矿山土建设计浅谈

矿山土建设计浅谈

1、概述

矿山建设包含采矿和选矿，采矿是将地下蕴藏的矿石运用采矿机械和人力资源以及科学管理等手段挖掘出来并运输到地面上。选矿则是将采矿场提供的矿石中的有用物质经选厂加工变成商品提供相关的工厂（如：冶炼、化工等）加工成有利于社会、国家的产品。

矿山建设的形成首先是通过地质工作者辛勤的劳动，他们在崇山峻岭中反复查找探明地下矿藏的贮量并绘制矿产贮量分布图，而矿产贮量分布状况的确定要由国家主管部门组织地质专家审查通过后才能成立。探矿的过程是十分艰辛的，一个大型矿山的发掘往往要经过十几年甚至二十年反复查证、勘探、试验才能确定。探矿工作有点近似玄学，行家到了矿山会感到满山的矿石在向你招手，外行经过时却会毫无感觉，因为地下矿藏肉眼是看不见摸不到的，而探矿地质人员水平不一，体会不同，技术观点就不能做到一致。

采矿有两种方式，一为露天开采，一为地下开采，这是根据矿产分布状况决定的。露天开采技术比较简单，投资少，地下开采技术比较复杂，投资大。个中道理不难理解。

开采出来的原矿石须进行选矿工艺处理，才可成为商品，根据原矿石粒度大小，确定选矿工艺的设计方案，通常采用三段一闭路，两段一闭路等两个方案。所谓三段是指开采的原矿石要经过粗碎、中碎、细碎等工序进行破碎。两段是指开采的原矿石破碎减少了一个破碎工序（中碎）。闭路是破碎后的矿石经过筛分之后的筛上物（不合格粒度）通过皮带运输返回到细碎车间进行破碎，直至合格粒度再输入粉矿仓以备磨矿，一般的说磨矿有球磨、棒磨、自磨、半自磨等四种方式。磨矿工序完成之后，根据矿的成份分别采用浮选、磁选、重选、电选等方式进行选矿，选出的精矿要经过脱水过滤处理，之后贮存到精矿仓

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变成产品而后出售。

选矿工艺中破碎、筛分、磨矿、选矿、过滤脱水等工序中厂房的机械设备基础、矿仓以及其它特殊结构名目繁多，它们均需土建设计人员配合工艺精心设计完成，工作是格外艰辛，十分繁重，可以说很多项目的设计在学校学习时从未接触和见过的。由于矿山建设十分重要，土建设计人员必须做好矿山土建设计，为此我们土建人除了加强“三基”（基本理论、基本计算、基本技能）训练之外，还要了解熟悉工艺的生产流程，接受新知识新技术的再教育，还要积累学习前人先进的设计经验、技术，不断创新，不断提高设计水平，这就要求土建设计人员具有“莫道雄关真如铁，而今迈步从头越”的拼搏精神。

2、设计工作在国民经济建设中的地位

设计工作是基本建设的重要组成部分，可以说是基本战线中的“先行官”，因为它是科技转换为生产力的枢纽，是实现国民经济建设计划的桥梁，生产中的先进经验、科研成果在工业生产中得到应用与推广都需通过设计才能实现，所以设计工作的好坏在基本建设中节约投资和建成投资取得经济效益起着决定性的作用。

3、矿山建设的重要性

我们的先人和有识之士为振兴中华在晚清时期曾提出“矿业救国”的口号，意思是说将地下的矿藏开采出来通过物理化学手段生产出服务于国计民生的产品，改变国家贫穷落后的面貌，使之与时俱进，赶上世界潮流。在二十一世纪的今天，矿山建设在国民经济建设中的地位更是非常重要，矿山生产的精矿品类繁多，有硫、铜、铁、铅、锌、锡、铝等品牌，这些精矿由需要的厂家经过加工或冶炼提炼成硫酸、铜、钢、铅、锌、锡、钨、铝或其它产品，显然这些产品的质量和数量与我们国家的现代化建设和国防国力的增强是密

