山区场地土方分析

2020-06-27张美美中海油石化工程有限公司济南250101

化工设计 2020年3期

张美美中海油石化工程有限公司济南 250101

随着国家对土地利用率要求不断提高，要求企业用地尽量不占用(或少占)农田用地，而现代企业要求大规模、高效率、连续化，企业用地面积紧缺的问题日益突出。应充分利用地形，改造地形，使山坡地、河滩地成为适宜的建筑场地，使场地土方工程量最小，同时，又能满足企业总平面布置的要求，使总平面布置与竖向设计有效结合。

1 竖向设计方式的影响

场地竖向设计方式分为平坡式与阶梯式，平坡式即把工业场地处理成接近于自然地形的一个或几个坡向的整平面，彼此之间连接处设计坡度和设计标高没有明显的高差变化；阶梯式即把工业场地设计成若干个台阶并以陡坡或挡土墙相连接而成，各主要整平面连接处有明显的高差，且其一般在1米以上。当自然地形坡度小于或等于2%时，竖向设计宜采用平坡式布置；当自然地形坡度大于2%时，竖向设计宜采用阶梯式或混合式。平坡式竖向布置有利于运输线路的布置和工厂环境的美化，但土方量较大；阶梯式竖向布置有利于场地排雨水，在地形变化复杂的坡地建厂地区，可以充分利用地形，节约土石方工程量和建构筑物的基础工程量，但需要设置较多的排水工程(如排水沟、急流槽等)和挡护工程(如挡土墙、护坡等)，且使平面布置、运输线路和管线布置复杂化，不利于企业经营管理。两种竖向设计形式各有利弊，在不同的地形条件下，经济效果也不一样，应比较两种形式的综合造价，最终确定合理的竖向设计。本文以一项目实例进行分析说明。

1.1 项目概况

1.1.1 厂址地理位置

项目位于重庆市巴南区麻柳嘴镇-麻柳沿江开发区A分区，巴南区位于重庆主城南部，属主城九区之一，距重庆市中心7公里，区政府距市政府驻地21公里。东与涪陵、南川接壤，南与綦江相连，西与江津、九龙坡、大渡口毗邻，北与南岸、江北、渝北、长寿交界。

1.1.2 项目水文气象条件

项目所在场地属亚热带湿润季风气候区，气候温和、四季分明、雨量充沛，具冬暖、夏热、秋长的气候特点。多年年平均降雨量1163.3mm，主要集中于每年4～10月，多大雨或暴雨，占全年总降雨量的76%左右，多年平均日最大降雨量93.9mm，日最大降雨量206.60mm(2007年7月17日)，历史年最大降雨量为1357.7mm(1986年)，年平均降雨日为168d。

项目所在地巴南区的地表径流丰富，主要有长江、五布河、花溪河、一品河等，均属长江水系，长江最高洪水183.25m。

1.1.3 厂址工程地质条件

巴南区地形以丘陵为主，低山次之，平地极少。土壤类型有水稻土、紫色土、荧壤土、潮土等。园区A区地貌类型受地层岩性、地质构造和长江控制明显，呈现东部较高，为斜坡地貌，中部及西部地势较低，为丘陵河谷、阶地地貌。项目所在区域原始地貌属构造剥蚀浅丘斜坡地貌，场地整体地形呈南东高北西低，场地最高标高约200.20m，最低点标高约183.89m，相对高差约16.31m，地形坡度变化较大。

1.2 竖向设计方式

1.2.1 平坡式竖向设计

若场地采用平坡式竖向设计，场地初平土设计标高设为192.00m，对场地初平土工程量进行计算，见图1。

图1 平坡式竖向设计土方工程计算图

1.2.2 阶梯式竖向设计

若场地采用阶梯式竖向设计，分189.00m平台、195.00平台及200.00m三个平台，结合实际园区规划标高，厂内设计标高由东北向西南放坡，坡度≤5‰。以此计算场地土方量，结果见图2。

图2 阶梯式竖向设计土方工程计算图

1.2.3 方案比选

上述两方案计算结果对比见表1。

表1 两种方案计算结果对比 (m3)

两种方式的竖向设计，平坡式土方工程量更接近平衡，净土方量小于阶梯式布置的净方量，但阶梯式场地填、挖方量均小于平坡式场地填、挖方量，且阶梯式竖向设计不仅合理利用了场地自然地形标高情况，使场地标高与企业外围道路标高顺畅衔接，也为企业节约了土方工程量，降低基建投资。

对于高差较大场地，竖向设计与土(石)方工程计算时除了应考虑填挖平衡外，更应考虑场地平整填、挖土方工程总量的大小及土方工程量引起的项目费用投资。另外，项目场地气候属亚热带湿润季风气候区，全年降雨量大，竖向设计方式选择时应重点考虑场地排雨水问题，阶梯式竖向设计更有利于场地排水，使雨季时暴雨能迅速、有效地排出厂外，避免雨水倒灌室内。

