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Research on the Innovation of Anticorrosion Process of Wufengshan Yangtze River Bridge
胡颖健① HU Ying-jian；李颖① LI Ying；王亮① WANG Liang；
邹建波② ZOU Jian-bo；管学文② GUAN Xue-wen
（①镇江蓝舶科技股份有限公司，镇江 212016；②江苏润扬大桥发展有限责任公司，南京 210016）
（①Zhenjiang Lan Bo Technology Co.，Ltd.，Zhenjiang 212016，China；
②Jiangsu Runyang Bridge Development Co.，Ltd.，Nanjing 210016，China）
摘要：五峰山长江大桥是中国首座公铁两用悬索桥，世界首座高速铁路悬索桥，大桥的防腐工程是确保桥梁长期高效运行的重要环节。本文首先回顾了钢结构桥梁防腐施工研究的成果，然后详细阐述了五峰山大桥钢结构防腐工程中的工艺流程优化及管理创新，对比分析了新旧防腐工艺流程的差异、优缺点，在此基础上从提升工程质量、降低环境污染、减少工期、节约人工及材料成本等方面计算了新工艺所产生的经济和社会效益，相关研究对于钢结构桥梁防腐工艺的改革和创新具有重要的借鉴意义。
Abstract: Wufengshan Yangtze River Bridge is the first highway and railway suspension bridge in China and the first high-speed railway suspension bridge in the world. The anti-corrosion engineering of the bridge is an important link to ensure the long-term and efficient operation of the bridge. This paper first reviews the research results of steel structure bridge anticorrosion construction, and then elaborates the process flow optimization and management innovation in the steel structure anticorrosion engineering of Wufengshan Bridge, and compares and analyzes the differences, advantages and disadvantages between the new and old anticorrosion process flow. On this basis, it calculates the economic and social benefits of the new process from the aspects of improving engineering quality, reducing environmental pollution, reducing construction period, saving labor and material costs. The related research has important reference significance for the reform and innovation of steel structure bridge anticorrosion technology.
关键词：五峰山长江大桥；钢结构桥梁；防腐；工艺流程创新
Key words: Wufengshan Yangtze River Bridge；steel structure bridge；anticorrosion；technological process innovation
