非洲港口工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析與市場(chǎng)應(yīng)用
——以馬達(dá)加斯加某港口群為例

孔凡

（中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027）

1 引言

馬達(dá)加斯加島位于非洲大陸東南部，印度洋西南面，國(guó)土面積約5.9×105km2，為狹長(zhǎng)形島，海岸線長(zhǎng)約5 000 km，為世界第四大島。由于主要港區(qū)設(shè)施落后，港池淤積等因素制約，遠(yuǎn)洋大型船舶無(wú)法直接停靠，貨物只能在周邊國(guó)家深水港轉(zhuǎn)運(yùn)小型船舶運(yùn)抵馬達(dá)加斯加。基于此，亟待對(duì)現(xiàn)有碼頭設(shè)施進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)建，以滿足未來(lái)經(jīng)濟(jì)和對(duì)外貿(mào)易的發(fā)展需求。項(xiàng)目建成后，會(huì)提高該港口群的集約化、專業(yè)化以及現(xiàn)代化水平，提高馬達(dá)加斯加在南部非洲中轉(zhuǎn)的戰(zhàn)略地位，推動(dòng)馬達(dá)加斯加國(guó)家經(jīng)濟(jì)和對(duì)外貿(mào)易發(fā)展。

2 新時(shí)代下非洲港口項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)

2.1 非洲國(guó)家保護(hù)政策對(duì)港口項(xiàng)目的影響和風(fēng)險(xiǎn)

2020 年，世界進(jìn)入公共衛(wèi)生新時(shí)代，項(xiàng)目東道國(guó)政府對(duì)其他國(guó)員工、勞工入境采取了限制措施，辦理入境簽證、工作許可難度增大，影響了施工隊(duì)伍的組織以及施工進(jìn)度。另外，項(xiàng)目東道國(guó)政府對(duì)目前在當(dāng)?shù)毓ぷ鞯钠渌麌?guó)籍員工實(shí)施了更為嚴(yán)格的醫(yī)學(xué)檢查等公共衛(wèi)生措施。除此之外，能否順利入關(guān)以及清關(guān)的時(shí)間和費(fèi)用也成長(zhǎng)為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.2 非洲各國(guó)財(cái)政及金融機(jī)構(gòu)影響和風(fēng)險(xiǎn)

2020 年以來(lái)，各國(guó)財(cái)政支出目前多用于衛(wèi)生防控，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的財(cái)政預(yù)算大幅削減，尤其港口工程面臨投資大、周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，受此影響更大。由于公共衛(wèi)生造成了經(jīng)濟(jì)衰退，重債窮國(guó)債務(wù)壓力急劇加大，以非洲為例，根據(jù)2020 年承包商會(huì)數(shù)據(jù)分析，已簽合同項(xiàng)目中落實(shí)資金的項(xiàng)目個(gè)數(shù)不到30%，尤其是大型項(xiàng)目基本處于暫停狀態(tài)，國(guó)際工程的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)工作面臨著巨大挑戰(zhàn)。

2.3 項(xiàng)目合同索賠影響和風(fēng)險(xiǎn)

新時(shí)代下，港口工程項(xiàng)目在非洲極易因公共衛(wèi)生問(wèn)題遭受嚴(yán)重影響或延誤，不排除項(xiàng)目業(yè)主主張終止商務(wù)合同和索賠的可能，但承包商能否以此突發(fā)事件作為不可抗力因素要求索賠，需要進(jìn)一步分析，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于以上風(fēng)險(xiǎn)，非洲港口項(xiàng)目的市場(chǎng)推動(dòng)和落地異常困難。如何通過(guò)前期港口項(xiàng)目的勘察分析和吞吐量預(yù)測(cè)定位港口功能，優(yōu)化碼頭設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低項(xiàng)目推動(dòng)和履約風(fēng)險(xiǎn)，具有一定借鑒意義。

3 非洲港口工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.1 碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1 結(jié)構(gòu)形式

該項(xiàng)目中，碼頭結(jié)構(gòu)主要采取鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。施工流程為：沉入鋼管樁，并在鋼管樁間安裝Z 形鋼板樁→鋼管板樁墻后回填→安裝拉桿→開(kāi)展回填工作（回填高度以碼頭標(biāo)高為準(zhǔn)）→安裝碼頭附屬設(shè)施→泊位疏浚[1]。需要注意的是，在鋼管板樁墻后回填環(huán)節(jié)，施工材料選用10~100 kg塊石夯實(shí)。完成此項(xiàng)施工后，為保障碼頭使用安全，需要現(xiàn)澆長(zhǎng)1 300 mm、寬500 mm 的胸墻，與碼頭面層形成整體。

