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谈钢铁企业场地竖向设计

摘要:竖向设计是钢铁企业建设项目总体规划的重要组成部分,与总平面布置相互影响、相互制约。基于此,论述了场地竖向布置的要求、竖向布置的形式及竖向设计的主要内容,并通过具体工程案例分析,对钢铁企业场地竖向布置提供借鉴和指导。

关键词:钢厂选址;竖向设计;场地平整

一般来说,建设规模较大的钢铁企业建设项目,不可能都建设在地势平坦的区域,项目用地的地形经常会高低起伏。因此,在项目前期,要对场地进行地形分析,充分利用地形高差,因地制宜,对场地根据竖向设计要求进行整平,使改造后的场地满足生产、运输、防洪、排水、管线敷设及土(石)方工程等要求。

一、竖向布置形式

竖向布置形式是指场地主要的设计平面在垂直方向上的连接方式。竖向布置形式主要取决于场地面积大小、自然地形坡度、建构筑物基础埋设深度、运输线路、土石方工程量等因素。竖向布置形式通常分为平坡式、阶梯式和混合式3种。平坡式,场地整平面无坡度或高差小于1.0m的平缓坡度;阶梯式,设计场地由若干个台阶相连接组成,相邻台阶间高差不小于1.0m;混合布置形式,设计场地由若干个平坡和台阶混合组成。

二、竖向布置的原则和要求

1.满足生产工艺流程结合钢铁企业工厂规模、车间性质和工艺特征等要求,往往能够确定场地大小、总平面布置特点。在一般情况下,在符合工艺要求的条件下,自然地形坡度大的场地,建构筑物长轴应平行等高线布置,且垂直于等高线布置的建构筑物宽度宜窄些。如大型钢铁厂的炼钢车间、轧钢车间长度较长,这就要求场地坡度小、平坦,高差也不宜过大。如果采用阶梯式布置,其主台阶在长宽设计上尽可能大一些。如果将生产工艺联系紧密的车间布置在不同台阶上,或一个车间不同跨的标高不在同一平面上,会给生产和运输带来困难,甚至影响生产。

2.满足物流运输要求钢铁企业物流主要包括厂外物流和厂内物流[1]。在竖向设计前,应根据总平面布置确定全厂物流方案,分析厂区主要物料类别、物流运输量及运输方式、物流运输方向等特点。充分利用地形标高,选择最优的运输路径,使物流流向沿工艺流程自高向低进行。合理的场地标高能够降低物料在各生产单元流动过程中的能耗,缩短物流运输距离,减少后期运营成本,达到节能的目的。对运输量大、车次频率高的道路运输,应充分利用地形,尽可能设计环形道路。如果场地采用阶梯式布置,连接相邻台阶之间的道路应满足道路纵坡要求,运输原料及成品的道路坡度不宜超过6%,因此相邻台阶的平土标高高差不宜过大。钢铁厂铁水及成品一般采用铁路运输,铁路坡度一般不超过15‰,有铁路连接的各台阶高差也应满足铁路坡度要求。

3.保证排水畅通竖向设计应保证厂区不受洪水、潮水及内涝水的威胁。在山区场地建厂时,宜在厂区上方设置截水沟,且在坡脚设置排水沟,以防止山坡雨水流入场地内。截水沟不宜穿过厂区,当场地受限,必须穿过时,应从建筑密度较小的地段穿过。根据厂区外排水接点的位置,确定合理的汇水区域及排水方向,使厂区雨水以最短路径排至厂外。场地排雨水主要有自然排水、明沟排水和暗管排水3种方式。自然排水不需要任何排水设施,利用场地地形坡度和地质特点排水,对于降雨量小的地区,且场地面积较小的区域,可采用这种排水方式;明沟排水经常用于建构筑物比较分散的场地,且建构筑物标高变化多的区域;暗管排水经常用于场地面积较大、地势平坦、建构筑物集中的场地。