中图分类号：U448.25 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2021）01-0158-05
0 引言
五峰山长江大桥是中国首座公铁两用悬索桥，世界首座高速铁路悬索桥，全场6.409km，主跨1092m。大桥下层是4线高速铁路，设计时速250公里。上层为双向8车道高速公路，设计时速100公里。大桥公路北接线起自京沪高速与沪陕高速交叉的正谊枢纽，在南岸接泰镇高速与江宜高速交叉的大港枢纽。五峰山大桥的建成大大缓解了上下游过江通行的压力。五峰山长江大桥的建成使得连淮扬镇高铁全线通车，大大缩短了从连云港到镇江和南京的乘车时间。从铁路网中看，五峰山长江大桥是连淮扬镇高速铁路过江的节点性工程，该工程对于完善江苏全境的铁路网，推动江苏经济不发达地区融入长三角核心区域，推进江苏全省经济和区域一体化发展具有重要意义。
1 钢结构桥梁防腐研究的重要性
随着我国经济的发展，政府对基础设施的投入迅猛增加，道路桥梁建设是基础设施投入的重要内容，一大批跨江、跨海大桥相继建成，如杭州湾跨海大桥、苏通大桥、珠港澳大桥等。目前我国公路桥梁数量已超过80万座，铁路桥梁总数超过20万座，高铁桥梁累积长度超过1万公里，桥梁不仅是中国建造的靓丽名片，中国也成为世界第一桥梁大国。在世界排名前十的大跨度梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥中，中国都各自占据半数。由于钢结构的自重比较轻，具备较高的强度，施工作业进度较快，在现代桥梁建设施工中得到了大量的应用。
然而在钢结构桥梁建设和使用过程中，桥梁防腐一直是影响桥梁长期安全运营的重要因素。随着桥梁投入运营的时间变长，桥体钢材受到腐蚀的问题和涂层劣化问题比较显著，一旦钢结构防腐涂层受到的破坏，直接对桥梁的使用年限及使用安全造成重大影响。尽管钢结构桥梁的防腐涂层采用特殊材料制作，与钢结构之间形成较强的附着力，可以避免外界环境对钢结构的腐蚀，但是现实中仍然存在诸多因素导致钢结构桥梁的腐蚀。这些因素不仅包括防腐材料质量和选择、施工过程中的碰撞等，也有环境因素，如紫外线照射导致的涂层材料分解，以及雨水或酸雨冲刷等。
作为世界首座高速铁路悬索桥和中国第一座公铁两用悬索桥，五峰山长江大桥桥体主要采用钢结构材料，为了保证工程质量，五峰山长江大桥建设过程中采用了一系列新结构、新材料、新工艺、新技术、新装备，获得了数十项专利。作为五峰山长江大桥防腐涂装工程主要施工方，镇江蓝舶科技股份有限公司为了保护桥梁免受腐蚀环境破坏，保护桥梁的安全运行、延长桥梁的使用寿命，在大桥防腐涂装工程中进行了大胆的工艺改进和管理创新，在确保施工质量和防腐效果的同时大大降低了环境污染，节约了施工成本、加快了施工进度，取得了很好的经济效益和社会效益。总结五峰山长江大桥防腐工艺改进和管理创新的经验，对于提升我国钢结构桥梁整体防腐技术和施工质量具有重要理论和实践意义。
2 钢结构桥梁防腐研究的现状
随着钢结构在桥梁建设中的普遍应用，钢结构防腐涂装不仅是实践关注的焦点，同时也是防腐涂装理论界研究的热点。许多学者针对钢结构防腐施工的防护体系设计、施工方法、质量控制、技术要点等方面对如何提升防腐施工质量以及防腐效果进行了探讨，总结已有的研究成果主要集中在以下几个方面：
①桥梁钢结构防腐施工及质量控制。防腐涂装施工质量的优劣直接影响到钢结构桥梁的耐久性能、外观质量和使用安全。一些学者结合防腐工程案例，分析了如何对防腐工程质量进行控制。包括根据桥梁的腐蚀环境和腐蚀特点，提出一些合理的钢结构桥梁防腐涂装的方法,并对涂装体系的施工工艺和质量检测控制进行探讨（陈毅，2019）[1]；结合工程实例介绍钢结构防腐涂装涂装体系设计、涂装施工方法和质量控制（罗明迪，李航运，2018）[2]；针对钢结构桥梁防腐工程的不同利益相关方提出相应的质量控制措施（王卫东，杨巧富，张颍利，2018）[3]。②桥梁钢结构防腐工艺研究。