淺談工業場地豎向設計

鄧 媛

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

場地豎向設計，是指對建設場地高程的設計。由于自然地形通常起伏不平、帶一定的自然坡度，不能滿足工業企業總平面設計中對場地生產及排水的高程要求。因此，需要對原始地形進行改造、利用，合理確定建設場地的室外平場標高，即開展工業場地豎向設計工作。

1 豎向設計與總平面設計的關系

豎向設計與總平面設計密不可分，是場地設計中一個重要的有機組成部分[1-2]。豎向設計的內容包括豎向布置原則、布置形式、確定室外平場標高、確定場地排水方式、計算場地土石方工程量等。

總平面設計中，工業企業內建構筑物的平面位置已經確定；而它們的立面位置，即“標高”，則需要在豎向設計中予以確定。所以在考慮充分利用場地地形的基礎上，必須同時考慮“平面”和“豎向”在布置上的要求，統一考慮并協調處理設計過程中的各種矛盾，才能保證企業建設、生產和使用過程中的合理性和經濟性[3]。因此，豎向設計與總平面設計相互影響，相互制約，不可分割。

一方面，總平面設計雖然優先進行，但合理的總平面設計與豎向設計的關系極大，所以要同時考慮總平面設計和豎向布置形式。另一方面，在進行豎向設計時，如果發現豎向設計和總平面設計不能很好地結合起來，在考慮調整豎向設計方案的同時，可能還要對總平面布置做出相應的調整。

豎向設計與總平面設計的關系如圖1所示。

圖1 豎向設計與總平面設計的關系Fig.1 The relationship between vertical design and general layout design

2 豎向設計的基礎理論

2.1 場地豎向設計的內容

目的：豎向設計的主要目的是使場地中的各元素形成一個統一的有機整體，以充分利用自然地形，節約土地，減少浪費[4]。

主要內容：①選擇豎向設計的形式和平土方式；②確定場地平場標高，計算土石方工程量，力求場地填挖方平衡；③確定建筑物、構筑物等的室外平場標高，并使之相互協調；④確定合理的場地排水方式和排水措施，使場地內排水順暢，保證場地不受洪水威脅；⑤合理布置豎向設計必要的工程設施和排水構筑物(如排水溝、雨水井、排洪溝等)并委托有關專業進行設計[5]。豎向設計主要內容的示意圖，如圖2所示。

1-自然地面；2-設計地面；3-廠房；4-道路中心線；5-填方工程量；6-挖方工程量；7-擋土墻；8-排水溝；9-場地設計坡度；10-道路中心線標高；11-室內地坪標高；12-室外地坪標高圖2 豎向設計主要內容剖面示意Fig.2 Vertical design profile

2.2 豎向設計的形式

豎向設計的布置形式是指工業企業場地各主要設計整平面垂直方向上的連續方式[6]。豎向設計形式通常分為平坡式、階梯式和混合式3種[7]。

平坡式：平坡式布置是將場地處理成接近于自然地形的一個或幾個帶有緩坡的整平面，連接處設計坡度和設計標高沒有明顯的高差變化[8]。平坡式布置適合地勢較為平坦的場地。平坡式布置可分為單斜面和多斜面的布置形式。①單斜面。即整個場地只有一個坡向，場地排水為一個方向，從最高點排向最低點，此種布置形式排水不利，土石方量也相對較大。②多斜面。一般有多個坡向，最低點位于場地四周，最高點位于場地中心區域，此種布置形式排水線路短，場地排水較快，產生的土石方量相對較小。

階梯式：階梯式布置的場地各整平面之間通常有明顯的高差，因此，把場地設計成若干個臺階布置的形式，以陡坡或擋土墻連接起來。此種布置形式一般適用于地形坡度較大的地段，多用于山區或者丘陵地區的工業企業場地，可以避免場地大填大挖，減少土石方量。

混合式：混合式布置是指場地設計地面由若干個平坡或臺階混合組成。場地設計有時需要根據地形地質的變化情況及生產運輸條件的要求，采用平坡式與階梯式結合的形式，以充分利用自然地形，并節約土方工程量[9]。

3 母杜柴登礦井及選煤廠工業場地豎向設計優化

3.1 工程概況

母杜柴登井田位于內蒙古自治區鄂爾多斯市東勝煤田國家規劃區的西南部以外，呼吉爾特礦區東南部，烏審旗圖克鎮東南，與東勝煤田毗鄰。行政區劃屬烏審旗圖克鎮。井田距達布察克鎮約12 km，距東勝約130 km，東距陜西省榆林市約60 km。210國道從井田東部南北方向通過，距本井田約13 km，213、215、313等多條省道在礦區北部和西部通過，井田內有土路相通。

該礦位于毛烏素沙漠腹地，地形開闊，呈緩波狀起伏，相對高差較小，空曠平整無明顯山嶺溝槽。本井田地形總體為北高南低，西高東低，坡向東南方向的紅堿淖。井田內海拔高度1 279～1 305 m，相對高差25 m。

