非洲港口工程項目設計分析與市場應用
——以馬達加斯加某港口群為例

孔凡

（中國港灣工程有限責任公司，北京 100027）

1 引言

馬達加斯加島位于非洲大陸東南部，印度洋西南面，國土面積約5.9×105km2，為狹長形島，海岸線長約5 000 km，為世界第四大島。由于主要港區設施落后，港池淤積等因素制約，遠洋大型船舶無法直接停靠，貨物只能在周邊國家深水港轉運小型船舶運抵馬達加斯加。基于此，亟待對現有碼頭設施進行升級擴建，以滿足未來經濟和對外貿易的發展需求。項目建成后，會提高該港口群的集約化、專業化以及現代化水平，提高馬達加斯加在南部非洲中轉的戰略地位，推動馬達加斯加國家經濟和對外貿易發展。

2 新時代下非洲港口項目風險

2.1 非洲國家保護政策對港口項目的影響和風險

2020 年，世界進入公共衛生新時代，項目東道國政府對其他國員工、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，影響了施工隊伍的組織以及施工進度。另外，項目東道國政府對目前在當地工作的其他國籍員工實施了更為嚴格的醫學檢查等公共衛生措施。除此之外，能否順利入關以及清關的時間和費用也成長為風險點。

2.2 非洲各國財政及金融機構影響和風險

2020 年以來，各國財政支出目前多用于衛生防控，基礎設施建設領域的財政預算大幅削減，尤其港口工程面臨投資大、周期長等特點，受此影響更大。由于公共衛生造成了經濟衰退，重債窮國債務壓力急劇加大，以非洲為例，根據2020 年承包商會數據分析，已簽合同項目中落實資金的項目個數不到30%，尤其是大型項目基本處于暫停狀態，國際工程的市場開發工作面臨著巨大挑戰。

2.3 項目合同索賠影響和風險

新時代下，港口工程項目在非洲極易因公共衛生問題遭受嚴重影響或延誤，不排除項目業主主張終止商務合同和索賠的可能，但承包商能否以此突發事件作為不可抗力因素要求索賠，需要進一步分析，存在一定風險。

鑒于以上風險，非洲港口項目的市場推動和落地異常困難。如何通過前期港口項目的勘察分析和吞吐量預測定位港口功能，優化碼頭設計結構，降低項目推動和履約風險，具有一定借鑒意義。

3 非洲港口工程項目設計

3.1 碼頭結構設計

3.1.1 結構形式

該項目中，碼頭結構主要采取鋼管板樁組合結構（見圖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→開展回填工作（回填高度以碼頭標高為準）→安裝碼頭附屬設施→泊位疏浚[1]。需要注意的是，在鋼管板樁墻后回填環節，施工材料選用10~100 kg塊石夯實。完成此項施工后，為保障碼頭使用安全，需要現澆長1 300 mm、寬500 mm 的胸墻，與碼頭面層形成整體。

圖1 鋼管板樁組合結構斷面圖（單位：mm）

為保障鋼管板樁組合結構安全，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鋼筋網片。所有網片都需要采用A10 鋼筋沿縱橫向間隔100 mm 分布。

3.1.2 材料選擇

由于該項目處于非洲地區，鋼材與鋼筋需要滿足以下標準：（1）鋼材，采用歐標S275 和S335 的結構鋼；（2）鋼筋，等級Grade250（BS）：fyk=250 MPa（圓鋼）；等級Grade 460（BS）：fyk=460 MPa（高強螺紋鋼）；等級B500B（BS）：fyk=500 MPa（高強螺紋鋼），其中，fyk為鋼筋的屈服強度。

3.1.3 荷載組合

不同鋼管板樁組合結構的作用有所不同，荷載組合極限狀態下的承載力見表1（STR 為結構承載力極限狀態；SLS 為正常使用極限狀態）。

表1 荷載組合極限狀態下的承載力

鋼管樁的受力特點與沉箱結構較為類似，其外壁垂直壓力σz與水平壓力σx的計算公式為：

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為質量，kg；A為系數；Z為計算點距填料頂面的深度，m；e 為自然對數的底；q為作用于鋼框架頂面上的均布荷載標準值，kPa；K為鋼框架內填料的側壓力系數，取1-sinφ，其中，φ 為填料內摩擦角，（°）。