先进的防腐工艺是确保钢结构桥梁防腐工程施工质量的关键，钢结构桥梁工程建设的过程中，由于自身材质原因，抗腐蚀能力较差，一些学者对钢结构桥梁工厂内涂装、喷砂除锈技术和施工现场钢结构安装完成后涂装防腐工艺进行了研究（崔鑫，2019；李少祯，2019）[4][5]。③防护体系设计。钢结构桥梁的不同部位拥有不同的腐蚀特性，因此有必要根据不同部位的腐蚀特点设计相应的防护体系。郭芳（2011）概述了钢桥梁不同部位的腐蚀特性并对电箱的钢桥梁防护体系进行总结和梳理探讨钢桥梁重防腐涂料未来的发展方向[6]，李运德等（2011）、张辉（2013）根据钢结构所处的腐蚀环境、涂装部位和预期使用寿命设计探讨相应的涂层配套体系[7][8]，戴润达（2018）结合案例分析标准规范、涂装配套体系设计、涂料质量、施工管理及施工等影响桥梁长效防腐的主要因素，并对相关环节提出了改进意见[9]。④钢结构防腐涂装施工技术要点。相关研究成果主要集中在：分析了现代桥梁的基本类型及其腐蚀环境和腐蚀特点，通过对典型桥梁工程防腐涂装技术以及国内外现行的桥梁防腐涂装标准的分析，总结通用的钢结构桥梁防腐涂装的配套方法及未来发展趋势（杨振波，师华，黄玖梅，2012）[10]。分析涂层缺陷的相关原因，提出涂料产品选择依据、施工注意事项（马红伟，2013）[11]；对厂内和施工现场钢结构喷砂除锈、上漆等工艺进行了分析（王维维，2012）[12]；介绍新的涂装施工设备以及新型环保涂料的应用（常彦虎，王岁利，郭芳，2015）[13]；研究热喷涂技术在桥梁钢结构防腐中的操作要点（徐军，罗列豪，章黄，2018）[14]。⑤影响钢结构桥梁防腐涂装效果的因素。已有成果包括对钢结构桥梁常见腐蚀类型及影响因素进行分析（宗娜，2017）[15]，识别钢结构桥梁防腐涂层病害原因（杨晨，2020）[16]，探讨了涂装体系、涂装工艺、环境条件和人为因素对钢结构桥梁支座防腐耐候性的影响（佟嘉明，臧晓秋，石秋君，2017）[17]，总结桥梁钢结构长效防腐的基本措施及普遍存在的管理问题并提出了改进措施（杜百计，柳建设，2008）[18]，分析钢结构桥梁防腐涂装常规化验收、竣工验收、人员资质等方面存在的问题及改进措施（高学英，2017）[19]。
综上所述，有关钢结构桥梁防腐的研究成果主要集中在施工质量控制、防腐工艺提升、防腐体系设计、施工技术要点以及影响防腐效果的因素等方面，已有成果极大地丰富我国桥梁防腐的理论体系，提升了实践水平。但是很少有文献从工艺流程的优化及管理创新的视角对桥梁防腐工程进行探讨，镇江蓝舶科技有限公司在五峰山长江大桥施工中积极探索，勇于创新，对防腐工艺流程进行了优化，具体做法介绍如下。
3 五峰山长江大桥防腐工艺流程创新
五峰山长江大桥防腐工程中的一项重要创新是对传统的施工工艺流程进行优化和改进，即将本应在工地现场施工的构件外表面、桥面板顶、底面（除挡渣板之间范围及公路桥面有铺装范围）最后一道面漆工序改为在涂装工厂内施工，虽然表面上看只是施工场地的变化，但是却带来显著的经济效益和社会效益。当然工艺流程的改进也给公司的管理带来挑战。
3.1 新旧防腐工艺流程操作工序对比
五峰山长江大桥的防腐工序根据施工场地可以划分为工厂内涂装和桥址涂装。工厂内涂装的好处是作业环境比较稳定，操作简便安全性高，而且工程质量有保障。但是并非所有的防腐涂装工序都可以在工厂内完成，比如一些焊接部位、安装过程中的涂层损伤、公路桥面有铺装的范围、高强螺栓连接部位外露面等都需要在桥址施工现场进行施工。在以往的大桥防腐工程中，通常将构件外表面、桥面板顶、底面（除挡渣板之间范围及公路桥面有铺装范围）的最后一道面漆的施工场所也安排在桥址现场。而镇江蓝舶科技有限公司在五峰山长江大桥防腐涂装施工中对工艺流程进行了优化和调整，将构件外表面、桥面板顶、底面（除挡渣板之间范围及公路桥面有铺装范围）的最后一道面漆的施工场所改为工厂内涂装，所有涂装完成以后再运送到工地进行拼接。新旧防腐施工流程的比较如下：
①旧工艺方法：原有施工工艺是将钢构件在工厂内进行表面清理，在喷砂房内进行喷砂处理，然后转至涂装房内进行底漆，中漆，面漆（除最后一道面漆）的涂装，涂装结束后将涂装后的桥梁钢构件运输至桥址现场进行拼接，桥梁拼接完成后进行最后涂装，对在运输和拼接过程中产生的磨损、破损等部位进行修补，补涂结束再整体刷涂最后一道防腐面漆，确保涂层表面颜色均匀，不产生流挂等缺陷，确保外观颜色一致。传统防腐工艺流程如图1。