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切相关的。

4、采矿厂主要建构筑物

1) 地上井塔井架；

2) 捲扬机房；

3) 机修车间；

4) 空压机房；

5) 锻钎机房；

6) 生活用房（含：办公、派班房、食堂、浴室、宿舍、锅炉房）

7) 水池；

8) 污水处理站；

9) 变电站（所）

5、选矿厂主要建构筑物

1) 粗矿仓；

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2) 粗碎车间；

3) 洗矿车间；

4) 中细碎车间；

5) 筛分车间；

6) 粉矿仓；

7) 磨选车间（含磨矿、选矿）

8) 浓缩池；

9) 脱水过滤车间；

10) 精矿仓；

11) 附属建筑物：机修车间、仓库、变电站（所）

12) 民用建筑物（含办公、学校、医院、食堂、浴室等）

13) 特殊构筑物：水塔、水池、管桥、尾矿场以及桥梁（含栈桥）

14) 污水处理站；

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6、如何做好矿山的建筑结构设计

矿山设计中采矿、选矿专业是工艺专业，建筑结构专业是附属专业，土建部分的投资虽比工艺部分少，但设计质量的好坏却直接影响工艺的使用和投产，因而也是举足轻重的。在矿山建设的工程设计中，选矿厂的建筑结构设计难度大，图纸多，设计周期长。从设计→施工服务→竣工投产→后期技术改造的过程中看，施工现场服务的工作十分繁重，耗费的精力也最多。显然，选矿厂设计是建筑结构专业在矿山建设中的设计重点，一般说做好矿山土建设计应从下列方面入手：

1) 熟悉了解工艺流程和生产方面的知识，到生产现场参观、考查、学习、收集设计方面的资料。

2) 按工艺提供的设计条件实施建筑结构设计并做到合理、经济。

3) 设计过程中严格遵守国家现行规程规范，设计深度要满足建设部省建设厅规定的要求。

4) 查阅已往类似的设计资料图，吸收前人的设计经验，取其优点减少弯路，以提高工作效率和设计质量。对聪明的设计人员来说这是必须做到的。

5) 自身的修为方面要加强三基的训练。

6) 要勇于设计创新、技术革命走前人未走的路，做出符合国情和世界潮流的高水平的优秀设计。

为此，我们要胆大心细、多看、多思、多想，掌握国内新技术、新材料、新理论、新

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计算的动向，并在工作中积累设计经验充实自我完善自我。

7、工艺专业提供土建设计的条件和资料内容

工艺专业提供土建设计的条件和资料内容是土建设计的重要依据，在实施土建设计前必须进行消化理解，此后围绕它开展设计工作。由于其它的原因，提供的条件资料可能不全或漏提，这样做出的土建设计图可能会造成返工、修改，引起不必要的麻烦，同时，返工修改工作是一个细心的系统工作，容易顾此失彼，少有不慎就会产生错误，为减少差错我们对工艺条件要有一定的了解，工艺应向土建专业提供的条件和资料内容如下：

1) 工艺建（构）筑物系统图，包含厂房、通廊、栈桥位置、面积大小、标高、之间联系、分期建设预留场地。

2) 主要厂房设备配置图，包含设备相互关系、定位尺寸、设备重量和相关的参数如振动、频率、扰力、几何图形、厂房平面、高度尺寸、柱网、各层平台标高、面积、起重机型号、吨位、跨度、轨顶标高。

3) 对厂房的采光、采暖、保温、防水等要求。

4) 矿仓贮存物料的特点与要求。（含体积、平面）

8、选矿厂各工序的结构设计概况

以铜矿为例，按工序的先后分述如下：

1) 粗矿仓；

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粗矿仓多为钢筋混凝土结构，平面图形为矩形，它的功能是贮存采矿场运来的矿石，供粗碎车间破碎用，仓的顶部设置钢搁栅控制入仓矿石粒度，避免大粒径原矿进入仓内造成出矿口堵塞，影响生产进行。入仓矿石受重力作用对矿仓产生较大的冲击力，容易造成矿仓磨损，设计时常采用锰钢或旧钢轨以及高分子塑料板护壁用以抵抗冲击和避免仓壁磨损，从而保证矿仓的安全使用。为防雨水流入矿仓，矿仓上面设有敞开式建筑物，对于支撑屋盖的承重柱要防止运矿石的车辆碰撞导致建筑物的倒坍，故应采取保护措施。例如设挡墩、加钢套等。

