海上风电单桩基础外加电流联合复层包覆防腐施工技术

沙欣宇，范肖锋，张震宇

(1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2. 浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311122)

当前，海上风电工程往往采用造价便宜、施工简单的大直径钢管桩作为风机基础[1-2]。海洋环境中有氯离子、氧气、紫外线、海洋生物等，容易造成钢管桩的表层受到腐蚀，从而影响其承载特性[3-4]。为了有效的防止钢管桩受到腐蚀，许多学者开展了防腐研究。目前，海上风电工程最为常用的防腐方法主要有涂层防腐[5]、阴极保护防腐[6-7]、复层包覆防腐[8-9]。

阴极保护防腐中的外加电流法中，外加电流设备分布较分散，套笼安装及风机安装均有部分构件，安装工作面较多，协调过程较困难，且海洋环境较为复杂。因此，对海上风电大直径钢管桩防腐施工技术还有待进一步的研究。结合江苏启东某海上风机大直径单桩基础建设项目，对单桩基础外加电流联合复层包覆防腐施工技术进行研究，对后续类似工程施工建设具有参考意义。

1 工程概况

江苏华威启东H1号海上风电场项目位于江苏启东近海海域，场区中心离岸距离约32 km，海底地形变化较为平缓，水深在6～13 m之间。场区形状呈矩形，南北长约8 km，东西宽约5 km，规划海域面积40 km2，规划装机容量250 MW，共10个回路、42台风机。

2 复层包覆防腐

2.1 复层矿脂包覆防腐蚀技术

复层矿脂包覆防腐技术由四层紧密相连的保护层组成，分别为矿脂防蚀膏、矿脂防蚀带、密封缓冲层和防蚀保护罩。防蚀膏及防蚀带可带水施工，并因其有着优良的缓蚀成分从而能够有效的阻止腐蚀性介质对钢结构的侵蚀。密封缓冲层和防蚀保护罩则能将钢管桩基础与海水隔开，同时具有耐冲击性能，起到抵御机械损伤破坏钢结构的作用。

2.2 包覆防腐施工流程

钢管桩包覆防腐施工流程主要包含准备工作、钢结构表面处理、支撑卡箍位置确定、涂抹防蚀膏、包覆防蚀带、安装防蚀保护罩和端部和缝隙密封等7个步骤，如图1所示。

图1 钢管桩包覆防腐施工流程图

3 外加电流系统布置

3.1 辅助阳极构件

辅助阳极组件由阳极、阳极PVC-U固定管件、玻璃钢阳极支架带法兰组成。辅助阳极由1根钛合金(涂有MMO涂层)环氧树脂浇筑在PVC-U管件内部。将其固定在玻璃钢支架及法兰。长效参比电极组件由高纯度锌块、PVC-U法兰盘、玻璃钢法兰支架组成。长效参比电极由一块高纯度锌块、电极导电杆紧固、环氧树脂浇筑在PVC-U法兰，将其固定在玻璃钢法兰。

3.2 阴极保护系统直流电源布置

针对海上风电主要采用恒电位仪，安装布置于底塔内部，采用地脚螺栓固定(恒电位仪组成见表1)。恒电位仪安装在塔筒平台第三层电源控制箱底板上，共有2台恒电位仪一大一小，以39号风力发电桩为例，1台20 V 100 A，另外1台20 V 25 A。背靠背方式固定。安装位置见图2。

图2 恒电位仪安装位置图

3.3 阴极保护系统辅助阳极及参比电极布置

内壁辅助阳极及参比电极采用悬挂式安装方式阴极保护部件(内壁系统组成见表2)，电缆通过吊装绳连接到内平台的恒电位仪。吊装位置根据最低水位设置，保证设备低于最低水位，具体安装位置见图3。