4.充分利用自然地形,节约土石方量竖向设计应合理利用自然地形,尽量减少土石方工程量,使土石方场内填挖平衡,避免土石方二次倒运,重复填挖。力求土石方运距最短和运程合理,且尽量避免和减少土石方开挖工程。同时,应避免贴山过近,以减少削坡土方、边坡和挡土墙工程。有地下室的建筑物和地下管线密集的区域,可利用洼地布置,减小挖方工程量。地下水位较高的场地宜设计成填方,必要时可提高设计标高。

5.特殊地区竖向布置的要求(1)湿陷性黄土地区所谓湿陷性黄土就是在一定压力下受水浸湿,土结构迅速破坏,并产生显著附加下沉的黄土[2]。湿陷性黄土地基在天然状态下的密度低,单位体积内粘土颗粒含量少,孔隙率较大。湿陷性黄土地基的湿陷特性会给建构筑物带来不同程度的危害,使其产生大幅度的沉降、开裂和倾斜,严重影响建筑物的安全和正常使用。因此,在进行竖向设计前,需要对湿陷性黄土地基进行处理,确定合理的场地标高。地基处理的方法主要有灰土或素土垫层法、重锤夯实法、强夯法、灰土挤密桩法等。(2)膨胀土地区膨胀土是一种高塑性黏土,具有吸水膨胀、失水收缩、反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性,性质极不稳定。在膨胀土地区进行竖向布置,应尽量保持地形现状,避免大填大挖工程,主要建构筑物不宜布置在回填土区域。对变形有严格要求的建筑物,应布置在胀缩等级较低、膨胀土埋藏较深或地形较平坦的地段。在斜坡地区布置建构筑物,当采用台阶布置时,应分段设置挡土墙,其高度不宜大于3m;当台阶之间采用边坡连接时,填方边坡不应陡于挖方边坡;挖方后对边坡应立即进行护砌。

三、竖向设计的内容

1.场地平土方式场地平土有连续式平土和重点式平土2种方式。场地平土方式应根据总平面布置要求、建设场地地形、地质条件、物流方向等因素确定。在地形平坦的场地常选用连续式平土,对场地连续平土不保留原地形;钢厂主工艺车间、厂前区、铁路、道路集中的区域,多采用此平土方式。对于自然地形坡度变化较大的山区,宜采用重点式平土方式,只对与建构筑物相关的区域进行平土,而场地其他区域保持原地形。

2.确定场地平土标高确定场地平土标高,主要需考虑以下影响因素:一是场地平土标高应满足防洪水、防潮水和排除内涝水的要求。厂区应该有安全可靠的排水方向,使厂区内的雨水能够快速排至场外,保证企业的生产安全。二是尽可能减少土石方工程量,使得填挖土方量基本平衡。土方计算时应考虑地下室、建筑物基础、管线管沟等基槽余土量,避免出现弃土的情况;利用天然土开挖回填的区域还应根据土质条件,考虑土壤松散系数对工程量的影响。三是平土标高应高于地下水位。在地下水位高的区域不宜挖方,必要时可局部填方,填方区域应尽量降低建构筑物的基础埋深,以免地下水高于基础标高,使基础长时间浸泡在水中。四是平土标高应保证厂内与厂外的铁路、道路衔接顺畅。平土标高需满足厂区内外铁路接轨点的标高,铁路标高受铁路最大纵坡、最小坡长、最小曲线半径等设计要素制约。厂外道路标高在厂区的出入口周围,与场地设计标高有着直接的关系[3],厂区出入口标高宜高于厂外道路标高,以利于厂区内外的运输及厂区排水。