②优化后的桥梁防腐工序。在原有的旧工艺基础上进行改变，同样将钢构件在工厂内进行表面清理，在喷砂房内进行喷砂处理，然后转至涂装房内进行底漆，中漆，面漆的涂装，包括最后一道面漆的涂装也在工厂内进行，涂装结束后将涂装后的桥梁钢构件运输至桥址现场进行拼接，在桥梁完成拼接后进行最后修补涂装，对在运输和拼接过程中产生的磨损、破损等部位进行修补，补涂结束，尽可能确保涂层表面颜色均匀，外观一致。优化后的防腐工艺流程如图2。
3.2 新旧防腐工艺流程的优缺点对比
①旧工艺流程的优缺点。
旧工艺流程的优点：最后一道面漆整体涂装，可以保证桥梁整体颜色一致，色彩均匀，减少在运输中出现的破损，降低了需要额外修补的工程量。
旧工艺流程的缺点：
第一，旧工艺是将最后一道面漆安排在桥址现场进行施工作业，因施工作业面广，工程量大，因此投入的人员、材料、设备较多，加大了现场的管理工作的难度。
第二，桥址现场进行最后一道面漆施工属于露天作业，涂装作业对施工环境有一定的要求，因此，需要根据季节天气等情况安排施工，涂装施工对施工环境的湿度有一定的要求，逢雨季时，会影响桥面涂装质量，加大施工的难度。
第三，户外涂装施工会产生部分漆雾，这些漆雾随风吹散不仅增加了油漆的使用量造成材料使用量的增加，另一方面也对周边环境等造成一定的环境污染，为了减少污染施工方需要加大环保设备的投入，无疑增加了施工成本。
第四，涂装材料中包含了油漆、稀释剂等易燃易爆品，在施工现场存储需要专门的库房和专人进行保管，而施工现场人员由隶属不同施工队伍的人员组成，人员多而杂，管理难度大，油漆和稀释剂等易燃易爆品存储在现场存在较高的安全隐患。
第五，户外露天施工，涂装作业需要根据季节天气情况安排施工，这样就会对施工的进度产生影响，对人员、设备的调度管理等不利。
②新工艺流程的优缺点。
新工艺流程的优点：第一，减少了桥址现场的工程量，减低了现场人员、材料、设备等的投入，便于桥址现场的人员管理。第二，由于所有涂装工序在工厂内完成，现场只是对运输过程中产生的破损面进行修补，因此现场作业所需材料较少，因而减少了油漆、稀释剂等易燃易爆品的现场存储，降低了施工现场存在的安全隐患。第三，将大规模的户外施工作业转移至室内，可以降低涂装过程中对桥址周边的环境污染，同时也减少了作业中的涂料损耗，降低了成本。第四，大规模室外作业必然受到天气变化的影响，而室内作业不用实时根据天气变化来调整工程进度，不仅减少了工期，加快了施工进度，同时也避免了天气对现场施工质量的影响，提高了涂装质量。
新工艺流程的缺点：第一，将最后一道面漆安排在工厂内进行施工作业，施工结束后将成品打包运至桥址现场，为了在运输过程中对成品应当进行保护，减少在运输途中的磕损、剐蹭等现象，就必须解决成品打包运输的问题。同时在钢构件拼接过程中需要兄弟协作单位减少拼接中破损和剐蹭，对兄弟单位的操作也提出了更高的要求。第二，新工艺流程在工厂内完成所有涂装然后运输到现场拼接，但是在运输途中不可避免出现的破损情况，需要额外专人进行修补施工；第三，由于对运输过程中的破损部位进行修补会导致修补油漆与无需修补部分产生色差，虽然这种色差随着时间推移会逐渐消失，但是短期内会影响整体美观效果。
4 五峰山长江大桥防腐工艺流程创新的经济及社会效益
通过对新旧工艺优缺点的比较，公司认为新的工艺虽然存在管理协调方面的困难以及短期桥梁美观方面的影响，但是在提升桥梁防腐施工质量、保护环境方面具有无可替代的优势，因此最终决定进行工艺流程的优化，采用新的工艺流程来完成防腐涂装施工。通过初略匡算，新工艺所带来的经济和社会效益如下：
4.1 有效提升了施工质量
将构件外表面、桥面板顶、底面（除挡渣板之间范围及公路桥面有铺装范围）最后一道面漆安排在工厂内进行施工作业，可以在上一道涂装结束后的有效时间内完成最后一道面漆涂装，确保涂层之间的结合力。在涂装房内进行施工作业，可以采用机械设备等更好的控制施工环境的温湿度，改善涂装施工的作业环境，提高施工质量，也可采用涂装厂房内的智能化设备涂装设备进行施工作业，减少了施工过程中对人工操作的依赖，通过智能化的涂装和检测设备，进一步提高涂装施工的质量。
