談鋼鐵企業(yè)場地豎向設(shè)計(jì)
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摘要：豎向設(shè)計(jì)是鋼鐵企業(yè)建設(shè)項(xiàng)目總體規(guī)劃的重要組成部分，與總平面布置相互影響、相互制約?；诖?，論述了場地豎向布置的要求、豎向布置的形式及豎向設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，并通過具體工程案例分析，對鋼鐵企業(yè)場地豎向布置提供借鑒和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：鋼廠選址；豎向設(shè)計(jì)；場地平整
一般來說，建設(shè)規(guī)模較大的鋼鐵企業(yè)建設(shè)項(xiàng)目，不可能都建設(shè)在地勢平坦的區(qū)域，項(xiàng)目用地的地形經(jīng)常會高低起伏。因此，在項(xiàng)目前期，要對場地進(jìn)行地形分析，充分利用地形高差，因地制宜，對場地根據(jù)豎向設(shè)計(jì)要求進(jìn)行整平，使改造后的場地滿足生產(chǎn)、運(yùn)輸、防洪、排水、管線敷設(shè)及土（石）方工程等要求。
一、豎向布置形式
豎向布置形式是指場地主要的設(shè)計(jì)平面在垂直方向上的連接方式。豎向布置形式主要取決于場地面積大小、自然地形坡度、建構(gòu)筑物基礎(chǔ)埋設(shè)深度、運(yùn)輸線路、土石方工程量等因素。豎向布置形式通常分為平坡式、階梯式和混合式3種。平坡式，場地整平面無坡度或高差小于1.0m的平緩坡度；階梯式，設(shè)計(jì)場地由若干個(gè)臺階相連接組成，相鄰臺階間高差不小于1.0m；混合布置形式，設(shè)計(jì)場地由若干個(gè)平坡和臺階混合組成。
二、豎向布置的原則和要求
1.滿足生產(chǎn)工藝流程結(jié)合鋼鐵企業(yè)工廠規(guī)模、車間性質(zhì)和工藝特征等要求，往往能夠確定場地大小、總平面布置特點(diǎn)。在一般情況下，在符合工藝要求的條件下，自然地形坡度大的場地，建構(gòu)筑物長軸應(yīng)平行等高線布置，且垂直于等高線布置的建構(gòu)筑物寬度宜窄些。如大型鋼鐵廠的煉鋼車間、軋鋼車間長度較長，這就要求場地坡度小、平坦，高差也不宜過大。如果采用階梯式布置，其主臺階在長寬設(shè)計(jì)上盡可能大一些。如果將生產(chǎn)工藝聯(lián)系緊密的車間布置在不同臺階上，或一個(gè)車間不同跨的標(biāo)高不在同一平面上，會給生產(chǎn)和運(yùn)輸帶來困難，甚至影響生產(chǎn)。
2.滿足物流運(yùn)輸要求鋼鐵企業(yè)物流主要包括廠外物流和廠內(nèi)物流[1]。在豎向設(shè)計(jì)前，應(yīng)根據(jù)總平面布置確定全廠物流方案，分析廠區(qū)主要物料類別、物流運(yùn)輸量及運(yùn)輸方式、物流運(yùn)輸方向等特點(diǎn)。充分利用地形標(biāo)高，選擇最優(yōu)的運(yùn)輸路徑，使物流流向沿工藝流程自高向低進(jìn)行。合理的場地標(biāo)高能夠降低物料在各生產(chǎn)單元流動(dòng)過程中的能耗，縮短物流運(yùn)輸距離，減少后期運(yùn)營成本，達(dá)到節(jié)能的目的。對運(yùn)輸量大、車次頻率高的道路運(yùn)輸，應(yīng)充分利用地形，盡可能設(shè)計(jì)環(huán)形道路。如果場地采用階梯式布置，連接相鄰臺階之間的道路應(yīng)滿足道路縱坡要求，運(yùn)輸原料及成品的道路坡度不宜超過6%，因此相鄰臺階的平土標(biāo)高高差不宜過大。鋼鐵廠鐵水及成品一般采用鐵路運(yùn)輸，鐵路坡度一般不超過15‰，有鐵路連接的各臺階高差也應(yīng)滿足鐵路坡度要求。
