码头技术改造工程的设计
汪文诚 徐甜
【摘 要】 根据码头技术改造可行性论证要点，以南昌港国际集装箱码头升级扩能改造工程为例，基于总平面布置和结构设计两个方面，总结技术改造工程的设计特点和存在的问题，提出解决措施供同类工程设计借鉴：新增场地续建老场地各线堆场；绑建系缆平台升级码头结构。总平面布置必须考虑该地区的总体规划、整体布局和新老设施结合的合理性，充分利用已有条件，做到投资少、效益大、布局合理。
【关键词】 技术改造；集装箱码头；结构设计
0 引 言
技术改造是企业采用新技术、新工艺、新设备、新材料对现有设施、工艺条件及生产服务等进行的改造、提升。根据《国务院关于促进企业技术改造的指导意见》，当前我国经济发展的内外部环境正在发生深刻变化，新时期、新形势对港口提出更高的要求，大型化、深水化、专业化港口的发展势在必行。为适应区域内经济蓬勃发展的需要，除了新建港口以外，对已建港区进行技术改造，是一条经济、实用、简单易行的途径。技术改造工程的实施涉及企业的投资价值、生产的有效性、环境的创造、技术的创新等方面，是设计人员面临的一个重要课题。
1 码头技术改造可行性论证要点
在实践中，技术改造工程实施前需要科学论证改造的可行性。
（1）论证工程技术的经济合理性及可行性；
（2）论证已建码头在工程改造后各部分受力变化及其适应性、安全性，探求升级改造工程实施后码头结构的安全性、可靠性。
（3）需经第三方工程质量检测中心对原码头现状进行调查并出具质量检测报告。通过质量检测结论，结合工程区域的自然条件和原码头结构的分析研究结果，确定拟改造码头技术改造的可行性。对改造后码头结构不适应、不安全之处提出科学的处理意见及加固、改造措施，探求合理解决问题的办法和技术路线。
（4）对技术改造方案进行总体论证、评价，确定其可行性、合理性、经济性、实用性等，组织有关专家进行评审，确定其可操作性、科学性。
2 工程实例分析
2.1 工程概述
南昌港国际集装箱码头于2005年建成投产，建设规模为2个吨级集装箱泊位，设计吞吐量5万TEU/年。2011年实际完成集装箱吞吐量6.17万TEU、钢材21万t。现有码头已不能满足吞吐量增长的需要，且码头靠泊能力不能适应航道等级提升及船舶大型化的趋势，严重制约了集装箱等货物通过能力的提高。为充分发挥现有码头的设备、设施、管理等资源，建设单位提出对该码头进行升级和扩能建设，以逐步适应区域内货物吞吐量的迅猛增长。
2.2 设计原则
（1）港区布置符合总体规划；
（2）按照水工、工艺等改造要求，结合后方场地现状，提出合理的改造方案，减少施工期对生产作业的影响，竣工投产后新老设施衔接顺畅，满足港区运营要求；
（3）结合港区周边的交通规划，做好工程内部与外部集疏运系统的衔接；
（4）遵守国家有关环境保护的规范、规定和要求，减少对周围环境的影响，各区域功能布置相对独立，建筑设计与周围环境相协调。
2.3 设计难点
2.3.1 总平面布置
拟改造工程位于南昌港鸡山港区，上游为亚力水泥厂码头，下游未规划任何水上建筑物。港区陆域的扩充改造，需考虑老场地的拆除和新场地的合理布置。此工程平面布置主要有以下两个难点：
（1）为保证已建的拆装箱库前30 m的作业地带，堆场纵深仅为200 m。基于此种现状，需布置三线集装箱堆场，堆场宽度不仅要考虑工艺设备宽度模数，而且要考虑原堆场地下管线埋设位置。因此，堆场布置存在一定难度。
（2）新增场地如何与老场地保持良好的衔接。
2.3.2 结构设计
现有码头为顺岸满堂式布置，高桩框架式结构。由于靠泊船型的加大，船舶吃水加深，加之河床连年下切导致水位大幅下降，港池疏竣加深后使现有码头平台前沿基桩自由长度增加较多，基桩内力及变形也显著上升。根据前期检测，码头桩基质量较差，外观存在混凝土剥落、钢筋锈蚀等缺陷，而码头技术改造后荷载加大，对基桩承载更为不利。如何利用原码头为大型船舶靠泊创造条件，这将是结构设计中须重点解决的一个问题。
由于原码头建设历史较为久远，其间又经过几次小改造，因此，各方面专业资料的规整和分析任务较为艰巨、繁琐，与码头改造的顺利与否存在重大关系。
2.4 解决措施
2.4.1 新增场地续建老场地各线堆场
码头原陆域场地宽390 m，纵深357～232 m，形状呈梯形。原码头下游侧陆域为预留场地，宽81 m，纵深232 m，因此，扩充改造将考虑一并使用新老场地（见图1）。
针对原辅助区的大量闲置场地，按照常规布置思路，需拆除大部分辅助建筑物，重新布局，以提高场地利用率，但考虑改造工程的造价和效益，应遵循资源利用最大化原则。辅助区设计基本保持原建筑物布置不变，仅在港区大门西侧靠近围墙处新建熏蒸房、国检用房、污水处理站及洗箱区等设施，并在绿化带中新增变电所及办公楼前方新增行政停车场。