圖1 鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)斷面圖（單位：mm）

為保障鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)安全，需要在鋼管樁之間安裝Z 形鋼板樁，為保障填充塊石不流失，還需要在鋼管樁表面布設(shè)鋼筋網(wǎng)片。所有網(wǎng)片都需要采用A10 鋼筋沿縱橫向間隔100 mm 分布。

3.1.2 材料選擇

由于該項(xiàng)目處于非洲地區(qū)，鋼材與鋼筋需要滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）鋼材，采用歐標(biāo)S275 和S335 的結(jié)構(gòu)鋼；（2）鋼筋，等級(jí)Grade250（BS）：fyk=250 MPa（圓鋼）；等級(jí)Grade 460（BS）：fyk=460 MPa（高強(qiáng)螺紋鋼）；等級(jí)B500B（BS）：fyk=500 MPa（高強(qiáng)螺紋鋼），其中，fyk為鋼筋的屈服強(qiáng)度。

3.1.3 荷載組合

不同鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)的作用有所不同，荷載組合極限狀態(tài)下的承載力見(jiàn)表1（STR 為結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)；SLS 為正常使用極限狀態(tài)）。

表1 荷載組合極限狀態(tài)下的承載力

鋼管樁的受力特點(diǎn)與沉箱結(jié)構(gòu)較為類似，其外壁垂直壓力σz與水平壓力σx的計(jì)算公式為：

式中，σz為外壁垂直壓力，kPa；σx為水平壓力，kPa；ρ 為填料密度，kg/m2；g為質(zhì)量，kg；A為系數(shù)；Z為計(jì)算點(diǎn)距填料頂面的深度，m；e 為自然對(duì)數(shù)的底；q為作用于鋼框架頂面上的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；K為鋼框架內(nèi)填料的側(cè)壓力系數(shù)，取1-sinφ，其中，φ 為填料內(nèi)摩擦角，（°）。

通過(guò)式（1）、式（2）對(duì)鋼管樁荷載力分布狀態(tài)進(jìn)行分析，以便結(jié)合項(xiàng)目需求，對(duì)鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷完善，保障碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作順利開(kāi)展。

3.2 注意事項(xiàng)

由于該碼頭每日潮差較大，部分鋼管樁位于水位變動(dòng)區(qū)，為防止被海水不斷侵蝕，需要做好防腐設(shè)計(jì)，以便提高鋼管樁的耐久性。在本項(xiàng)目當(dāng)中，采用預(yù)留腐蝕余量與涂層聯(lián)合保護(hù)兩種手段，并通過(guò)式（3）計(jì)算其單面腐蝕余量：

式中，Δδ 為單面腐蝕余量，mm；k為鋼結(jié)構(gòu)單面平均腐蝕速度，考慮到該結(jié)構(gòu)位于水位變動(dòng)區(qū)，取值0.12mm/a；P為保護(hù)效率，若采用土層保護(hù)取50%；t1為防腐蝕措施的設(shè)計(jì)使用年限，a；t為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，a。

結(jié)合本項(xiàng)目運(yùn)行需求，計(jì)算出鋼結(jié)構(gòu)單面腐蝕余量為0.3 mm。除了要實(shí)現(xiàn)預(yù)留腐蝕余量之外，工作人員還需完善涂層保護(hù)方案。在鋼管樁底層采用富鋅漆涂刷，厚度控制在40μm，第二層噴涂環(huán)氧樹(shù)脂漆厚度控制在200 μm，隨后再加一層聚氨酯漆，厚度控制在100 μm。在噴涂防腐涂層前，工作人員要事先對(duì)鋼管樁表面進(jìn)行清潔，清潔等級(jí)不能低于Sa2.5 級(jí)。

4 吞吐量預(yù)測(cè)