3.保證排水暢通豎向設(shè)計(jì)應(yīng)保證廠區(qū)不受洪水、潮水及內(nèi)澇水的威脅。在山區(qū)場地建廠時(shí)，宜在廠區(qū)上方設(shè)置截水溝，且在坡腳設(shè)置排水溝，以防止山坡雨水流入場地內(nèi)。截水溝不宜穿過廠區(qū)，當(dāng)場地受限，必須穿過時(shí)，應(yīng)從建筑密度較小的地段穿過。根據(jù)廠區(qū)外排水接點(diǎn)的位置，確定合理的匯水區(qū)域及排水方向，使廠區(qū)雨水以最短路徑排至廠外。場地排雨水主要有自然排水、明溝排水和暗管排水3種方式。自然排水不需要任何排水設(shè)施，利用場地地形坡度和地質(zhì)特點(diǎn)排水，對于降雨量小的地區(qū)，且場地面積較小的區(qū)域，可采用這種排水方式；明溝排水經(jīng)常用于建構(gòu)筑物比較分散的場地，且建構(gòu)筑物標(biāo)高變化多的區(qū)域；暗管排水經(jīng)常用于場地面積較大、地勢平坦、建構(gòu)筑物集中的場地。
4.充分利用自然地形，節(jié)約土石方量豎向設(shè)計(jì)應(yīng)合理利用自然地形，盡量減少土石方工程量，使土石方場內(nèi)填挖平衡，避免土石方二次倒運(yùn)，重復(fù)填挖。力求土石方運(yùn)距最短和運(yùn)程合理，且盡量避免和減少土石方開挖工程。同時(shí)，應(yīng)避免貼山過近，以減少削坡土方、邊坡和擋土墻工程。有地下室的建筑物和地下管線密集的區(qū)域，可利用洼地布置，減小挖方工程量。地下水位較高的場地宜設(shè)計(jì)成填方，必要時(shí)可提高設(shè)計(jì)標(biāo)高。
5.特殊地區(qū)豎向布置的要求（1）濕陷性黃土地區(qū)所謂濕陷性黃土就是在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土[2]。濕陷性黃土地基在天然狀態(tài)下的密度低，單位體積內(nèi)粘土顆粒含量少，孔隙率較大。濕陷性黃土地基的濕陷特性會給建構(gòu)筑物帶來不同程度的危害，使其產(chǎn)生大幅度的沉降、開裂和傾斜，嚴(yán)重影響建筑物的安全和正常使用。因此，在進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)前，需要對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理，確定合理的場地標(biāo)高。地基處理的方法主要有灰土或素土墊層法、重錘夯實(shí)法、強(qiáng)夯法、灰土擠密樁法等。（2）膨脹土地區(qū)膨脹土是一種高塑性黏土，具有吸水膨脹、失水收縮、反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。在膨脹土地區(qū)進(jìn)行豎向布置，應(yīng)盡量保持地形現(xiàn)狀，避免大填大挖工程，主要建構(gòu)筑物不宜布置在回填土區(qū)域。對變形有嚴(yán)格要求的建筑物，應(yīng)布置在脹縮等級較低、膨脹土埋藏較深或地形較平坦的地段。在斜坡地區(qū)布置建構(gòu)筑物，當(dāng)采用臺階布置時(shí)，應(yīng)分段設(shè)置擋土墻，其高度不宜大于3m；當(dāng)臺階之間采用邊坡連接時(shí)，填方邊坡不應(yīng)陡于挖方邊坡；挖方后對邊坡應(yīng)立即進(jìn)行護(hù)砌。