2) 粗碎车间；

粗碎车间的结构形式一般采用钢筋混凝土排架，地上一层、地下一层，平面图形为长方形。车间的主要设备有检修吊车、颚式或旋回破碎机、铁板给矿机、皮带运输机等。车间的主要功能是对粗矿仓提供的矿石进行第一段破碎，而后运入中细碎车间对矿石进行第二段、第三段破碎。其运作过程是粗矿仓的矿石由出矿口进入粗矿堆场或铁板给矿机→破碎机破碎→皮带运输机将破碎后的矿石提供中细碎车间破碎。

破碎机为动力设备，其基础应按《动力设备基础规范》GB50040-96设计。破碎机生产厂家应向设计单位提供下述设计资料进行动力计算：

a) 破碎机、电机的相互位置及传动方式；

b) 破碎机扰力作用位置；

破碎机基础宜采用钢筋混凝土结构，其形式有大块式、墙式、框架式三种。墙式基础顶板厚度不宜小于600mm，且不小于L/6（L为顶板跨度），顶板悬臂不大于1500 mm，纵

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墙厚度不小于400 mm高厚比不大于6。横墙厚度不小于500 mm高厚比不大于4。基础底板厚度不小于600 mm且不宜小于墙厚，基础底板悬臂长度不大于2.5倍底板的厚度。框架式基础的底板宜采用平板，其厚度不小于600 mm。两台以上破碎机的联合基础底板厚度不小于800 mm。当基础建造在岩石地基上时，并满足下列条件：

岩石节理裂隙不发育无粘土夹层整体性好；岩石饱和单轴极限抗压强度大于3*104KPa;岩石的节理裂隙虽发育，但无溶洞裂隙水，在采用注浆后尚能构成基本完整状态。此时破碎机基础可采用锚桩（杆）基础。锚桩（杆）中心距≥5d（桩、杆）且控制在400 mm ~1200

mm之间，距基础边缘的净距≥150。锚入岩层的深度不小于

20 d（锚杆）与15 d（锚桩），

锚入基础的深度不小于钢筋直径的25倍，大块式基础的锚桩（杆）主筋总面积按基础底板面积的0.05%计算。

中小型颚式破碎机基础通常采用钢筋混凝土墙式基础，墙式基础沿墙面应配置钢筋网：竖向为12~16@200~300，水平向为14~16@200~300。上部梁板配筋按计算确定，墙与底板、上部梁板连接处应适当增设构造筋。地下室的侧墙壁、底板多为钢筋混凝土结构，结构本身应具有抗渗漏能力，混凝土的抗渗等级应不小于S6，地下室地面应避免积水并及时排出，防止积水与矿石中的硫元素通过化学反应产生酸性界质对结构产生腐蚀作用。地面排水坡度宜为2%并配置集水井，集水井的水由工艺配备的水泵定时外排。建在地下室的破碎机基础、皮带机基础以及结构本身应根据矿石成份的实际情况确定防腐蚀的设计对策。为避免设备振动产生不良作用，破碎机基础应与厂房柱基和底层楼板隔开。

3) 中细碎车间

中细碎车间为单层工业厂房，结构形式多为钢筋混凝土排架，平面图形为长方形。车间的主要设备有检修吊车、电葫卢、圆锥破碎机（标准、短头）前者为中碎后者为细碎用，

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以及中型圆锥破碎机（中细碎合用）、皮带运输机等。车间的主要功能是对粗碎车间提供的矿石进行第二段、第三段破碎，破碎的矿石提供筛分车间进行筛分。圆锥破碎机为动力设备，其基础应按《动力机器基础设计规范》GB50040-96设计。圆锥破碎机基础通常采用大块式钢筋混凝土结构，基础的配筋按规范第4.2.2条采用：

