碼頭技術改造工程的設計

汪文誠　徐甜

【摘 要】 根據碼頭技術改造可行性論證要點，以南昌港國際集裝箱碼頭升級擴能改造工程為例，基于總平面布置和結構設計兩個方面，總結技術改造工程的設計特點和存在的問題，提出解決措施供同類工程設計借鑒：新增場地續建老場地各線堆場；綁建系纜平臺升級碼頭結構。總平面布置必須考慮該地區的總體規劃、整體布局和新老設施結合的合理性，充分利用已有條件，做到投資少、效益大、布局合理。

【關鍵詞】 技術改造；集裝箱碼頭；結構設計

0 引 言

技術改造是企業采用新技術、新工藝、新設備、新材料對現有設施、工藝條件及生產服務等進行的改造、提升。根據《國務院關于促進企業技術改造的指導意見》，當前我國經濟發展的內外部環境正在發生深刻變化，新時期、新形勢對港口提出更高的要求，大型化、深水化、專業化港口的發展勢在必行。為適應區域內經濟蓬勃發展的需要，除了新建港口以外，對已建港區進行技術改造，是一條經濟、實用、簡單易行的途徑。技術改造工程的實施涉及企業的投資價值、生產的有效性、環境的創造、技術的創新等方面，是設計人員面臨的一個重要課題。

1 碼頭技術改造可行性論證要點

在實踐中，技術改造工程實施前需要科學論證改造的可行性。

（1）論證工程技術的經濟合理性及可行性；

（2）論證已建碼頭在工程改造后各部分受力變化及其適應性、安全性，探求升級改造工程實施后碼頭結構的安全性、可靠性。

（3）需經第三方工程質量檢測中心對原碼頭現狀進行調查并出具質量檢測報告。通過質量檢測結論，結合工程區域的自然條件和原碼頭結構的分析研究結果，確定擬改造碼頭技術改造的可行性。對改造后碼頭結構不適應、不安全之處提出科學的處理意見及加固、改造措施，探求合理解決問題的辦法和技術路線。

（4）對技術改造方案進行總體論證、評價，確定其可行性、合理性、經濟性、實用性等，組織有關專家進行評審，確定其可操作性、科學性。

2 工程實例分析

2.1 工程概述

南昌港國際集裝箱碼頭于2005年建成投產，建設規模為2個噸級集裝箱泊位，設計吞吐量5萬TEU/年。2011年實際完成集裝箱吞吐量6.17萬TEU、鋼材21萬t。現有碼頭已不能滿足吞吐量增長的需要，且碼頭靠泊能力不能適應航道等級提升及船舶大型化的趨勢，嚴重制約了集裝箱等貨物通過能力的提高。為充分發揮現有碼頭的設備、設施、管理等資源，建設單位提出對該碼頭進行升級和擴能建設，以逐步適應區域內貨物吞吐量的迅猛增長。

2.2 設計原則

（1）港區布置符合總體規劃；

（2）按照水工、工藝等改造要求，結合后方場地現狀，提出合理的改造方案，減少施工期對生產作業的影響，竣工投產后新老設施銜接順暢，滿足港區運營要求；

（3）結合港區周邊的交通規劃，做好工程內部與外部集疏運系統的銜接；

（4）遵守國家有關環境保護的規范、規定和要求，減少對周圍環境的影響，各區域功能布置相對獨立，建筑設計與周圍環境相協調。

2.3 設計難點

2.3.1 總平面布置

擬改造工程位于南昌港雞山港區，上游為亞力水泥廠碼頭，下游未規劃任何水上建筑物。港區陸域的擴充改造，需考慮老場地的拆除和新場地的合理布置。此工程平面布置主要有以下兩個難點：

（1）為保證已建的拆裝箱庫前30 m的作業地帶，堆場縱深僅為200 m。基于此種現狀，需布置三線集裝箱堆場，堆場寬度不僅要考慮工藝設備寬度模數，而且要考慮原堆場地下管線埋設位置。因此，堆場布置存在一定難度。

（2）新增場地如何與老場地保持良好的銜接。

2.3.2 結構設計

現有碼頭為順岸滿堂式布置，高樁框架式結構。由于靠泊船型的加大，船舶吃水加深，加之河床連年下切導致水位大幅下降，港池疏竣加深后使現有碼頭平臺前沿基樁自由長度增加較多，基樁內力及變形也顯著上升。根據前期檢測，碼頭樁基質量較差，外觀存在混凝土剝落、鋼筋銹蝕等缺陷，而碼頭技術改造后荷載加大，對基樁承載更為不利。如何利用原碼頭為大型船舶靠泊創造條件，這將是結構設計中須重點解決的一個問題。

由于原碼頭建設歷史較為久遠，其間又經過幾次小改造，因此，各方面專業資料的規整和分析任務較為艱巨、繁瑣，與碼頭改造的順利與否存在重大關系。

2.4 解決措施

2.4.1 新增場地續建老場地各線堆場

碼頭原陸域場地寬390 m，縱深357～232 m，形狀呈梯形。原碼頭下游側陸域為預留場地，寬81 m，縱深232 m，因此，擴充改造將考慮一并使用新老場地（見圖1）。

針對原輔助區的大量閑置場地，按照常規布置思路，需拆除大部分輔助建筑物，重新布局，以提高場地利用率，但考慮改造工程的造價和效益，應遵循資源利用最大化原則。輔助區設計基本保持原建筑物布置不變，僅在港區大門西側靠近圍墻處新建熏蒸房、國檢用房、污水處理站及洗箱區等設施，并在綠化帶中新增變電所及辦公樓前方新增行政停車場。