三、豎向設(shè)計(jì)的內(nèi)容
1.場地平土方式場地平土有連續(xù)式平土和重點(diǎn)式平土2種方式。場地平土方式應(yīng)根據(jù)總平面布置要求、建設(shè)場地地形、地質(zhì)條件、物流方向等因素確定。在地形平坦的場地常選用連續(xù)式平土，對場地連續(xù)平土不保留原地形；鋼廠主工藝車間、廠前區(qū)、鐵路、道路集中的區(qū)域，多采用此平土方式。對于自然地形坡度變化較大的山區(qū)，宜采用重點(diǎn)式平土方式，只對與建構(gòu)筑物相關(guān)的區(qū)域進(jìn)行平土，而場地其他區(qū)域保持原地形。
2.確定場地平土標(biāo)高確定場地平土標(biāo)高，主要需考慮以下影響因素：一是場地平土標(biāo)高應(yīng)滿足防洪水、防潮水和排除內(nèi)澇水的要求。廠區(qū)應(yīng)該有安全可靠的排水方向，使廠區(qū)內(nèi)的雨水能夠快速排至場外，保證企業(yè)的生產(chǎn)安全。二是盡可能減少土石方工程量，使得填挖土方量基本平衡。土方計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮地下室、建筑物基礎(chǔ)、管線管溝等基槽余土量，避免出現(xiàn)棄土的情況；利用天然土開挖回填的區(qū)域還應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件，考慮土壤松散系數(shù)對工程量的影響。三是平土標(biāo)高應(yīng)高于地下水位。在地下水位高的區(qū)域不宜挖方，必要時(shí)可局部填方，填方區(qū)域應(yīng)盡量降低建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)埋深，以免地下水高于基礎(chǔ)標(biāo)高，使基礎(chǔ)長時(shí)間浸泡在水中。四是平土標(biāo)高應(yīng)保證廠內(nèi)與廠外的鐵路、道路銜接順暢。平土標(biāo)高需滿足廠區(qū)內(nèi)外鐵路接軌點(diǎn)的標(biāo)高，鐵路標(biāo)高受鐵路最大縱坡、最小坡長、最小曲線半徑等設(shè)計(jì)要素制約。廠外道路標(biāo)高在廠區(qū)的出入口周圍，與場地設(shè)計(jì)標(biāo)高有著直接的關(guān)系[3]，廠區(qū)出入口標(biāo)高宜高于廠外道路標(biāo)高，以利于廠區(qū)內(nèi)外的運(yùn)輸及廠區(qū)排水。
3.滿足總圖布置的要求鋼鐵企業(yè)豎向設(shè)計(jì)的基本原則是滿足工藝生產(chǎn)的要求。廠區(qū)豎向布置采用階梯式布置時(shí)應(yīng)考慮以下因素：一是主臺階上應(yīng)布置對全廠生產(chǎn)、運(yùn)輸有重大影響的生產(chǎn)車間，以保證工藝流程、物料流程順暢。如果鋼鐵廠鐵水、鋼水采用鐵路運(yùn)輸，連鑄坯采用輥道運(yùn)輸至軋鋼車間，則煉鐵、煉鋼和軋鋼車間應(yīng)盡量布置在一個(gè)臺階上。二是相對獨(dú)立的氧氣站、儲氣柜、倉庫可布置在不同臺階上，水處理系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等公輔設(shè)施可與負(fù)荷中心就近布置在相鄰臺階上。三是對于可以采用膠帶運(yùn)輸原料的燒結(jié)車間、球團(tuán)車間和石灰窯車間等，可布置在不同的臺階上，并利用地形高差減少膠帶輸送長度。四是當(dāng)廠區(qū)大宗原料由鐵路進(jìn)廠時(shí)，原料場在滿足鐵路接軌點(diǎn)標(biāo)高的前提下，應(yīng)靠近廠外工廠編組站，減少物料折返、倒運(yùn)。
