談鋼鐵企業場地豎向設計

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摘要：豎向設計是鋼鐵企業建設項目總體規劃的重要組成部分，與總平面布置相互影響、相互制約。基于此，論述了場地豎向布置的要求、豎向布置的形式及豎向設計的主要內容，并通過具體工程案例分析，對鋼鐵企業場地豎向布置提供借鑒和指導。

關鍵詞：鋼廠選址；豎向設計；場地平整

一般來說，建設規模較大的鋼鐵企業建設項目，不可能都建設在地勢平坦的區域，項目用地的地形經常會高低起伏。因此，在項目前期，要對場地進行地形分析，充分利用地形高差，因地制宜，對場地根據豎向設計要求進行整平，使改造后的場地滿足生產、運輸、防洪、排水、管線敷設及土（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計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、建構筑物基礎埋設深度、運輸線路、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，設計場地由若干個臺階相連接組成，相鄰臺階間高差不小于1.0m；混合布置形式，設計場地由若干個平坡和臺階混合組成。

二、豎向布置的原則和要求

1.滿足生產工藝流程結合鋼鐵企業工廠規模、車間性質和工藝特征等要求，往往能夠確定場地大小、總平面布置特點。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，建構筑物長軸應平行等高線布置，且垂直于等高線布置的建構筑物寬度宜窄些。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，其主臺階在長寬設計上盡可能大一些。如果將生產工藝聯系緊密的車間布置在不同臺階上，或一個車間不同跨的標高不在同一平面上，會給生產和運輸帶來困難，甚至影響生產。

2.滿足物流運輸要求鋼鐵企業物流主要包括廠外物流和廠內物流[1]。在豎向設計前，應根據總平面布置確定全廠物流方案，分析廠區主要物料類別、物流運輸量及運輸方式、物流運輸方向等特點。充分利用地形標高，選擇最優的運輸路徑，使物流流向沿工藝流程自高向低進行。合理的場地標高能夠降低物料在各生產單元流動過程中的能耗，縮短物流運輸距離，減少后期運營成本，達到節能的目的。對運輸量大、車次頻率高的道路運輸，應充分利用地形，盡可能設計環形道路。如果場地采用階梯式布置，連接相鄰臺階之間的道路應滿足道路縱坡要求，運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高高差不宜過大。鋼鐵廠鐵水及成品一般采用鐵路運輸，鐵路坡度一般不超過15‰，有鐵路連接的各臺階高差也應滿足鐵路坡度要求。

3.保證排水暢通豎向設計應保證廠區不受洪水、潮水及內澇水的威脅。在山區場地建廠時，宜在廠區上方設置截水溝，且在坡腳設置排水溝，以防止山坡雨水流入場地內。截水溝不宜穿過廠區，當場地受限，必須穿過時，應從建筑密度較小的地段穿過。根據廠區外排水接點的位置，確定合理的匯水區域及排水方向，使廠區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施，利用場地地形坡度和地質特點排水，對于降雨量小的地區，且場地面積較小的區域，可采用這種排水方式；明溝排水經常用于建構筑物比較分散的場地，且建構筑物標高變化多的區域；暗管排水經常用于場地面積較大、地勢平坦、建構筑物集中的場地。

4.充分利用自然地形，節約土石方量豎向設計應合理利用自然地形，盡量減少土石方工程量，使土石方場內填挖平衡，避免土石方二次倒運，重復填挖。力求土石方運距最短和運程合理，且盡量避免和減少土石方開挖工程。同時，應避免貼山過近，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計成填方，必要時可提高設計標高。

5.特殊地區豎向布置的要求（1）濕陷性黃土地區所謂濕陷性黃土就是在一定壓力下受水浸濕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉的黃土[2]。濕陷性黃土地基在天然狀態下的密度低，單位體積內粘土顆粒含量少，孔隙率較大。濕陷性黃土地基的濕陷特性會給建構筑物帶來不同程度的危害，使其產生大幅度的沉降、開裂和傾斜，嚴重影響建筑物的安全和正常使用。因此，在進行豎向設計前，需要對濕陷性黃土地基進行處理，確定合理的場地標高。地基處理的方法主要有灰土或素土墊層法、重錘夯實法、強夯法、灰土擠密樁法等。（2）膨脹土地區膨脹土是一種高塑性黏土，具有吸水膨脹、失水收縮、反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發育等特性，性質極不穩定。在膨脹土地區進行豎向布置，應盡量保持地形現狀，避免大填大挖工程，主要建構筑物不宜布置在回填土區域。對變形有嚴格要求的建筑物，應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。在斜坡地區布置建構筑物，當采用臺階布置時，應分段設置擋土墻，其高度不宜大于3m；當臺階之間采用邊坡連接時，填方邊坡不應陡于挖方邊坡；挖方后對邊坡應立即進行護砌。

三、豎向設計的內容

1.場地平土方式場地平土有連續式平土和重點式平土2種方式。場地平土方式應根據總平面布置要求、建設場地地形、地質條件、物流方向等因素確定。在地形平坦的場地常選用連續式平土，對場地連續平土不保留原地形；鋼廠主工藝車間、廠前區、鐵路、道路集中的區域，多采用此平土方式。對于自然地形坡度變化較大的山區，宜采用重點式平土方式，只對與建構筑物相關的區域進行平土，而場地其他區域保持原地形。

