碼頭技術(shù)改造工程的設(shè)計(jì)

汪文誠(chéng)　徐甜

【摘 要】 根據(jù)碼頭技術(shù)改造可行性論證要點(diǎn)，以南昌港國(guó)際集裝箱碼頭升級(jí)擴(kuò)能改造工程為例，基于總平面布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，總結(jié)技術(shù)改造工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和存在的問題，提出解決措施供同類工程設(shè)計(jì)借鑒：新增場(chǎng)地續(xù)建老場(chǎng)地各線堆場(chǎng)；綁建系纜平臺(tái)升級(jí)碼頭結(jié)構(gòu)?？偲矫娌贾帽仨毧紤]該地區(qū)的總體規(guī)劃、整體布局和新老設(shè)施結(jié)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(guān)鍵詞】 技術(shù)改造；集裝箱碼頭；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引 言

技術(shù)改造是企業(yè)采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料對(duì)現(xiàn)有設(shè)施、工藝條件及生產(chǎn)服務(wù)等進(jìn)行的改造、提升。根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)企業(yè)技術(shù)改造的指導(dǎo)意見》，當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)外部環(huán)境正在發(fā)生深刻變化，新時(shí)期、新形勢(shì)對(duì)港口提出更高的要求，大型化、深水化、專業(yè)化港口的發(fā)展勢(shì)在必行。為適應(yīng)區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的需要，除了新建港口以外，對(duì)已建港區(qū)進(jìn)行技術(shù)改造，是一條經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、簡(jiǎn)單易行的途徑。技術(shù)改造工程的實(shí)施涉及企業(yè)的投資價(jià)值、生產(chǎn)的有效性、環(huán)境的創(chuàng)造、技術(shù)的創(chuàng)新等方面，是設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)重要課題。

1 碼頭技術(shù)改造可行性論證要點(diǎn)

在實(shí)踐中，技術(shù)改造工程實(shí)施前需要科學(xué)論證改造的可行性。

（1）論證工程技術(shù)的經(jīng)濟(jì)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(yīng)性、安全性，探求升級(jí)改造工程實(shí)施后碼頭結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。

（3）需經(jīng)第三方工程質(zhì)量檢測(cè)中心對(duì)原碼頭現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查并出具質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告。通過質(zhì)量檢測(cè)結(jié)論，結(jié)合工程區(qū)域的自然條件和原碼頭結(jié)構(gòu)的分析研究結(jié)果，確定擬改造碼頭技術(shù)改造的可行性。對(duì)改造后碼頭結(jié)構(gòu)不適應(yīng)、不安全之處提出科學(xué)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(shù)路線。

（4）對(duì)技術(shù)改造方案進(jìn)行總體論證、評(píng)價(jià)，確定其可行性、合理性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等，組織有關(guān)專家進(jìn)行評(píng)審，確定其可操作性、科學(xué)性。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概述

南昌港國(guó)際集裝箱碼頭于2005年建成投產(chǎn)，建設(shè)規(guī)模為2個(gè)噸級(jí)集裝箱泊位，設(shè)計(jì)吞吐量5萬TEU/年。2011年實(shí)際完成集裝箱吞吐量6.17萬TEU、鋼材21萬t?，F(xiàn)有碼頭已不能滿足吞吐量增長(zhǎng)的需要，且碼頭靠泊能力不能適應(yīng)航道等級(jí)提升及船舶大型化的趨勢(shì)，嚴(yán)重制約了集裝箱等貨物通過能力的提高。為充分發(fā)揮現(xiàn)有碼頭的設(shè)備、設(shè)施、管理等資源，建設(shè)單位提出對(duì)該碼頭進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)能建設(shè)，以逐步適應(yīng)區(qū)域內(nèi)貨物吞吐量的迅猛增長(zhǎng)。

2.2 設(shè)計(jì)原則

（1）港區(qū)布置符合總體規(guī)劃；

（2）按照水工、工藝等改造要求，結(jié)合后方場(chǎng)地現(xiàn)狀，提出合理的改造方案，減少施工期對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的影響，竣工投產(chǎn)后新老設(shè)施銜接順暢，滿足港區(qū)運(yùn)營(yíng)要求；

（3）結(jié)合港區(qū)周邊的交通規(guī)劃，做好工程內(nèi)部與外部集疏運(yùn)系統(tǒng)的銜接；

（4）遵守國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的規(guī)范、規(guī)定和要求，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，各區(qū)域功能布置相對(duì)獨(dú)立，建筑設(shè)計(jì)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。

2.3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.3.1 總平面布置

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

（1）為保證已建的拆裝箱庫前30 m的作業(yè)地帶，堆場(chǎng)縱深僅為200 m?；诖朔N現(xiàn)狀，需布置三線集裝箱堆場(chǎng)，堆場(chǎng)寬度不僅要考慮工藝設(shè)備寬度模數(shù)，而且要考慮原堆場(chǎng)地下管線埋設(shè)位置。因此，堆場(chǎng)布置存在一定難度。

