浅谈工业场地竖向设计

邓 媛

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

0 引言

场地竖向设计，是指对建设场地高程的设计。由于自然地形通常起伏不平、带一定的自然坡度，不能满足工业企业总平面设计中对场地生产及排水的高程要求。因此，需要对原始地形进行改造、利用，合理确定建设场地的室外平场标高，即开展工业场地竖向设计工作。

1 竖向设计与总平面设计的关系

竖向设计与总平面设计密不可分，是场地设计中一个重要的有机组成部分[1-2]。竖向设计的内容包括竖向布置原则、布置形式、确定室外平场标高、确定场地排水方式、计算场地土石方工程量等。

总平面设计中，工业企业内建构筑物的平面位置已经确定；而它们的立面位置，即“标高”，则需要在竖向设计中予以确定。所以在考虑充分利用场地地形的基础上，必须同时考虑“平面”和“竖向”在布置上的要求，统一考虑并协调处理设计过程中的各种矛盾，才能保证企业建设、生产和使用过程中的合理性和经济性[3]。因此，竖向设计与总平面设计相互影响，相互制约，不可分割。

一方面，总平面设计虽然优先进行，但合理的总平面设计与竖向设计的关系极大，所以要同时考虑总平面设计和竖向布置形式。另一方面，在进行竖向设计时，如果发现竖向设计和总平面设计不能很好地结合起来，在考虑调整竖向设计方案的同时，可能还要对总平面布置做出相应的调整。

竖向设计与总平面设计的关系如图1所示。

图1 竖向设计与总平面设计的关系Fig.1 The relationship between vertical design and general layout design

2 竖向设计的基础理论

2.1 场地竖向设计的内容

目的：竖向设计的主要目的是使场地中的各元素形成一个统一的有机整体，以充分利用自然地形，节约土地，减少浪费[4]。

主要内容：①选择竖向设计的形式和平土方式；②确定场地平场标高，计算土石方工程量，力求场地填挖方平衡；③确定建筑物、构筑物等的室外平场标高，并使之相互协调；④确定合理的场地排水方式和排水措施，使场地内排水顺畅，保证场地不受洪水威胁；⑤合理布置竖向设计必要的工程设施和排水构筑物(如排水沟、雨水井、排洪沟等)并委托有关专业进行设计[5]。竖向设计主要内容的示意图，如图2所示。

1-自然地面；2-设计地面；3-厂房；4-道路中心线；5-填方工程量；6-挖方工程量；7-挡土墙；8-排水沟；9-场地设计坡度；10-道路中心线标高；11-室内地坪标高；12-室外地坪标高图2 竖向设计主要内容剖面示意Fig.2 Vertical design profile

2.2 竖向设计的形式

竖向设计的布置形式是指工业企业场地各主要设计整平面垂直方向上的连续方式[6]。竖向设计形式通常分为平坡式、阶梯式和混合式3种[7]。

平坡式：平坡式布置是将场地处理成接近于自然地形的一个或几个带有缓坡的整平面，连接处设计坡度和设计标高没有明显的高差变化[8]。平坡式布置适合地势较为平坦的场地。平坡式布置可分为单斜面和多斜面的布置形式。①单斜面。即整个场地只有一个坡向，场地排水为一个方向，从最高点排向最低点，此种布置形式排水不利，土石方量也相对较大。②多斜面。一般有多个坡向，最低点位于场地四周，最高点位于场地中心区域，此种布置形式排水线路短，场地排水较快，产生的土石方量相对较小。

阶梯式：阶梯式布置的场地各整平面之间通常有明显的高差，因此，把场地设计成若干个台阶布置的形式，以陡坡或挡土墙连接起来。此种布置形式一般适用于地形坡度较大的地段，多用于山区或者丘陵地区的工业企业场地，可以避免场地大填大挖，减少土石方量。

混合式：混合式布置是指场地设计地面由若干个平坡或台阶混合组成。场地设计有时需要根据地形地质的变化情况及生产运输条件的要求，采用平坡式与阶梯式结合的形式，以充分利用自然地形，并节约土方工程量[9]。

3 母杜柴登矿井及选煤厂工业场地竖向设计优化

3.1 工程概况

母杜柴登井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜煤田国家规划区的西南部以外，呼吉尔特矿区东南部，乌审旗图克镇东南，与东胜煤田毗邻。行政区划属乌审旗图克镇。井田距达布察克镇约12 km，距东胜约130 km，东距陕西省榆林市约60 km。210国道从井田东部南北方向通过，距本井田约13 km，213、215、313等多条省道在矿区北部和西部通过，井田内有土路相通。

该矿位于毛乌素沙漠腹地，地形开阔，呈缓波状起伏，相对高差较小，空旷平整无明显山岭沟槽。本井田地形总体为北高南低，西高东低，坡向东南方向的红碱淖。井田内海拔高度1 279～1 305 m，相对高差25 m。