通過式（1）、式（2）對鋼管樁荷載力分布狀態進行分析，以便結合項目需求，對鋼管板樁組合結構進行不斷完善，保障碼頭結構設計工作順利開展。

3.2 注意事項

由于該碼頭每日潮差較大，部分鋼管樁位于水位變動區，為防止被海水不斷侵蝕，需要做好防腐設計，以便提高鋼管樁的耐久性。在本項目當中，采用預留腐蝕余量與涂層聯合保護兩種手段，并通過式（3）計算其單面腐蝕余量：

式中，Δδ 為單面腐蝕余量，mm；k為鋼結構單面平均腐蝕速度，考慮到該結構位于水位變動區，取值0.12mm/a；P為保護效率，若采用土層保護取50%；t1為防腐蝕措施的設計使用年限，a；t為鋼結構設計使用年限，a。

結合本項目運行需求，計算出鋼結構單面腐蝕余量為0.3 mm。除了要實現預留腐蝕余量之外，工作人員還需完善涂層保護方案。在鋼管樁底層采用富鋅漆涂刷，厚度控制在40μm，第二層噴涂環氧樹脂漆厚度控制在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，工作人員要事先對鋼管樁表面進行清潔，清潔等級不能低于Sa2.5 級。

4 吞吐量預測

4.1 預測思路和方法

吞吐量預測采用定性預測和定量計算相結合的方法。在對方腹地國民經濟和產業布局現狀和發展等調查分析基礎上，以集裝箱吞吐量為例，通過回歸分析法、計劃增長率法預測目標年度該港口群的主要港口集裝箱吞吐量，結合本項目功能定位，確定本項目集裝箱吞吐量[2]。

4.1.1 回歸分析法

集裝箱吞吐量與本國國民經濟和社會發展密切相關，運用計量經濟學相關原理，集裝箱吞吐量與本國GDP 密切相關，相關度高達0.92。

以該港口集裝箱吞吐量為因變量，馬達加斯加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）。預計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測將達到6.1×105TEU，030 集裝箱吞吐量預測將達到8.2×105TEU。

4.1.2 擬建工程集裝箱吞吐量預測

根據該港口群主要港口集裝箱能力缺口分析，結合泊位布局、項目碼頭項目目標、定位和建設規模，以及現有集裝箱碼頭設施利用情況，本項目碼頭任務量明確，預計于2025年達產。本項目預計達產年為2025 年，達產年吞吐量為6×105TEU，達產年集疏運情況預測見表2。

表2 本項目達產年集疏運情況預測

5 效果評價與市場應用

5.1 減少混凝土工程量，有效控制項目造價

與傳統重力式方塊碼頭相比，選擇鋼管板樁組合結構，能夠替代傳統施工活動中海平面以下預制混凝土方塊，有效減少混凝土工程量。再加上鋼管板樁組合結構本身質量較輕，可以結合項目需求靈活變化，對于設備的吊裝要求低，最終能夠有效節約工程造價，提高項目建設效益。基于此，同類型港口項目可以對此進行借鑒，鋼管板樁組合結構值得在港口項目中廣泛應用。

5.2 簡化施工工序，提高施工效率

鋼管板樁組合結構與回填塊石結合，能夠形成一種柔性結構，進而適應不均勻沉降現象，保障內部結構不會因此受損。此外，該組合方式對于基礎層處理要求較低，拋石基床只需要粗平，直接將鋼管板樁擱置便可。再加上鋼結構本身透水能力較強，可以有效減少墻后剩余水壓力，不需要重新設置排水，簡化施工工序，提高施工效率。

5.3 水下安裝便利，有助于縮短工期

相對于混凝土方塊而言，鋼管板樁組合結構安裝精度要求較低，并且受潮汐影響小，水下安裝較為便利。在后期施工過程中，吊裝鋼管樁工期明顯會短于混凝土方塊，進而為上部結構工程的開展爭取時間，有效縮短項目工期。由此可見，該項目設計值可在同類型港口工程中推廣，以此縮短項目施工周期，提高項目經濟效益。

6 結語

新公共衛生突發時代，非洲港口項目市場開發需依托項目前期的深入分析和設計優化，在開展項目設計工作時，需充分考慮新建項目的運行需求，從結構選擇入手，做好防腐設計以及吞吐量預測等工作，為后續碼頭有序運行奠定基礎。