（2）新增場(chǎng)地如何與老場(chǎng)地保持良好的銜接。

2.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)有碼頭為順岸滿堂式布置，高樁框架式結(jié)構(gòu)。由于靠泊船型的加大，船舶吃水加深，加之河床連年下切導(dǎo)致水位大幅下降，港池疏竣加深后使現(xiàn)有碼頭平臺(tái)前沿基樁自由長(zhǎng)度增加較多，基樁內(nèi)力及變形也顯著上升。根據(jù)前期檢測(cè)，碼頭樁基質(zhì)量較差，外觀存在混凝土剝落、鋼筋銹蝕等缺陷，而碼頭技術(shù)改造后荷載加大，對(duì)基樁承載更為不利。如何利用原碼頭為大型船舶靠泊創(chuàng)造條件，這將是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中須重點(diǎn)解決的一個(gè)問題。

由于原碼頭建設(shè)歷史較為久遠(yuǎn)，其間又經(jīng)過幾次小改造，因此，各方面專業(yè)資料的規(guī)整和分析任務(wù)較為艱巨、繁瑣，與碼頭改造的順利與否存在重大關(guān)系。

2.4 解決措施

2.4.1 新增場(chǎng)地續(xù)建老場(chǎng)地各線堆場(chǎng)

碼頭原陸域場(chǎng)地寬390 m，縱深357～232 m，形狀呈梯形。原碼頭下游側(cè)陸域?yàn)轭A(yù)留場(chǎng)地，寬81 m，縱深232 m，因此，擴(kuò)充改造將考慮一并使用新老場(chǎng)地（見圖1）。

針對(duì)原輔助區(qū)的大量閑置場(chǎng)地，按照常規(guī)布置思路，需拆除大部分輔助建筑物，重新布局，以提高場(chǎng)地利用率，但考慮改造工程的造價(jià)和效益，應(yīng)遵循資源利用最大化原則。輔助區(qū)設(shè)計(jì)基本保持原建筑物布置不變，僅在港區(qū)大門西側(cè)靠近圍墻處新建熏蒸房、國(guó)檢用房、污水處理站及洗箱區(qū)等設(shè)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(chǎng)。

新增場(chǎng)地原設(shè)計(jì)為空箱堆場(chǎng)，并基本保持原陸域路網(wǎng)布局，將二、三兩線堆場(chǎng)均改造為集裝箱重箱堆場(chǎng)和件雜堆場(chǎng)，增設(shè)軌道，以滿足工藝設(shè)備作業(yè)需求。雖然港區(qū)充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地條件，基本不影響現(xiàn)有場(chǎng)地的使用，施工期間對(duì)生產(chǎn)作業(yè)影響也較小，但空箱堆場(chǎng)布置位于碼頭下游側(cè)陸域，距離拆裝箱庫、洗箱場(chǎng)地較遠(yuǎn)，能耗較高，且干擾重箱、件雜貨作業(yè)。因此，將新增場(chǎng)地布置為空箱堆場(chǎng)的方案弊大于利。

根據(jù)《南昌港總體規(guī)劃》，雞山港區(qū)為南昌市內(nèi)外貿(mào)易服務(wù)的集裝箱專業(yè)港區(qū)?；诖a頭再次升級(jí)改造的可能性，新增場(chǎng)地將續(xù)建老場(chǎng)地各線堆場(chǎng)，其中：一線堆場(chǎng)保持原重箱堆場(chǎng)布置不變，龍門吊軌道向下游延伸77 m，利用新增用地續(xù)建重箱堆場(chǎng)；二線堆場(chǎng)上游側(cè)陸域布置冷藏箱堆場(chǎng)，其余布置集裝箱重箱堆場(chǎng)；三線堆場(chǎng)靠近輔助區(qū)，上游側(cè)陸域?yàn)榭障涠褕?chǎng)，下游側(cè)陸域?yàn)榧s堆場(chǎng)。一線堆場(chǎng)已建有36 m寬軌道；二線堆場(chǎng)與一線堆場(chǎng)保持一致，軌道寬度為36 m，堆場(chǎng)寬度為47 m；三線堆場(chǎng)暫計(jì)劃為空箱堆場(chǎng)，根據(jù)業(yè)主要求，未來將一并作為重箱堆場(chǎng)。為保證已建拆裝箱庫前的30 m作業(yè)地帶，三線堆場(chǎng)預(yù)留軌道位置，寬度為，堆場(chǎng)寬度為41 m。新增場(chǎng)地布置符合港區(qū)總體規(guī)劃，雖分割新增用地，縮小施工場(chǎng)地，使施工期間對(duì)碼頭運(yùn)營(yíng)造成較大影響，給施工帶來一定的難度，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，碼頭再擴(kuò)建將帶來無法估量的好處。