4.1 預(yù)測(cè)思路和方法

吞吐量預(yù)測(cè)采用定性預(yù)測(cè)和定量計(jì)算相結(jié)合的方法。在對(duì)方腹地國(guó)民經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)布局現(xiàn)狀和發(fā)展等調(diào)查分析基礎(chǔ)上，以集裝箱吞吐量為例，通過(guò)回歸分析法、計(jì)劃增長(zhǎng)率法預(yù)測(cè)目標(biāo)年度該港口群的主要港口集裝箱吞吐量，結(jié)合本項(xiàng)目功能定位，確定本項(xiàng)目集裝箱吞吐量[2]。

4.1.1 回歸分析法

集裝箱吞吐量與本國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)，運(yùn)用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)原理，集裝箱吞吐量與本國(guó)GDP 密切相關(guān)，相關(guān)度高達(dá)0.92。

以該港口集裝箱吞吐量為因變量，馬達(dá)加斯加GDP 為自變量，建立一元回歸方程：Y=0.602 1G-20.073。其中，Y為集裝箱吞吐量（104TEU）；G為GDP（億美元）。預(yù)計(jì)2021—2025年，港口集裝箱吞吐量為6%；2026—2030 年，港口集裝箱吞吐量為5%。基于此，2025，年該港口集裝箱吞吐量預(yù)測(cè)將達(dá)到6.1×105TEU，030 集裝箱吞吐量預(yù)測(cè)將達(dá)到8.2×105TEU。

4.1.2 擬建工程集裝箱吞吐量預(yù)測(cè)

根據(jù)該港口群主要港口集裝箱能力缺口分析，結(jié)合泊位布局、項(xiàng)目碼頭項(xiàng)目目標(biāo)、定位和建設(shè)規(guī)模，以及現(xiàn)有集裝箱碼頭設(shè)施利用情況，本項(xiàng)目碼頭任務(wù)量明確，預(yù)計(jì)于2025年達(dá)產(chǎn)。本項(xiàng)目預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)年為2025 年，達(dá)產(chǎn)年吞吐量為6×105TEU，達(dá)產(chǎn)年集疏運(yùn)情況預(yù)測(cè)見(jiàn)表2。

表2 本項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)年集疏運(yùn)情況預(yù)測(cè)

5 效果評(píng)價(jià)與市場(chǎng)應(yīng)用

5.1 減少混凝土工程量，有效控制項(xiàng)目造價(jià)

與傳統(tǒng)重力式方塊碼頭相比，選擇鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)，能夠替代傳統(tǒng)施工活動(dòng)中海平面以下預(yù)制混凝土方塊，有效減少混凝土工程量。再加上鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量較輕，可以結(jié)合項(xiàng)目需求靈活變化，對(duì)于設(shè)備的吊裝要求低，最終能夠有效節(jié)約工程造價(jià)，提高項(xiàng)目建設(shè)效益。基于此，同類型港口項(xiàng)目可以對(duì)此進(jìn)行借鑒，鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)值得在港口項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。

5.2 簡(jiǎn)化施工工序，提高施工效率

鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)與回填塊石結(jié)合，能夠形成一種柔性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而適應(yīng)不均勻沉降現(xiàn)象，保障內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會(huì)因此受損。此外，該組合方式對(duì)于基礎(chǔ)層處理要求較低，拋石基床只需要粗平，直接將鋼管板樁擱置便可。再加上鋼結(jié)構(gòu)本身透水能力較強(qiáng)，可以有效減少墻后剩余水壓力，不需要重新設(shè)置排水，簡(jiǎn)化施工工序，提高施工效率。

5.3 水下安裝便利，有助于縮短工期

相對(duì)于混凝土方塊而言，鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)安裝精度要求較低，并且受潮汐影響小，水下安裝較為便利。在后期施工過(guò)程中，吊裝鋼管樁工期明顯會(huì)短于混凝土方塊，進(jìn)而為上部結(jié)構(gòu)工程的開(kāi)展?fàn)幦r(shí)間，有效縮短項(xiàng)目工期。由此可見(jiàn)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)值可在同類型港口工程中推廣，以此縮短項(xiàng)目施工周期，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

新公共衛(wèi)生突發(fā)時(shí)代，非洲港口項(xiàng)目市場(chǎng)開(kāi)發(fā)需依托項(xiàng)目前期的深入分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，在開(kāi)展項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作時(shí)，需充分考慮新建項(xiàng)目的運(yùn)行需求，從結(jié)構(gòu)選擇入手，做好防腐設(shè)計(jì)以及吞吐量預(yù)測(cè)等工作，為后續(xù)碼頭有序運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。