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(qū)設施落后，港池淤積等因素制約，遠洋大型船舶無法直接?？浚浳镏荒茉谥苓厙疑钏坜D(zhuǎn)運小型船舶運抵馬達加斯加?；诖耍酱龑ΜF(xiàn)有碼頭設施進行升級擴建，以滿足未來經(jīng)濟和對外貿(mào)易的發(fā)展需求。項目建成后，會提高該港口群的集約化、專業(yè)化以及現(xiàn)代化水平，提高馬達加斯加在南部非洲中轉(zhuǎn)的戰(zhàn)略地位，推動馬達加斯加國家經(jīng)濟和對外貿(mào)易發(fā)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(wèi)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?shù)毓ぷ鞯钠渌麌畣T工實施了更為嚴格的醫(yī)學檢查等公共衛(wèi)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(gòu)影響和風險

2020 年以來，各國財政支出目前多用于衛(wèi)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(wèi)生造成了經(jīng)濟衰退，重債窮國債務壓力急劇加大，以非洲為例，根據(jù)2020 年承包商會數(shù)據(jù)分析，已簽合同項目中落實資金的項目個數(shù)不到30%，尤其是大型項目基本處于暫停狀態(tài)，國際工程的市場開發(fā)工作面臨著巨大挑戰(zhàn)。

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(wèi)生問題遭受嚴重影響或延誤，不排除項目業(yè)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(fā)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(yōu)化碼頭設計結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)設計

3.1.1 結(jié)構(gòu)形式

該項目中，碼頭結(jié)構(gòu)主要采取鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)（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(huán)節(jié)，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(xiàn)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(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

由于該項目處于非洲地區(qū)，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(jié)構(gòu)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(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為計算點距填料頂面的深度，m；e 為自然對數(shù)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(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，（°）。

通過式（1）、式（2）對鋼管樁荷載力分布狀態(tài)進行分析，以便結(jié)合項目需求，對鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)進行不斷完善，保障碼頭結(jié)構(gòu)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(qū)，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(lián)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(jié)構(gòu)單面平均腐蝕速度，考慮到該結(jié)構(gòu)位于水位變動區(qū)，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(jié)構(gòu)設計使用年限，a。

結(jié)合本項目運行需求，計算出鋼結(jié)構(gòu)單面腐蝕余量為0.3 mm。除了要實現(xiàn)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(huán)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(jié)合的方法。在對方腹地國民經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)布局現(xiàn)狀和發(fā)展等調(diào)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(jié)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(jīng)濟和社會發(fā)展密切相關，運用計量經(jīng)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(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、項目碼頭項目目標、定位和建設規(guī)模，以及現(xiàn)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(chǎn)。本項目預計達產(chǎn)年為2025 年，達產(chǎn)年吞吐量為6×105TEU，達產(chǎn)年集疏運情況預測見表2。

表2 本項目達產(chǎn)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(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(jié)構(gòu)本身質(zhì)量較輕，可以結(jié)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(jié)約工程造價，提高項目建設效益?；诖?，同類型港口項目可以對此進行借鑒，鋼管板樁組合結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與回填塊石結(jié)合，能夠形成一種柔性結(jié)構(gòu)，進而適應不均勻沉降現(xiàn)象，保障內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(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(jié)構(gòu)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(jīng)濟效益。

6 結(jié)語

新公共衛(wèi)生突發(fā)時代，非洲港口項目市場開發(fā)需依托項目前期的深入分析和設計優(yōu)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(jié)構(gòu)選擇入手，做好防腐設計以及吞吐量預測等工作，為后續(xù)碼頭有序運行奠定基礎。