山區場地土方分析

張美美 中海油石化工程有限公司 濟南 250101

隨著國家對土地利用率要求不斷提高，要求企業用地盡量不占用(或少占)農田用地，而現代企業要求大規模、高效率、連續化，企業用地面積緊缺的問題日益突出。應充分利用地形，改造地形，使山坡地、河灘地成為適宜的建筑場地，使場地土方工程量最小，同時，又能滿足企業總平面布置的要求，使總平面布置與豎向設計有效結合。

1 豎向設計方式的影響

場地豎向設計方式分為平坡式與階梯式，平坡式即把工業場地處理成接近于自然地形的一個或幾個坡向的整平面，彼此之間連接處設計坡度和設計標高沒有明顯的高差變化；階梯式即把工業場地設計成若干個臺階并以陡坡或擋土墻相連接而成，各主要整平面連接處有明顯的高差，且其一般在1米以上。當自然地形坡度小于或等于2%時，豎向設計宜采用平坡式布置；當自然地形坡度大于2%時，豎向設計宜采用階梯式或混合式。平坡式豎向布置有利于運輸線路的布置和工廠環境的美化，但土方量較大；階梯式豎向布置有利于場地排雨水，在地形變化復雜的坡地建廠地區，可以充分利用地形，節約土石方工程量和建構筑物的基礎工程量，但需要設置較多的排水工程(如排水溝、急流槽等)和擋護工程(如擋土墻、護坡等)，且使平面布置、運輸線路和管線布置復雜化，不利于企業經營管理。兩種豎向設計形式各有利弊，在不同的地形條件下，經濟效果也不一樣，應比較兩種形式的綜合造價，最終確定合理的豎向設計。本文以一項目實例進行分析說明。

1.1 項目概況

1.1.1 廠址地理位置

項目位于重慶市巴南區麻柳嘴鎮-麻柳沿江開發區A分區，巴南區位于重慶主城南部，屬主城九區之一，距重慶市中心7公里，區政府距市政府駐地21公里。東與涪陵、南川接壤，南與綦江相連，西與江津、九龍坡、大渡口毗鄰，北與南岸、江北、渝北、長壽交界。

1.1.2 項目水文氣象條件

項目所在場地屬亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和、四季分明、雨量充沛，具冬暖、夏熱、秋長的氣候特點。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，占全年總降雨量的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)，歷史年最大降雨量為1357.7mm(1986年)，年平均降雨日為168d。

項目所在地巴南區的地表徑流豐富，主要有長江、五布河、花溪河、一品河等，均屬長江水系，長江最高洪水183.25m。

1.1.3 廠址工程地質條件

巴南區地形以丘陵為主，低山次之，平地極少。土壤類型有水稻土、紫色土、熒壤土、潮土等。園區A區地貌類型受地層巖性、地質構造和長江控制明顯，呈現東部較高，為斜坡地貌，中部及西部地勢較低，為丘陵河谷、階地地貌。項目所在區域原始地貌屬構造剝蝕淺丘斜坡地貌，場地整體地形呈南東高北西低，場地最高標高約200.20m，最低點標高約183.89m，相對高差約16.31m，地形坡度變化較大。

1.2 豎向設計方式

1.2.1 平坡式豎向設計

若場地采用平坡式豎向設計，場地初平土設計標高設為192.00m，對場地初平土工程量進行計算，見圖1。

圖1 平坡式豎向設計土方工程計算圖

1.2.2 階梯式豎向設計

若場地采用階梯式豎向設計，分189.00m平臺、195.00平臺及200.00m三個平臺，結合實際園區規劃標高，廠內設計標高由東北向西南放坡，坡度≤5‰。以此計算場地土方量，結果見圖2。

圖2 階梯式豎向設計土方工程計算圖

1.2.3 方案比選

上述兩方案計算結果對比見表1。

表1 兩種方案計算結果對比 (m3)

兩種方式的豎向設計，平坡式土方工程量更接近平衡，凈土方量小于階梯式布置的凈方量，但階梯式場地填、挖方量均小于平坡式場地填、挖方量，且階梯式豎向設計不僅合理利用了場地自然地形標高情況，使場地標高與企業外圍道路標高順暢銜接，也為企業節約了土方工程量，降低基建投資。

對于高差較大場地，豎向設計與土(石)方工程計算時除了應考慮填挖平衡外，更應考慮場地平整填、挖土方工程總量的大小及土方工程量引起的項目費用投資。另外，項目場地氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候區，全年降雨量大，豎向設計方式選擇時應重點考慮場地排雨水問題，階梯式豎向設計更有利于場地排水，使雨季時暴雨能迅速、有效地排出廠外，避免雨水倒灌室內。

2 總平面布置的影響

2.1 總平面布置與豎向設計制約關系

一般情況，項目前期首先對總平面進行初版布置，隨著項目進行，項目場地詳勘報告等資料逐步完備，可通過對場地平整土方工程量的計算對平面布置進行優化。相應地，總平面的優化也可減小場地土方工程量，二者相互制約、相互優化：對于大型生產裝置、設備不宜布置在填方較大的區域；對于高差較大的場地，生產工藝要求連續的裝置宜布置在同一平臺上，或將工藝裝置進行聯合布置。

2.2 總平面布置方案

對于上述重慶某企業，工藝流程長、裝置多(包括工藝生產裝置：黑區、白區、后處理、硫磺制酸裝置、廢酸濃縮裝置；公用工程及輔助生產設施：污水處理站、事故水池、原水站、化學水站、循環水站、維修備件庫；儲運設施：原礦倉庫、成品倉庫、輔料庫、亞鐵庫；服務性設施：綜合樓、食堂浴室、門衛及地磅房、開關站)，其總平面布置應合理利用場地自然地形情況，并有效結合場地平整帶來土方工程量的大小，對總平面進行優化布置。