表2 内壁系统组成表

外壁辅助阳极及参比电极通过风电桩外壁预制法兰接口(外壁系统组成见表3)，采用紧固件固定阴极保护部件，部件电缆通过电缆护管连接到内平台的恒电位仪。预制法兰接口可通过单独穿线管设置，也可采用已有钢管结构设置。安装标高为-5 m左右，初步安装布置见图4。

图3 内壁阴极保护吊装结构安装布置图

表3 外壁系统组成表

图4 外壁阴极保护结构安装布置图

4 外加电流系统施工方法

4.1 陆上预制场安装工程

每个电极安装法兰配置1个橡胶点垫片，将垫片和螺杆由套笼法兰连接玻璃钢法兰再放置垫片、弹垫、螺母，并紧固。采用交叉顺序拧紧螺母。使用3轮将螺母完全拧紧到所需扭矩175 N·m。穿引电极电缆线检查线缆是否有破损，破损电缆禁止穿线，避免使用不良后果发生。穿引电缆线完毕后在每根线缆汇合处使用316不锈钢轧带扎紧，在使用密封胶泥或海水密封结构胶封死套笼电极电缆线走线管，防止海水进入。将多余线缆盘成卷状固定在套笼平台，套笼起运海上安装前将电极缠绕膜包装拆除干净，避免电极和海水绝缘不能使用。

套笼周边需要按照要求布置配套6片DN150的法兰，法兰面保持平整度良好及无油污杂物，以便安装后保持良好的密封性。每片法兰孔至套笼平台处穿线孔都需要预留1根2 mm的钢丝绳，便于后续电缆穿线使用。现场安装辅助阳极及参比电极时，需要套笼制作单位配合搭设相应的安装平台。

辅助阳极及参比电极安装时，电缆从法兰中间穿过，通过预留钢丝绳的牵引引致套笼平台处。引出至套笼平台部分的电缆应盘好固定在平台护栏处，并采用保护袋保护。安装辅助阳极及参比电极时，应确保法兰面光滑平整，如果存在异物，应对法兰面进行清理。安装时，将橡胶密封垫放在2片法兰的中间，2片通过8条M20的螺栓进行固定连接，紧固时采用扭矩扳手，保证密封性良好。

4.2 海上安装施工

1)内部辅助阳极、参比电极安装。将预制好的内部阴极保护系统辅助阳极、参比电极及悬挂装置安装在预留悬挂处，并将电缆从多孔格兰中引入桩体内，并对密封舱盖及多孔格兰进行密封处理。

2)外部阴极保护系统走线。将外部辅助阳极尾随电缆、参比电极尾随电缆通过预留孔进入塔筒，预留孔处采用多孔格兰进行密封处理。

3)内部阴极保护系统走线。所有辅助阳极、参比电极的尾随电缆沿塔筒内部线缆桥架布放恒电位仪安装位置。

5 结 语

海上风电大直径钢管桩基础防腐施工中，常常存在着外加电流设备分布较分散，套笼安装及风机安装等安装工作面较多的问题，因此提出一种海上风机单桩基础外加电流联合复层包覆防腐施工方法。

首先，复层包覆防腐技术由矿脂防蚀膏、矿脂防蚀带、密封缓冲层和防蚀保护罩四层紧密相连的保护层组成。施工流程主要包含准备工作、钢结构表面处理、支撑卡箍位置确定、涂抹防蚀膏、包覆防蚀带、安装防蚀保护罩以及端部和缝隙密封等7个步骤。

其次辅助阳极组件由阳极、阳极PVC-U固定管件、玻璃钢阳极支架带法兰组成。阴极保护系统中的直流电源主要采用恒电位仪，辅助阳极及参比电极采用悬挂式安装方式。

再者，辅助阳极及参比电极需在陆上进行预制安装，且套笼周边需要按照要求布置配套6片DN150的法兰，法兰面保持平整度良好及无油污杂物，以便安装后保持良好的密封性。

最后，在海上进行内部辅助阳极和参比电极安装、外部阴极保护系统走线和内部阴极保护系统走线的安装。