3.满足总图布置的要求钢铁企业竖向设计的基本原则是满足工艺生产的要求。厂区竖向布置采用阶梯式布置时应考虑以下因素:一是主台阶上应布置对全厂生产、运输有重大影响的生产车间,以保证工艺流程、物料流程顺畅。如果钢铁厂铁水、钢水采用铁路运输,连铸坯采用辊道运输至轧钢车间,则炼铁、炼钢和轧钢车间应尽量布置在一个台阶上。二是相对独立的氧气站、储气柜、仓库可布置在不同台阶上,水处理系统、动力系统、电力系统等公辅设施可与负荷中心就近布置在相邻台阶上。三是对于可以采用胶带运输原料的烧结车间、球团车间和石灰窑车间等,可布置在不同的台阶上,并利用地形高差减少胶带输送长度。四是当厂区大宗原料由铁路进厂时,原料场在满足铁路接轨点标高的前提下,应靠近厂外工厂编组站,减少物料折返、倒运。

4.边坡的防护处理场地如果采用阶梯式布置,厂内外及相邻台阶的连接可采用自然放坡,也可采用边坡防护加固措施,当用地受限时可采用挡土墙。不同的方式会产生不同的土方工程量,且投资也不相同,需根据场地条件及工艺布置要求选择合理的边坡形式,如植草灌防护、骨架、窗孔式护面墙、加筋土、挡土墙。当边坡高度H≤3m,填方边坡坡率为1∶1.5或挖方边坡坡率不陡于1∶1时,边坡坡面采用植草灌防护。当填土高度3m≤H<8m,边坡坡率为1∶1~1∶1.75时,坡面可以采用骨架防护。窗孔式护面墙适用于边坡坡率为1∶0.75稳定的挖方路段。边坡高度3<H≤15m的填方段落,且通过适当放陡边坡可以满足要求的段落,可采用加筋土路堤防护,可以根据用地范围及土质情况合理选择加筋土边坡坡率,其边坡坡率一般控制在1∶0.5~1∶1.25。当用地严重受限,边坡坡脚超出用地范围较多时,采用挡土墙进行支挡收缩坡脚。无论何种边坡形式,都要保证边坡或挡墙的坡顶、坡脚与建构筑物的安全距离,台阶的坡脚与建构筑物的距离也要满足采光、通风、排水的要求。

四、某钢铁项目场地竖向设计应用

该项目建设规模为钢水200万吨、钢材192万吨的短流程钢铁项目,占地面积约150公顷。新建厂区自然标高由西南向东北降低,地形标高为310~350m。且厂外道路与厂外道路衔接点标高为310~330m,根据工艺及物流运输要求,结合场地条件及总图布置,设计场地标高按台阶确定。由于厂区内有大面积湿陷性黄土,需对松土或湿陷性黄土采用振动碾压(需处理土<3m)或强夯(需处理土≥3m)的方式,将松土、湿陷性黄土夯(压)实,消除湿陷性黄土的湿陷性。碾压或强夯后场地标高降低0.6~1.2m,然后根据地基处理后的场地标高重新确定平土标高。主要台阶布置及设计标高见表1。本方案总土方量约为621.97万立方米,其中挖方量约为312.97万立方米,填方量约为309.00万立方米。竖向设计实现了填挖方工程量最少,厂内道路实现了与外部道路衔接,厂内运输顺畅,厂内道路坡度为0~6.5%,满足道路设计规范要求。

五、结束语

钢铁企业场地竖向设计直接影响钢铁企业建设用地、工艺流程、投资费用和物流运输,是钢铁企业总体布局的重要部分。因此,做好钢铁企业场地的竖向布置,不仅能够满足总平面设计的要求,也能为钢铁企业的良好发展提供支持。

参考文献:

[1]王懿.钢铁企业厂内运输物流智能管理系统[J].计算技术与自动化,2016(6).

[2]刘志坚.湿陷性黄土的强夯处理[J].科技视界,2014(8).

[3]董杰林.工业建设场地设计标高的确定探讨[J].科技传播,2014(10).

作者: 张妍 单位:中冶京诚工程技术有限公司

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