區內氣候特征屬于半干旱、沙漠大陸性氣候，四季分明，降水稀少，蒸發量大，晝夜溫差大。區內最高氣溫36.6 ℃，最低-30.1 ℃，年平均8.7 ℃。年降水量最大為531.6 mm，多年平均為396.0 mm，降水集中在每年7、8、9這3個月份，占全年降水量的90%以上。平均蒸發量為2 534.2 mm。春、秋兩季多北風及西北風，最大風速達28.7 m/s，春季沙塵暴天氣出現頻繁，尤以3～5月為甚。

本區屬內陸湖泊紅堿淖水系，礦區內地表逕流不發育，無常年河流及溪溝，礦井工業場地及井口不存在地面洪水威脅。但本區地下水位較高，沙漠地面雨水下滲速度快，凍結深度大，凍脹現象嚴重，這些是影響工業場地平場標高確定的主要因素。

3.2 豎向優化思路

在該項目工業場地的設計過程中，由于場地排水方向不是非常明確，平場方向就難以確定；其次，場地平場標高的確定也有一定的難度，若場地設計標高確定過高，會導致場地平場費用過大；若場地設計標高太低，又會導致場地排水不利，甚至影響到整個礦井及選煤廠的正常生產。因此，確定合適的豎向布置形式尤為重要，在項目實際進行中，首先要確定場地排水的總方向，然后結合場地防洪排澇的需求，確定場地最高點的控制標高，最后通過調整適宜的場地平場坡度，以達到優化土石方量的目的。

3.2.1 優化排雨水設計

場地的排雨水設計是豎向設計的一個主要內容，具體優化內容有對排水坡向的方向、平場坡度、排水方式選擇等[10]。該項目所在場地地表多系風成壟狀及新月形流動沙丘，其間有被植被固定、半固定沙丘，地形低緩平坦，地面起伏不大。因此，通過軟件生成場地自然地表模型，得出場地自然坡度的直觀走向，在此基礎上來確定場地的排水方向。

通過地表模型分析后確定的排水坡向有3個，分別是向東、向西、向南。在工業場地中部設計較高點1 290.70 m，除已施工的建(構)筑外，按大于3‰的平場坡度向四周平整。該煤礦為大型礦井，其防洪標準應根據《煤炭工業礦井設計規范》10.2.1條的規定設計，即井口的防洪設計標準按：主立井、副立井、回風立井井口防洪設計標準為100年(重現期)，校核標準為按300年(重現期)。工業場地防洪設計標準為100年(重現期)。但井田及場地范圍內無明顯水系溝渠，且年降雨量較小，故本礦井井口不受河流洪水威脅，只需考慮場區小范圍積水內澇的問題。本次平場設計根據自然地形，考慮土方平衡等問題后取較高值，主、副井井口的平場標高設計為1 290.50 m，風井井口的平場標高為1 291 m。場內建、構筑物按其所在位置的設計平場坡度和工藝需要，確定設計室外平場標高。辦公樓設計平場標高為1 290.30 m，主廠房設計的平場標高為1 290 m，鍋爐房設計的室外平場標高為1 289.6 m，綜采設備庫的設計平場標高為1 289.90 m。

場地的排水方式包括明溝排水和暗管排水，場地豎向設計應與場地的排水方式相結合進行優化[11]。為解決工業場地內排雨水問題，該項目經過方案比較、優化之后，選擇自然散流和排水溝相結合的排水方式，場地局部適當填方，在場內道路合適位置設置蓋板排水溝，將場地雨水匯集、集中排放到場地外低洼地帶，以確保礦井井口、工業場地安全，必要時在遠離場地處人工開挖積水坑、蒸發池等，確保場地不受內澇水及外部雨水的威脅。

3.2.2 土方工程優化

一般情況下，場地平場標高的確定應盡量考慮場地土方的填挖平衡，減少場外取土和棄土量，以降低工程成本[12]。由于建設場地地形呈緩波狀起伏，相對高差較小，因此豎向布置采用連續式整平、平坡式的布置方式。經初步計算，該項目土石方工程量總計9 797.20 m3，其中，挖土方工程量146 185.6 m3，填土方工程量為155 982.8 m3，考慮到建(構)筑物基槽余土及場地內道路路槽余土，填方挖方土方量基本平衡。

4 結語

豎向設計是一項專業性、綜合性很強的設計工作，合理確定場地平場標高，盡量實現土石方量平衡；選擇合理的排水措施和排水方式，有利于企業生產、方便企業員工生活。文中結合母杜柴登礦井及選煤廠工業場地的豎向設計優化過程，對場地排雨水設計、土方工程等方面的優化工作進行了簡要闡述，希望能起到拋磚引玉的作用，對工業場地豎向設計工作提供參考與借鑒。