2.4.2 綁建系纜平臺(tái)升級(jí)碼頭結(jié)構(gòu)

針對(duì)現(xiàn)有碼頭的布置和結(jié)構(gòu)，碼頭平臺(tái)分為前后樁臺(tái)，其中：前樁臺(tái)長(zhǎng)200 m，寬38.7 m；后樁臺(tái)長(zhǎng)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(tái)基樁為直徑 mm的鉆孔灌注樁，前樁臺(tái)6根，樁間距7.2 m；后樁臺(tái)2根，樁間距6.6 m。樁頂設(shè)有縱橫向聯(lián)系撐，局部設(shè)置斜撐。平臺(tái)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(tái)前方及下方系纜平臺(tái)設(shè)有150 kN系船柱，前沿及排架間設(shè)有D300H型橡膠護(hù)舷。

根據(jù)平面布置，現(xiàn)有碼頭平臺(tái)尺度已能滿足2艘 TEU集裝箱船靠泊要求，僅需進(jìn)行結(jié)構(gòu)升級(jí)，而無需改變碼頭長(zhǎng)度。為了提高樁基承載可靠性，消除結(jié)構(gòu)安全隱患，結(jié)合合理可行的施工方法，對(duì)碼頭平臺(tái)改造提出以下設(shè)計(jì)方案：

（1）按照樁基布置要求，在碼頭前方增設(shè)系靠船平臺(tái)一座，平臺(tái)長(zhǎng)為200 m，寬為4 m，高樁墩式結(jié)構(gòu)。

（2）平臺(tái)基礎(chǔ)采用一次出水鋼管灌注樁，與原碼頭排架共線布置，縱向?yàn)閮闪?，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(tái)水平剛度，樁內(nèi)采用素砼充填。

（3）鋼管樁分層焊接鋼系纜平臺(tái)，層間距為，共3層，系纜平臺(tái)前方設(shè)置250 kN系船柱，鋼管樁前沿連續(xù)布置DA-A400H型橡膠護(hù)舷。

（4）系靠船平臺(tái)上方為現(xiàn)澆砼承臺(tái)，承臺(tái)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(tái)及鋼管樁與原碼頭橫梁及靠船立柱，確保協(xié)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(shè)施拆除后，在前沿外側(cè)綁建一新的系纜平臺(tái)。這種組合是在充分利用原有港口設(shè)施的前提下，“新建”一個(gè)深水泊位。盡管新、老結(jié)構(gòu)使用壽命不同，但仍能發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，相較于全部新建同類型深水泊位來說費(fèi)用要節(jié)省得多。

3 需注意的事項(xiàng)

（1）通常升級(jí)改造工程的場(chǎng)地都較小，如何合理利用場(chǎng)地，節(jié)約用地是關(guān)鍵。除了布置應(yīng)緊湊以外，安全間距、道路寬度都應(yīng)符合規(guī)范的規(guī)定，在考慮整個(gè)布局協(xié)調(diào)性的同時(shí)，還應(yīng)注意改造工程施工的合理性。

（2）設(shè)計(jì)需考慮生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、施工、總體格局及遠(yuǎn)期再擴(kuò)建等多重因素。以長(zhǎng)遠(yuǎn)利益為主，避免因短期利益而給長(zhǎng)期發(fā)展帶來局限，造成重復(fù)建設(shè)。

（3）對(duì)港區(qū)現(xiàn)狀需調(diào)查清楚，區(qū)分需拆除區(qū)域和可繼續(xù)利用區(qū)域，以減少工程投資。

（4）作為新老結(jié)構(gòu)重新組合的碼頭，其各部分構(gòu)件的安全度及耐久性差異較大，對(duì)碼頭整體而言，應(yīng)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(jí)改造后，還需進(jìn)行項(xiàng)目“后評(píng)估”工作，驗(yàn)證其合理性、科學(xué)性。

4 結(jié) 語

本文通過對(duì)南昌港國(guó)際集裝箱碼頭升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)方案的剖析，為類似項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒。

（1）認(rèn)真收集、分析原設(shè)計(jì)、竣工及后期改造等歷史資料，這是升級(jí)改造工程的首要工作，也是為改造設(shè)計(jì)提供翔實(shí)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。

（2）由于改造項(xiàng)目受很多因素的制約，方案設(shè)計(jì)需大膽創(chuàng)新，如工程中提出的前移前軌并在碼頭前方綁建系纜平臺(tái)的方案，很好地解決了原碼頭結(jié)構(gòu)安全隱患及系纜平臺(tái)空間不足的問題。

（3）進(jìn)行技術(shù)改造工程設(shè)計(jì)，應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，抓住改造設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，有效地開展設(shè)計(jì)工作，使原碼頭煥發(fā)出新的生機(jī)。