新增场地原设计为空箱堆场，并基本保持原陆域路网布局，将二、三两线堆场均改造为集装箱重箱堆场和件杂堆场，增设轨道，以满足工艺设备作业需求。虽然港区充分利用现有场地条件，基本不影响现有场地的使用，施工期间对生产作业影响也较小，但空箱堆场布置位于码头下游侧陆域，距离拆装箱库、洗箱场地较远，能耗较高，且干扰重箱、件杂货作业。因此，将新增场地布置为空箱堆场的方案弊大于利。
根据《南昌港总体规划》，鸡山港区为南昌市内外贸易服务的集装箱专业港区。基于码头再次升级改造的可能性，新增场地将续建老场地各线堆场，其中：一线堆场保持原重箱堆场布置不变，龙门吊轨道向下游延伸77 m，利用新增用地续建重箱堆场；二线堆场上游侧陆域布置冷藏箱堆场，其余布置集装箱重箱堆场；三线堆场靠近辅助区，上游侧陆域为空箱堆场，下游侧陆域为件杂堆场。一线堆场已建有36 m宽轨道；二线堆场与一线堆场保持一致，轨道宽度为36 m，堆场宽度为47 m；三线堆场暂计划为空箱堆场，根据业主要求，未来将一并作为重箱堆场。为保证已建拆装箱库前的30 m作业地带，三线堆场预留轨道位置，宽度为，堆场宽度为41 m。新增场地布置符合港区总体规划，虽分割新增用地，缩小施工场地，使施工期间对码头运营造成较大影响，给施工带来一定的难度，但从长远看，码头再扩建将带来无法估量的好处。
2.4.2 绑建系缆平台升级码头结构
针对现有码头的布置和结构，码头平台分为前后桩台，其中：前桩台长200 m，宽38.7 m；后桩台长380 m，宽10.1 m，排架间距均为6.4 m；码头面高程为23.0 m。平台基桩为直径 mm的钻孔灌注桩，前桩台6根，桩间距7.2 m；后桩台2根，桩间距6.6 m。桩顶设有纵横向联系撑，局部设置斜撑。平台上方由整体浇筑的纵横梁、轨道梁、系船梁、靠船立柱及面板等组成；平台前方及下方系缆平台设有150 kN系船柱，前沿及排架间设有D300H型橡胶护舷。
根据平面布置，现有码头平台尺度已能满足2艘 TEU集装箱船靠泊要求，仅需进行结构升级，而无需改变码头长度。为了提高桩基承载可靠性，消除结构安全隐患，结合合理可行的施工方法，对码头平台改造提出以下设计方案：
（1）按照桩基布置要求，在码头前方增设系靠船平台一座，平台长为200 m，宽为4 m，高桩墩式结构。
（2）平台基础采用一次出水钢管灌注桩，与原码头排架共线布置，纵向为两列，间距为2.6 m。钢管桩直径为900 mm，砼芯柱直径为750 mm，桩底高程为 15.0 m；为提高平台水平刚度，桩内采用素砼充填。
（3）钢管桩分层焊接钢系缆平台，层间距为，共3层，系缆平台前方设置250 kN系船柱，钢管桩前沿连续布置DA-A400H型橡胶护舷。
（4）系靠船平台上方为现浇砼承台，承台厚1.4 m，码头集装箱龙门吊前轨移至其上，轨道中心距离码头前沿为2.1 m。为减少龙门吊工作轨距误差，通过埋植钢筋连接承台及钢管桩与原码头横梁及靠船立柱，确保协同变形。
（5）为充分满足大型船舶靠泊水深和系船力增大的要求，将原码头系靠船设施拆除后，在前沿外侧绑建一新的系缆平台。这种组合是在充分利用原有港口设施的前提下，“新建”一个深水泊位。尽管新、老结构使用寿命不同，但仍能发挥最大的经济效益，相较于全部新建同类型深水泊位来说费用要节省得多。
3 需注意的事项
（1）通常升级改造工程的场地都较小，如何合理利用场地，节约用地是关键。除了布置应紧凑以外，安全间距、道路宽度都应符合规范的规定，在考虑整个布局协调性的同时，还应注意改造工程施工的合理性。
（2）设计需考虑生产、运营、施工、总体格局及远期再扩建等多重因素。以长远利益为主，避免因短期利益而给长期发展带来局限，造成重复建设。
（3）对港区现状需调查清楚，区分需拆除区域和可继续利用区域，以减少工程投资。
（4）作为新老结构重新组合的码头，其各部分构件的安全度及耐久性差异较大，对码头整体而言，应仍以最薄弱部位的安全性、耐久性、适用性等为控制要素；在升级改造后，还需进行项目“后评估”工作，验证其合理性、科学性。
4 结 语
本文通过对南昌港国际集装箱码头升级改造工程设计方案的剖析，为类似项目的实施提供借鉴。
（1）认真收集、分析原设计、竣工及后期改造等历史资料，这是升级改造工程的首要工作，也是为改造设计提供翔实、准确的基础数据和依据。
（2）由于改造项目受很多因素的制约，方案设计需大胆创新，如工程中提出的前移前轨并在码头前方绑建系缆平台的方案，很好地解决了原码头结构安全隐患及系缆平台空间不足的问题。
（3）进行技术改造工程设计，应统筹兼顾，抓住改造设计的重点、难点，有效地开展设计工作，使原码头焕发出新的生机。