2 总平面布置的影响

2.1 总平面布置与竖向设计制约关系

一般情况，项目前期首先对总平面进行初版布置，随着项目进行，项目场地详勘报告等资料逐步完备，可通过对场地平整土方工程量的计算对平面布置进行优化。相应地，总平面的优化也可减小场地土方工程量，二者相互制约、相互优化：对于大型生产装置、设备不宜布置在填方较大的区域；对于高差较大的场地，生产工艺要求连续的装置宜布置在同一平台上，或将工艺装置进行联合布置。

2.2 总平面布置方案

对于上述重庆某企业，工艺流程长、装置多(包括工艺生产装置：黑区、白区、后处理、硫磺制酸装置、废酸浓缩装置；公用工程及辅助生产设施：污水处理站、事故水池、原水站、化学水站、循环水站、维修备件库；储运设施：原矿仓库、成品仓库、辅料库、亚铁库；服务性设施：综合楼、食堂浴室、门卫及地磅房、开关站)，其总平面布置应合理利用场地自然地形情况，并有效结合场地平整带来土方工程量的大小，对总平面进行优化布置。

2.2.1 工艺生产装置

基于场地阶梯式竖向设计(将场地划分为188.00～190.00m平台、194.60～195.00m平台及200.00m平台三个平台)[1][2]、场地初平土方量工程的核算及地勘资料，188.00～190.00m平台北侧均为挖方区域，南侧局部为填方区，且该平台地下主要分布中风化基岩，连续稳定，变异性低，分布较均匀，工程性能好；结合工艺生产要求，在场地188.00～190.00m平台上布置主要生产装置，由南至北分别为磨矿、黑区、白区及后处理，不仅工艺流程顺畅，同时将主装置集中布置在挖方区域，且在同一平台，方便了主装置地基处理；将废酸浓缩布置在黑区南侧，硫磺制酸布置在主生产装置东侧。

2.2.2 公用工程及辅助生产设施

将生产装置配套的公辅设施集中布置在194.60～195.00m平台，同时靠近生产装置区，既方便了公用管线(管架)的敷设，又避开了高填方区域，减少了场地高填方带来的强夯(甚至打桩)处理难度，为企业减小了土建费用。具体布置为由北至南，依次布置维修及备件库、循环水站一、开关站，此布置使得公辅设施靠近各服务对象(循环水站靠近黑区布置，开关站紧邻白区布置)，有效减小了公用管线(管架)长度；事故水池布置于黑区西南侧、废酸浓缩西侧，减小了装置区至事故水池的地沟长度；将原水站、化学水站集中布置在200.00m平台中部；将污水处理站布置在188.00～190.00m平台南侧，同时位于全厂地势最低处，便于全厂污水回收及外排。

2.2.3 储运设施

亚铁库贴临黑区二东侧布置，方便了亚铁输送，使得亚铁栈桥长度缩短；将辅料库布置在后处理西侧，方便叉车将辅料输送至后处理装置，考虑矿库邻近磨矿工段南侧布置，以使原材料投入生产的线路更便捷顺畅，将成品仓库紧贴后处理北侧布置。

2.2.4 服务性工程

由于自然场地高差较大，根据已选取阶梯式竖向布置及场地平整土方工程量的核算，200.00m平台区域面积较小，平台南侧均为填方区域(填方高度为2m～12m)，平台北侧为挖方区(挖方高度为1m～8m)，且土质较好，因厂前区无大型设备，结合厂外道路标高情况，将厂前区布置在200m平台南侧，结合厂区总体规划，本项目计划在厂区北侧及南侧建设两处货流出入口，并配有门卫及地磅等相应设施；厂前区设对外人员出入口，四周设置砖柱镂空铁艺围墙，与南侧及东侧厂区围墙围合，且考虑在通往生产区的路口设门禁，形成独立厂前区，达到生产与管理各自成区的目的。

3 土建处理的影响

在对场地平整土方工程计算后，应及时向结构专业提供不同填挖高度的总平面布置图，见图3。

图3 不同填挖高度的总平面布置图

通过在土方工程图中绘制出反向等高线(反向等高线：在土方工程图中将填、挖高度一样的点连接而成的设计等高线)，清晰反映出不同高度的填挖方区域，为结构场地平整、基础设计等提供便利的参考数据，同时也为土石方工程优化提供可靠依据。土建专业可通过反向等高线图判别场地不同填挖高度处场地的强夯处理，见图4。

图4 强夯处理示意图

填方高度为8m范围的区域，场地强夯处理夯击能大小选择4000KN·m，填方高度为3m范围的区域，场地强夯处理夯击能大小选择3000KN·m[3]。由此可见，填挖深度的不同，导致场地处理方案、建构筑物基础大小的不同，直接影响场地土方工程施工量及企业土建费用。因此，在初版场平土方图中，应及时向土建专业提供不同填挖高度的总平面布置图，以便提前对场地处理采取合理措施，如提高场地耐力程度，可减小各类基础的大小，减少施工量，缩短工期(尤其是国内项目建设特点，前期初步设计土建施工时间比较富裕，施工图开始后都在压缩土建施工时间)，有利于场地的长期稳定。