2.確定場地平土標高確定場地平土標高，主要需考慮以下影響因素：一是場地平土標高應滿足防洪水、防潮水和排除內澇水的要求。廠區應該有安全可靠的排水方向，使廠區內的雨水能夠快速排至場外，保證企業的生產安全。二是盡可能減少土石方工程量，使得填挖土方量基本平衡。土方計算時應考慮地下室、建筑物基礎、管線管溝等基槽余土量，避免出現棄土的情況；利用天然土開挖回填的區域還應根據土質條件，考慮土壤松散系數對工程量的影響。三是平土標高應高于地下水位。在地下水位高的區域不宜挖方，必要時可局部填方，填方區域應盡量降低建構筑物的基礎埋深，以免地下水高于基礎標高，使基礎長時間浸泡在水中。四是平土標高應保證廠內與廠外的鐵路、道路銜接順暢。平土標高需滿足廠區內外鐵路接軌點的標高，鐵路標高受鐵路最大縱坡、最小坡長、最小曲線半徑等設計要素制約。廠外道路標高在廠區的出入口周圍，與場地設計標高有著直接的關系[3]，廠區出入口標高宜高于廠外道路標高，以利于廠區內外的運輸及廠區排水。

3.滿足總圖布置的要求鋼鐵企業豎向設計的基本原則是滿足工藝生產的要求。廠區豎向布置采用階梯式布置時應考慮以下因素：一是主臺階上應布置對全廠生產、運輸有重大影響的生產車間，以保證工藝流程、物料流程順暢。如果鋼鐵廠鐵水、鋼水采用鐵路運輸，連鑄坯采用輥道運輸至軋鋼車間，則煉鐵、煉鋼和軋鋼車間應盡量布置在一個臺階上。二是相對獨立的氧氣站、儲氣柜、倉庫可布置在不同臺階上，水處理系統、動力系統、電力系統等公輔設施可與負荷中心就近布置在相鄰臺階上。三是對于可以采用膠帶運輸原料的燒結車間、球團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。四是當廠區大宗原料由鐵路進廠時，原料場在滿足鐵路接軌點標高的前提下，應靠近廠外工廠編組站，減少物料折返、倒運。

4.邊坡的防護處理場地如果采用階梯式布置，廠內外及相鄰臺階的連接可采用自然放坡，也可采用邊坡防護加固措施，當用地受限時可采用擋土墻。不同的方式會產生不同的土方工程量，且投資也不相同，需根據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、骨架、窗孔式護面墻、加筋土、擋土墻。當邊坡高度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，邊坡坡面采用植草灌防護。當填土高度3m≤H＜8m，邊坡坡率為1∶1~1∶1.75時，坡面可以采用骨架防護。窗孔式護面墻適用于邊坡坡率為1∶0.75穩定的挖方路段。邊坡高度3＜H≤15m的填方段落，且通過適當放陡邊坡可以滿足要求的段落，可采用加筋土路堤防護，可以根據用地范圍及土質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。當用地嚴重受限，邊坡坡腳超出用地范圍較多時，采用擋土墻進行支擋收縮坡腳。無論何種邊坡形式，都要保證邊坡或擋墻的坡頂、坡腳與建構筑物的安全距離，臺階的坡腳與建構筑物的距離也要滿足采光、通風、排水的要求。

四、某鋼鐵項目場地豎向設計應用

該項目建設規模為鋼水200萬噸、鋼材192萬噸的短流程鋼鐵項目，占地面積約150公頃。新建廠區自然標高由西南向東北降低，地形標高為310～350m。且廠外道路與廠外道路銜接點標高為310～330m，根據工藝及物流運輸要求，結合場地條件及總圖布置，設計場地標高按臺階確定。由于廠區內有大面積濕陷性黃土，需對松土或濕陷性黃土采用振動碾壓（需處理土＜3m）或強夯（需處理土≥3m）的方式，將松土、濕陷性黃土夯（壓）實，消除濕陷性黃土的濕陷性。碾壓或強夯后場地標高降低0.6~1.2m，然后根據地基處理后的場地標高重新確定平土標高。主要臺階布置及設計標高見表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。豎向設計實現了填挖方工程量最少，廠內道路實現了與外部道路銜接，廠內運輸順暢，廠內道路坡度為0~6.5%，滿足道路設計規范要求。

五、結束語

鋼鐵企業場地豎向設計直接影響鋼鐵企業建設用地、工藝流程、投資費用和物流運輸，是鋼鐵企業總體布局的重要部分。因此，做好鋼鐵企業場地的豎向布置，不僅能夠滿足總平面設計的要求，也能為鋼鐵企業的良好發展提供支持。

參考文獻：

[1]王懿.鋼鐵企業廠內運輸物流智能管理系統[J].計算技術與自動化，2016（6）.

[2]劉志堅.濕陷性黃土的強夯處理[J].科技視界，2014（8）.

[3]董杰林.工業建設場地設計標高的確定探討[J].科技傳播，2014（10）.

作者： 張妍 單位：中冶京誠工程技術有限公司