区内气候特征属于半干旱、沙漠大陆性气候，四季分明，降水稀少，蒸发量大，昼夜温差大。区内最高气温36.6 ℃，最低-30.1 ℃，年平均8.7 ℃。年降水量最大为531.6 mm，多年平均为396.0 mm，降水集中在每年7、8、9这3个月份，占全年降水量的90%以上。平均蒸发量为2 534.2 mm。春、秋两季多北风及西北风，最大风速达28.7 m/s，春季沙尘暴天气出现频繁，尤以3～5月为甚。

本区属内陆湖泊红碱淖水系，矿区内地表迳流不发育，无常年河流及溪沟，矿井工业场地及井口不存在地面洪水威胁。但本区地下水位较高，沙漠地面雨水下渗速度快，冻结深度大，冻胀现象严重，这些是影响工业场地平场标高确定的主要因素。

3.2 竖向优化思路

在该项目工业场地的设计过程中，由于场地排水方向不是非常明确，平场方向就难以确定；其次，场地平场标高的确定也有一定的难度，若场地设计标高确定过高，会导致场地平场费用过大；若场地设计标高太低，又会导致场地排水不利，甚至影响到整个矿井及选煤厂的正常生产。因此，确定合适的竖向布置形式尤为重要，在项目实际进行中，首先要确定场地排水的总方向，然后结合场地防洪排涝的需求，确定场地最高点的控制标高，最后通过调整适宜的场地平场坡度，以达到优化土石方量的目的。

3.2.1 优化排雨水设计

场地的排雨水设计是竖向设计的一个主要内容，具体优化内容有对排水坡向的方向、平场坡度、排水方式选择等[10]。该项目所在场地地表多系风成垄状及新月形流动沙丘，其间有被植被固定、半固定沙丘，地形低缓平坦，地面起伏不大。因此，通过软件生成场地自然地表模型，得出场地自然坡度的直观走向，在此基础上来确定场地的排水方向。

通过地表模型分析后确定的排水坡向有3个，分别是向东、向西、向南。在工业场地中部设计较高点1 290.70 m，除已施工的建(构)筑外，按大于3‰的平场坡度向四周平整。该煤矿为大型矿井，其防洪标准应根据《煤炭工业矿井设计规范》10.2.1条的规定设计，即井口的防洪设计标准按：主立井、副立井、回风立井井口防洪设计标准为100年(重现期)，校核标准为按300年(重现期)。工业场地防洪设计标准为100年(重现期)。但井田及场地范围内无明显水系沟渠，且年降雨量较小，故本矿井井口不受河流洪水威胁，只需考虑场区小范围积水内涝的问题。本次平场设计根据自然地形，考虑土方平衡等问题后取较高值，主、副井井口的平场标高设计为1 290.50 m，风井井口的平场标高为1 291 m。场内建、构筑物按其所在位置的设计平场坡度和工艺需要，确定设计室外平场标高。办公楼设计平场标高为1 290.30 m，主厂房设计的平场标高为1 290 m，锅炉房设计的室外平场标高为1 289.6 m，综采设备库的设计平场标高为1 289.90 m。

场地的排水方式包括明沟排水和暗管排水，场地竖向设计应与场地的排水方式相结合进行优化[11]。为解决工业场地内排雨水问题，该项目经过方案比较、优化之后，选择自然散流和排水沟相结合的排水方式，场地局部适当填方，在场内道路合适位置设置盖板排水沟，将场地雨水汇集、集中排放到场地外低洼地带，以确保矿井井口、工业场地安全，必要时在远离场地处人工开挖积水坑、蒸发池等，确保场地不受内涝水及外部雨水的威胁。

3.2.2 土方工程优化

一般情况下，场地平场标高的确定应尽量考虑场地土方的填挖平衡，减少场外取土和弃土量，以降低工程成本[12]。由于建设场地地形呈缓波状起伏，相对高差较小，因此竖向布置采用连续式整平、平坡式的布置方式。经初步计算，该项目土石方工程量总计9 797.20 m3，其中，挖土方工程量146 185.6 m3，填土方工程量为155 982.8 m3，考虑到建(构)筑物基槽余土及场地内道路路槽余土，填方挖方土方量基本平衡。

4 结语

竖向设计是一项专业性、综合性很强的设计工作，合理确定场地平场标高，尽量实现土石方量平衡；选择合理的排水措施和排水方式，有利于企业生产、方便企业员工生活。文中结合母杜柴登矿井及选煤厂工业场地的竖向设计优化过程，对场地排雨水设计、土方工程等方面的优化工作进行了简要阐述，希望能起到抛砖引玉的作用，对工业场地竖向设计工作提供参考与借鉴。