山區(qū)場地土方分析

張美美 中海油石化工程有限公司 濟(jì)南 250101

隨著國家對土地利用率要求不斷提高，要求企業(yè)用地盡量不占用(或少占)農(nóng)田用地，而現(xiàn)代企業(yè)要求大規(guī)模、高效率、連續(xù)化，企業(yè)用地面積緊缺的問題日益突出。應(yīng)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(yè)總平面布置的要求，使總平面布置與豎向設(shè)計有效結(jié)合。

1 豎向設(shè)計方式的影響

場地豎向設(shè)計方式分為平坡式與階梯式，平坡式即把工業(yè)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(shè)計坡度和設(shè)計標(biāo)高沒有明顯的高差變化；階梯式即把工業(yè)場地設(shè)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(dāng)自然地形坡度小于或等于2%時，豎向設(shè)計宜采用平坡式布置；當(dāng)自然地形坡度大于2%時，豎向設(shè)計宜采用階梯式或混合式。平坡式豎向布置有利于運(yùn)輸線路的布置和工廠環(huán)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(fù)雜的坡地建廠地區(qū)，可以充分利用地形，節(jié)約土石方工程量和建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)工程量，但需要設(shè)置較多的排水工程(如排水溝、急流槽等)和擋護(hù)工程(如擋土墻、護(hù)坡等)，且使平面布置、運(yùn)輸線路和管線布置復(fù)雜化，不利于企業(yè)經(jīng)營管理。兩種豎向設(shè)計形式各有利弊，在不同的地形條件下，經(jīng)濟(jì)效果也不一樣，應(yīng)比較兩種形式的綜合造價，最終確定合理的豎向設(shè)計。本文以一項目實例進(jìn)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(qū)麻柳嘴鎮(zhèn)-麻柳沿江開發(fā)區(qū)A分區(qū)，巴南區(qū)位于重慶主城南部，屬主城九區(qū)之一，距重慶市中心7公里，區(qū)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(fēng)氣候區(qū)，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(qū)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(zhì)條件

巴南區(qū)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(qū)A區(qū)地貌類型受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和長江控制明顯，呈現(xiàn)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(qū)域原始地貌屬構(gòu)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(biāo)高約200.20m，最低點標(biāo)高約183.89m，相對高差約16.31m，地形坡度變化較大。

1.2 豎向設(shè)計方式

1.2.1 平坡式豎向設(shè)計

若場地采用平坡式豎向設(shè)計，場地初平土設(shè)計標(biāo)高設(shè)為192.00m，對場地初平土工程量進(jìn)行計算，見圖1。

圖1 平坡式豎向設(shè)計土方工程計算圖

1.2.2 階梯式豎向設(shè)計

若場地采用階梯式豎向設(shè)計，分189.00m平臺、195.00平臺及200.00m三個平臺，結(jié)合實際園區(qū)規(guī)劃標(biāo)高，廠內(nèi)設(shè)計標(biāo)高由東北向西南放坡，坡度≤5‰。以此計算場地土方量，結(jié)果見圖2。

圖2 階梯式豎向設(shè)計土方工程計算圖

1.2.3 方案比選

上述兩方案計算結(jié)果對比見表1。

表1 兩種方案計算結(jié)果對比 (m3)

兩種方式的豎向設(shè)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(shè)計不僅合理利用了場地自然地形標(biāo)高情況，使場地標(biāo)高與企業(yè)外圍道路標(biāo)高順暢銜接，也為企業(yè)節(jié)約了土方工程量，降低基建投資。

對于高差較大場地，豎向設(shè)計與土(石)方工程計算時除了應(yīng)考慮填挖平衡外，更應(yīng)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(fèi)用投資。另外，項目場地氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，全年降雨量大，豎向設(shè)計方式選擇時應(yīng)重點考慮場地排雨水問題，階梯式豎向設(shè)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(nèi)。

2 總平面布置的影響

2.1 總平面布置與豎向設(shè)計制約關(guān)系

一般情況，項目前期首先對總平面進(jìn)行初版布置，隨著項目進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化。相應(yīng)地，總平面的優(yōu)化也可減小場地土方工程量，二者相互制約、相互優(yōu)化：對于大型生產(chǎn)裝置、設(shè)備不宜布置在填方較大的區(qū)域；對于高差較大的場地，生產(chǎn)工藝要求連續(xù)的裝置宜布置在同一平臺上，或?qū)⒐に囇b置進(jìn)行聯(lián)合布置。

2.2 總平面布置方案

對于上述重慶某企業(yè)，工藝流程長、裝置多(包括工藝生產(chǎn)裝置：黑區(qū)、白區(qū)、后處理、硫磺制酸裝置、廢酸濃縮裝置；公用工程及輔助生產(chǎn)設(shè)施：污水處理站、事故水池、原水站、化學(xué)水站、循環(huán)水站、維修備件庫；儲運(yùn)設(shè)施：原礦倉庫、成品倉庫、輔料庫、亞鐵庫；服務(wù)性設(shè)施：綜合樓、食堂浴室、門衛(wèi)及地磅房、開關(guān)站)，其總平面布置應(yīng)合理利用場地自然地形情況，并有效結(jié)合場地平整帶來土方工程量的大小，對總平面進(jìn)行優(yōu)化布置。

