕。碳素結構鋼在海水自然環不境中預污損期的長短、污損的類型和數量直接影響鋼樁的腐蝕。碼頭地處熱帶氣候，海生物生長茂盛，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，對初期腐蝕起到了一定的防護作用。

(4) )根據鋼板樁鋼材化學成份，其中含有0.28%銅及少量鉬、鉻、礬等元素，同日本鋼號SMA400A成份相近，屬于結構用耐候鋼。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) 采用超聲波測厚法測得和計算的鋼板樁在潮差區的平均腐蝕速度為0.026mm/a，淺水區的平均腐蝕速度為0.031mm/a，水中區的平均腐蝕速度為0.030mm/a，泥面以上區的平均腐蝕速度為0.030mm/a。除潮差區腐蝕速度稍小外，淺水區、水中區、泥面以上區都幾乎相同。

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

(7) 采用取樣失重法計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) 超聲波測厚法和取樣失重法計算的腐蝕速度差別較大。超聲波測厚法測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；超聲波測厚法側面為0.011mm/a-0.055mm/a，平均0.035mm/a，取樣失重法為0.061mm/a，盡管失重法樣本數量太少和測厚法不能作完全比對。但失重測得的腐蝕速度高于超聲測厚法是明顯的。失重法根據試樣失重計算蝕余厚度和腐蝕速度，其結果反映的是試件的均勻減薄；是直接測得的鋼板樁的厚度，鋼板樁經多年的海水腐蝕，表面不平整，超聲波測厚儀的測量探頭直徑約1cm， 遇到較大坑蝕或鋼板樁表面不平整時，可能需另外更換測點位置，因而測得的度值比實際厚度偏大，計算出的腐蝕速度偏小。在進強度復核計算時，兩種方法都可以參考應用。

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

參考文獻

1孫振堯，青島港高樁碼頭技術改造的探討，水運工程，1988.12

2] 八所港務局港史編輯組，八所海港史，海南人民出版社，1984

3] 王木成、洪定海，八所港鋼板樁碼頭腐蝕調查報告，南京水利科學研究所,1975.12

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

5] 林慧國，林鋼，馬躍華，世界鋼號手冊，機械工業出版社法，1993:208