当然工艺流程的调整和优化只是为提升防腐工程质量提供了有利条件，但是对每道施工工序的监督和管理也是确保防腐工程质量的重要环节，而明确防腐涂装每道工序的施工标准则是进行质量监控的前提。为此镇江蓝舶科技有限公司根据五峰山长江大桥防腐涂装质量要求和环境特点提出了如下的施工标准，具体如表1。
通过事前预防、事中严格控制，事后检查治理，有效的保证了防腐标准的实施，确保防腐工程质量。
4.2 降低了环境污染，减少了材料成本
旧工艺在室外施工油漆喷涂施工会受到风力和阳光的影响，导致油漆挥发量较大。而新工艺选择在工厂内涂装施工，施工环境非常稳定，大大减少了桥址现场施工时产生的漆雾对周边环境的影响，根据五峰山长江大桥施工作业面积，以及新工艺减少排放的污染物就是桥址现场所需油漆量与工厂内施工所需油漆量的差值，我们可以大致计算出新工艺所减少的污染物排放量，具体计算过程如下：
五峰山大桥一标段钢构件外表面面积为317539.1m2，在工厂内进行涂装时，计算系数为1.7，桥址现场涂装经验计算系数为2.0，1L涂料涂装面积为15.714m2/L。因此，工厂内涂装和桥址涂装的油漆用量我们可以计算如下：
工厂内涂装的理论油漆量：
317539.1/15.714=20207.401L
实际油漆量：20207.401×1.7=34352.582L
桥址涂装的理论油漆量：317539.1/15.714=20207.401L
实际油漆量：20207.401×2=40414.802L
污染物排放量：40414.802L-34352.582L=6062.22L
试想6000多升的油漆污染物排放在空气或长江中会对周边空气环境以及长江生态造成怎样的影响？而通过工艺流程的改进，不仅大大减少了污染物的排放，而且节约了材料成本，直接给施工方带来现实的经济效益。
4.3 加快了施工进程，降低了人工成本
工艺流程的改进也大大降低了人工成本，加快了施工进度。桥址现场施工不仅施工风险高，施工难度大，同时所消耗的工时和人工成本有所增加。
我们以五峰山长江大桥40-41节段12822m2防腐涂装为例：
新工艺流程下：厂内总拼后，处理焊接区域约536m×30cm宽焊缝=160.8m2打磨油漆修补，需要人工费用6432元，平均到整节段平方核算约0.5元/m2，期间机械台班约4800元，最后一道面漆拉毛统喷4元/m2。施工直接人工费用大约6元/m2。
再看工期，在新工艺流程下，工厂施工使用脚手架和高空车需要2天的时间，统喷最后一道面漆需要4天时间，2天拆除脚手工装后，高空车再修补1天即完成二道面漆施工，如此推算大桥最后合拢段合拢后，结构焊接安装结束需要7天时间即可完成全桥涂装面漆。
老工艺流程下：如果40-41节段12822m2第二道面漆在桥址施工，由于施工难度增加，不含工装措施费，直接人工费用约12元/m2左右，比工厂内施工高了一倍左右。
如40-41节段12822m2二道面漆在桥位施工，需要在合拢后先处理完焊缝补涂，等到全桥附属设施基本安装结束，路面摊铺后，无交叉作业的情况下进行全桥基本封闭式统喷最后一道面漆，总体工期估计需要三个月以上。同类型沪通大桥采用旧的施工流程，需要3个月以上的工期才完成了施工。
总体上看，新的工艺流程不仅大大降低了成本，同时也缩短了工期，为大桥保质保量按时完工做出了贡献。
5 总结
本文以五峰山长江大桥防腐工程为例，深入剖析了镇江蓝舶科技有限公司在大桥防腐工程施工中的工艺创新和流程优化。首先对五峰山长江大桥以及桥梁防腐的重要性简要介绍，然后从对当前钢结构桥梁防腐的研究现状进行了总结和梳理，在此基础上重点比较了旧的工艺流程和新的工艺流程在工序上的差异以及优缺点，并从环境污染、工期和施工成本等方面对新工艺流程所产生的经济效益和社会效益进行匡算，上述研究对于我国桥梁防腐工程施工质量的改进和经济效益的提升具有重要的理论意义和实践意义。
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