2.2.1 工藝生產(chǎn)裝置

基于場地階梯式豎向設(shè)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(cè)均為挖方區(qū)域，南側(cè)局部為填方區(qū)，且該平臺地下主要分布中風(fēng)化基巖，連續(xù)穩(wěn)定，變異性低，分布較均勻，工程性能好；結(jié)合工藝生產(chǎn)要求，在場地188.00～190.00m平臺上布置主要生產(chǎn)裝置，由南至北分別為磨礦、黑區(qū)、白區(qū)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(qū)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(qū)南側(cè)，硫磺制酸布置在主生產(chǎn)裝置東側(cè)。

2.2.2 公用工程及輔助生產(chǎn)設(shè)施

將生產(chǎn)裝置配套的公輔設(shè)施集中布置在194.60～195.00m平臺，同時靠近生產(chǎn)裝置區(qū)，既方便了公用管線(管架)的敷設(shè)，又避開了高填方區(qū)域，減少了場地高填方帶來的強(qiáng)夯(甚至打樁)處理難度，為企業(yè)減小了土建費(fèi)用。具體布置為由北至南，依次布置維修及備件庫、循環(huán)水站一、開關(guān)站，此布置使得公輔設(shè)施靠近各服務(wù)對象(循環(huán)水站靠近黑區(qū)布置，開關(guān)站緊鄰白區(qū)布置)，有效減小了公用管線(管架)長度；事故水池布置于黑區(qū)西南側(cè)、廢酸濃縮西側(cè)，減小了裝置區(qū)至事故水池的地溝長度；將原水站、化學(xué)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(cè)，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(yùn)設(shè)施

亞鐵庫貼臨黑區(qū)二東側(cè)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(cè)，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(cè)布置，以使原材料投入生產(chǎn)的線路更便捷順暢，將成品倉庫緊貼后處理北側(cè)布置。

2.2.4 服務(wù)性工程

由于自然場地高差較大，根據(jù)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(qū)域面積較小，平臺南側(cè)均為填方區(qū)域(填方高度為2m～12m)，平臺北側(cè)為挖方區(qū)(挖方高度為1m～8m)，且土質(zhì)較好，因廠前區(qū)無大型設(shè)備，結(jié)合廠外道路標(biāo)高情況，將廠前區(qū)布置在200m平臺南側(cè)，結(jié)合廠區(qū)總體規(guī)劃，本項目計劃在廠區(qū)北側(cè)及南側(cè)建設(shè)兩處貨流出入口，并配有門衛(wèi)及地磅等相應(yīng)設(shè)施；廠前區(qū)設(shè)對外人員出入口，四周設(shè)置磚柱鏤空鐵藝圍墻，與南側(cè)及東側(cè)廠區(qū)圍墻圍合，且考慮在通往生產(chǎn)區(qū)的路口設(shè)門禁，形成獨立廠前區(qū)，達(dá)到生產(chǎn)與管理各自成區(qū)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(yīng)及時向結(jié)構(gòu)專業(yè)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(shè)計等高線)，清晰反映出不同高度的填挖方區(qū)域，為結(jié)構(gòu)場地平整、基礎(chǔ)設(shè)計等提供便利的參考數(shù)據(jù)，同時也為土石方工程優(yōu)化提供可靠依據(jù)。土建專業(yè)可通過反向等高線圖判別場地不同填挖高度處場地的強(qiáng)夯處理，見圖4。

圖4 強(qiáng)夯處理示意圖

填方高度為8m范圍的區(qū)域，場地強(qiáng)夯處理夯擊能大小選擇4000KN·m，填方高度為3m范圍的區(qū)域，場地強(qiáng)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(dǎo)致場地處理方案、建構(gòu)筑物基礎(chǔ)大小的不同，直接影響場地土方工程施工量及企業(yè)土建費(fèi)用。因此，在初版場平土方圖中，應(yīng)及時向土建專業(yè)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(chǔ)的大小，減少施工量，縮短工期(尤其是國內(nèi)項目建設(shè)特點，前期初步設(shè)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(wěn)定。

4 結(jié)語

根據(jù)上述案例的分析，山區(qū)場地土方工程量的大小不僅與場平標(biāo)高相關(guān)，更與總平面布置、豎向設(shè)計方式有關(guān)，而總平面布置應(yīng)兼顧豎向設(shè)計及場地地基處理情況，經(jīng)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(shè)計時應(yīng)努力做到[2]：

(1)遵循廠區(qū)豎向布置應(yīng)與總平面布置相協(xié)調(diào)的原則。

(2)符合豎向布置且滿足規(guī)定：充分利用和合理改造自然地形，滿足建設(shè)用地的需要；應(yīng)適應(yīng)工藝流程、廠內(nèi)外運(yùn)輸、場地雨水收集排放的要求。

(3)應(yīng)依據(jù)地形、地質(zhì)條件，結(jié)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(guī)模挖方。

(5)場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)略高于廠區(qū)周邊自然地形，當(dāng)局部場地低于外部場地標(biāo)高時，應(yīng)有防止外部場地雨水流入廠內(nèi)的措施。

(6)場地平整應(yīng)力求土石方量最小，且應(yīng)使填挖接近平衡，調(diào)運(yùn)路程便捷。

(7)當(dāng)受條件限制需要采用臺階式布置形式時，應(yīng)合理劃分臺階范圍，減少臺階數(shù)量。

爭取做到場地平整盡量避免大填大挖，當(dāng)無法避免深填時應(yīng)與結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)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。