2.2.1 工藝生產裝置

基于場地階梯式豎向設計(將場地劃分為188.00～190.00m平臺、194.60～195.00m平臺及200.00m平臺三個平臺)[1][2]、場地初平土方量工程的核算及地勘資料，188.00～190.00m平臺北側均為挖方區域，南側局部為填方區，且該平臺地下主要分布中風化基巖，連續穩定，變異性低，分布較均勻，工程性能好；結合工藝生產要求，在場地188.00～190.00m平臺上布置主要生產裝置，由南至北分別為磨礦、黑區、白區及后處理，不僅工藝流程順暢，同時將主裝置集中布置在挖方區域，且在同一平臺，方便了主裝置地基處理；將廢酸濃縮布置在黑區南側，硫磺制酸布置在主生產裝置東側。

2.2.2 公用工程及輔助生產設施

將生產裝置配套的公輔設施集中布置在194.60～195.00m平臺，同時靠近生產裝置區，既方便了公用管線(管架)的敷設，又避開了高填方區域，減少了場地高填方帶來的強夯(甚至打樁)處理難度，為企業減小了土建費用。具體布置為由北至南，依次布置維修及備件庫、循環水站一、開關站，此布置使得公輔設施靠近各服務對象(循環水站靠近黑區布置，開關站緊鄰白區布置)，有效減小了公用管線(管架)長度；事故水池布置于黑區西南側、廢酸濃縮西側，減小了裝置區至事故水池的地溝長度；將原水站、化學水站集中布置在200.00m平臺中部；將污水處理站布置在188.00～190.00m平臺南側，同時位于全廠地勢最低處，便于全廠污水回收及外排。

2.2.3 儲運設施

亞鐵庫貼臨黑區二東側布置，方便了亞鐵輸送，使得亞鐵棧橋長度縮短；將輔料庫布置在后處理西側，方便叉車將輔料輸送至后處理裝置，考慮礦庫鄰近磨礦工段南側布置，以使原材料投入生產的線路更便捷順暢，將成品倉庫緊貼后處理北側布置。

2.2.4 服務性工程

由于自然場地高差較大，根據已選取階梯式豎向布置及場地平整土方工程量的核算，200.00m平臺區域面積較小，平臺南側均為填方區域(填方高度為2m～12m)，平臺北側為挖方區(挖方高度為1m～8m)，且土質較好，因廠前區無大型設備，結合廠外道路標高情況，將廠前區布置在200m平臺南側，結合廠區總體規劃，本項目計劃在廠區北側及南側建設兩處貨流出入口，并配有門衛及地磅等相應設施；廠前區設對外人員出入口，四周設置磚柱鏤空鐵藝圍墻，與南側及東側廠區圍墻圍合，且考慮在通往生產區的路口設門禁，形成獨立廠前區，達到生產與管理各自成區的目的。

3 土建處理的影響

在對場地平整土方工程計算后，應及時向結構專業提供不同填挖高度的總平面布置圖，見圖3。

圖3 不同填挖高度的總平面布置圖

通過在土方工程圖中繪制出反向等高線(反向等高線：在土方工程圖中將填、挖高度一樣的點連接而成的設計等高線)，清晰反映出不同高度的填挖方區域，為結構場地平整、基礎設計等提供便利的參考數據，同時也為土石方工程優化提供可靠依據。土建專業可通過反向等高線圖判別場地不同填挖高度處場地的強夯處理，見圖4。

圖4 強夯處理示意圖

填方高度為8m范圍的區域，場地強夯處理夯擊能大小選擇4000KN·m，填方高度為3m范圍的區域，場地強夯處理夯擊能大小選擇3000KN·m[3]。由此可見，填挖深度的不同，導致場地處理方案、建構筑物基礎大小的不同，直接影響場地土方工程施工量及企業土建費用。因此，在初版場平土方圖中，應及時向土建專業提供不同填挖高度的總平面布置圖，以便提前對場地處理采取合理措施，如提高場地耐力程度，可減小各類基礎的大小，減少施工量，縮短工期(尤其是國內項目建設特點，前期初步設計土建施工時間比較富裕，施工圖開始后都在壓縮土建施工時間)，有利于場地的長期穩定。

4 結語

根據上述案例的分析，山區場地土方工程量的大小不僅與場平標高相關，更與總平面布置、豎向設計方式有關，而總平面布置應兼顧豎向設計及場地地基處理情況，經多方案比選后確定最終總平面布置，做到總平面布局合理、工程造價最低。在平時的總平面、豎向設計時應努力做到[2]：

(1)遵循廠區豎向布置應與總平面布置相協調的原則。

(2)符合豎向布置且滿足規定：充分利用和合理改造自然地形，滿足建設用地的需要；應適應工藝流程、廠內外運輸、場地雨水收集排放的要求。

(3)應依據地形、地質條件，結合地基處理方案，合理確定填挖高度，避免深挖高填。

(4)地下水位較高的地段，不宜大規模挖方。

(5)場地設計標高應略高于廠區周邊自然地形，當局部場地低于外部場地標高時，應有防止外部場地雨水流入廠內的措施。

(6)場地平整應力求土石方量最小，且應使填挖接近平衡，調運路程便捷。

(7)當受條件限制需要采用臺階式布置形式時，應合理劃分臺階范圍，減少臺階數量。

爭取做到場地平整盡量避免大填大挖，當無法避免深填時應與結構專業協商合理的地基處理方案，同時使得豎向布置與總平面布置相匹配。