新增場地原設計為空箱堆場，并基本保持原陸域路網布局，將二、三兩線堆場均改造為集裝箱重箱堆場和件雜堆場，增設軌道，以滿足工藝設備作業需求。雖然港區充分利用現有場地條件，基本不影響現有場地的使用，施工期間對生產作業影響也較小，但空箱堆場布置位于碼頭下游側陸域，距離拆裝箱庫、洗箱場地較遠，能耗較高，且干擾重箱、件雜貨作業。因此，將新增場地布置為空箱堆場的方案弊大于利。

根據《南昌港總體規劃》，雞山港區為南昌市內外貿易服務的集裝箱專業港區。基于碼頭再次升級改造的可能性，新增場地將續建老場地各線堆場，其中：一線堆場保持原重箱堆場布置不變，龍門吊軌道向下游延伸77 m，利用新增用地續建重箱堆場；二線堆場上游側陸域布置冷藏箱堆場，其余布置集裝箱重箱堆場；三線堆場靠近輔助區，上游側陸域為空箱堆場，下游側陸域為件雜堆場。一線堆場已建有36 m寬軌道；二線堆場與一線堆場保持一致，軌道寬度為36 m，堆場寬度為47 m；三線堆場暫計劃為空箱堆場，根據業主要求，未來將一并作為重箱堆場。為保證已建拆裝箱庫前的30 m作業地帶，三線堆場預留軌道位置，寬度為，堆場寬度為41 m。新增場地布置符合港區總體規劃，雖分割新增用地，縮小施工場地，使施工期間對碼頭運營造成較大影響，給施工帶來一定的難度，但從長遠看，碼頭再擴建將帶來無法估量的好處。

2.4.2 綁建系纜平臺升級碼頭結構

針對現有碼頭的布置和結構，碼頭平臺分為前后樁臺，其中：前樁臺長200 m，寬38.7 m；后樁臺長380 m，寬10.1 m，排架間距均為6.4 m；碼頭面高程為23.0 m。平臺基樁為直徑 mm的鉆孔灌注樁，前樁臺6根，樁間距7.2 m；后樁臺2根，樁間距6.6 m。樁頂設有縱橫向聯系撐，局部設置斜撐。平臺上方由整體澆筑的縱橫梁、軌道梁、系船梁、靠船立柱及面板等組成；平臺前方及下方系纜平臺設有150 kN系船柱，前沿及排架間設有D300H型橡膠護舷。

根據平面布置，現有碼頭平臺尺度已能滿足2艘 TEU集裝箱船靠泊要求，僅需進行結構升級，而無需改變碼頭長度。為了提高樁基承載可靠性，消除結構安全隱患，結合合理可行的施工方法，對碼頭平臺改造提出以下設計方案：

（1）按照樁基布置要求，在碼頭前方增設系靠船平臺一座，平臺長為200 m，寬為4 m，高樁墩式結構。

（2）平臺基礎采用一次出水鋼管灌注樁，與原碼頭排架共線布置，縱向為兩列，間距為2.6 m。鋼管樁直徑為900 mm，砼芯柱直徑為750 mm，樁底高程為 15.0 m；為提高平臺水平剛度，樁內采用素砼充填。

（3）鋼管樁分層焊接鋼系纜平臺，層間距為，共3層，系纜平臺前方設置250 kN系船柱，鋼管樁前沿連續布置DA-A400H型橡膠護舷。

（4）系靠船平臺上方為現澆砼承臺，承臺厚1.4 m，碼頭集裝箱龍門吊前軌移至其上，軌道中心距離碼頭前沿為2.1 m。為減少龍門吊工作軌距誤差，通過埋植鋼筋連接承臺及鋼管樁與原碼頭橫梁及靠船立柱，確保協同變形。

（5）為充分滿足大型船舶靠泊水深和系船力增大的要求，將原碼頭系靠船設施拆除后，在前沿外側綁建一新的系纜平臺。這種組合是在充分利用原有港口設施的前提下，“新建”一個深水泊位。盡管新、老結構使用壽命不同，但仍能發揮最大的經濟效益，相較于全部新建同類型深水泊位來說費用要節省得多。

3 需注意的事項

（1）通常升級改造工程的場地都較小，如何合理利用場地，節約用地是關鍵。除了布置應緊湊以外，安全間距、道路寬度都應符合規范的規定，在考慮整個布局協調性的同時，還應注意改造工程施工的合理性。

（2）設計需考慮生產、運營、施工、總體格局及遠期再擴建等多重因素。以長遠利益為主，避免因短期利益而給長期發展帶來局限，造成重復建設。

（3）對港區現狀需調查清楚，區分需拆除區域和可繼續利用區域，以減少工程投資。

（4）作為新老結構重新組合的碼頭，其各部分構件的安全度及耐久性差異較大，對碼頭整體而言，應仍以最薄弱部位的安全性、耐久性、適用性等為控制要素；在升級改造后，還需進行項目“后評估”工作，驗證其合理性、科學性。

4 結 語

本文通過對南昌港國際集裝箱碼頭升級改造工程設計方案的剖析，為類似項目的實施提供借鑒。

（1）認真收集、分析原設計、竣工及后期改造等歷史資料，這是升級改造工程的首要工作，也是為改造設計提供翔實、準確的基礎數據和依據。

（2）由于改造項目受很多因素的制約，方案設計需大膽創新，如工程中提出的前移前軌并在碼頭前方綁建系纜平臺的方案，很好地解決了原碼頭結構安全隱患及系纜平臺空間不足的問題。

（3）進行技術改造工程設計，應統籌兼顧，抓住改造設計的重點、難點，有效地開展設計工作，使原碼頭煥發出新的生機。