4.邊坡的防護(hù)處理場地如果采用階梯式布置，廠內(nèi)外及相鄰臺階的連接可采用自然放坡，也可采用邊坡防護(hù)加固措施，當(dāng)用地受限時(shí)可采用擋土墻。不同的方式會產(chǎn)生不同的土方工程量，且投資也不相同，需根據(jù)場地條件及工藝布置要求選擇合理的邊坡形式，如植草灌防護(hù)、骨架、窗孔式護(hù)面墻、加筋土、擋土墻。當(dāng)邊坡高度H≤3m，填方邊坡坡率為1∶1.5或挖方邊坡坡率不陡于1∶1時(shí)，邊坡坡面采用植草灌防護(hù)。當(dāng)填土高度3m≤H＜8m，邊坡坡率為1∶1~1∶1.75時(shí)，坡面可以采用骨架防護(hù)。窗孔式護(hù)面墻適用于邊坡坡率為1∶0.75穩(wěn)定的挖方路段。邊坡高度3＜H≤15m的填方段落，且通過適當(dāng)放陡邊坡可以滿足要求的段落，可采用加筋土路堤防護(hù)，可以根據(jù)用地范圍及土質(zhì)情況合理選擇加筋土邊坡坡率，其邊坡坡率一般控制在1∶0.5~1∶1.25。當(dāng)用地嚴(yán)重受限，邊坡坡腳超出用地范圍較多時(shí)，采用擋土墻進(jìn)行支擋收縮坡腳。無論何種邊坡形式，都要保證邊坡或擋墻的坡頂、坡腳與建構(gòu)筑物的安全距離，臺階的坡腳與建構(gòu)筑物的距離也要滿足采光、通風(fēng)、排水的要求。
四、某鋼鐵項(xiàng)目場地豎向設(shè)計(jì)應(yīng)用
該項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為鋼水200萬噸、鋼材192萬噸的短流程鋼鐵項(xiàng)目，占地面積約150公頃。新建廠區(qū)自然標(biāo)高由西南向東北降低，地形標(biāo)高為310～350m。且廠外道路與廠外道路銜接點(diǎn)標(biāo)高為310～330m，根據(jù)工藝及物流運(yùn)輸要求，結(jié)合場地條件及總圖布置，設(shè)計(jì)場地標(biāo)高按臺階確定。由于廠區(qū)內(nèi)有大面積濕陷性黃土，需對松土或濕陷性黃土采用振動(dòng)碾壓（需處理土＜3m）或強(qiáng)夯（需處理土≥3m）的方式，將松土、濕陷性黃土夯（壓）實(shí)，消除濕陷性黃土的濕陷性。碾壓或強(qiáng)夯后場地標(biāo)高降低0.6~1.2m，然后根據(jù)地基處理后的場地標(biāo)高重新確定平土標(biāo)高。主要臺階布置及設(shè)計(jì)標(biāo)高見表1。本方案總土方量約為621.97萬立方米，其中挖方量約為312.97萬立方米，填方量約為309.00萬立方米。豎向設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了填挖方工程量最少，廠內(nèi)道路實(shí)現(xiàn)了與外部道路銜接，廠內(nèi)運(yùn)輸順暢，廠內(nèi)道路坡度為0~6.5%，滿足道路設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
五、結(jié)束語
鋼鐵企業(yè)場地豎向設(shè)計(jì)直接影響鋼鐵企業(yè)建設(shè)用地、工藝流程、投資費(fèi)用和物流運(yùn)輸，是鋼鐵企業(yè)總體布局的重要部分。因此，做好鋼鐵企業(yè)場地的豎向布置，不僅能夠滿足總平面設(shè)計(jì)的要求，也能為鋼鐵企業(yè)的良好發(fā)展提供支持。
參考文獻(xiàn)：
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作者： 張妍 單位：中冶京誠工程技術(shù)有限公司