a) 当体积为20~40m3时，基础顶面配置10@200钢筋网；

b) 当体积大于40 m3时，沿四周和顶、底配置10~14钢筋网；

当基础建造在岩石地基上时岩石性能又能满足规定的条件，可以采用锚杆、锚桩基础。

车间内设有操作平台和高架式分配料仓，均采用钢筋混凝土结构，分配料仓为筛分车间的筛上物返回到车间供短头型圆锥破碎机再次细碎。

设计厂房柱基和操作平台时应与破碎机基础隔开，避免圆锥破碎机振动产生的不良影响。

4) 筛分车间；

中型以上矿山的筛分车间为单层工业厂房，结构型式通常为钢筋混凝土排架，平面图形为长方形，车间的主要设备有检修吊车、振动筛、皮带运输机等。车间的主要功能是将中细碎车间提供的矿石进行筛分，合格物（筛下的矿石）送入粉矿仓贮存，以备磨矿车间磨矿用。不合格物（筛上的矿石）通过皮带运输返回到中细碎车间的分配料仓，然后由短头型圆锥破碎机再次细碎，细碎之后再输入筛分车间筛分，周而复始就形成了工艺上的所谓“闭路”。

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车间内设有振动筛的操作平台，通常采用钢筋混凝土结构，振动筛安装在平台的梁上，梁上预留螺栓与振动筛架连接固定，螺栓直径的大小由计算确定。振动筛的振动很大，设计时应对振动筛的频率，支承振动筛的结构频率进行计算，二者之间的比值要求在规定允许值的范围内，防止发生共振现象。为避免或减少振动对支承结构带来的不利影响，在振动筛与支承结构接触处设计时可采用隔振措施，上世纪八十年代初期在永平铜矿一台大型振动筛的支承结构的梁上加设了特制的橡皮垫，经试验证明，减少了振动，取得了较理想的减振效果。随后这一措施在设计上得到广泛的应用。

为避免振动筛工作时因振动对车间厂房结构带来的不良影响，振动筛平台及其柱基必须与厂房及其柱基隔断处理。

5) 粉矿仓

小型矿山的粉矿仓常采用圆形砖矿仓，中大型矿山的粉矿仓多为钢筋混凝土槽仓、圆仓。它的功能是贮存筛分车间的合格粒度的矿石（筛下物）供磨选车间磨矿用。其运作过程是：筛分车间的合格粒度矿石通过皮带运输机输入粉矿仓顶上的的梭式皮带机或卸矿机上，再由梭式皮带机送入粉矿仓，仓内的矿石由给矿机输入磨机进行细磨直至可以采用化学或物理学的手段选矿的粒度为止。粉矿仓的贮量大小，应根据磨机的生产规模确定，一般粉矿仓的贮量要满足磨机1~1.5日的生产需要。由于矿石的成份不一和粒度不匀，仓内的矿石在出矿口处有时会发生堵矿与排矿不畅的现象，形成的原因有二：一为矿石粘性大；二为矿石出矿口处产生了起拱现象。为保证磨机的正常运转，往往派工人进入仓内采用钢钎捅开堵住的矿石，使之排矿顺畅，然而，这种方法十分危险，稍一不慎就会出现人员被埋事故，这样整个矿山将会笼罩不文明生产的阴影。对正常生产秩序也会带来不良影响，为了杜绝出矿口的堵矿现象，我院在上世纪八十年代末期在永平铜矿工程中采用了“粉粒分流”的改进方案，由工艺、土建两个专业共同在现场完成施工图设计。方案特点是矿粉

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直接进磨机，矿粒进粉矿仓。这个设计实施后，粉矿仓从未发生堵矿现象，杜绝了工人因捅矿而带来的人员伤亡，之后生产秩序正常，生产效率得到提高，改进方案的设计深得矿山好评。

入仓矿石粒度较小，由重力作用产生的冲击力较小，故不需要采用高强度的钢材、高分子塑料板护壁，但必须考虑小粒度矿石的重力作用时的冲击力，为防止矿仓的磨损，通常采用铁屑砂浆抹面约30mm厚，防止粉矿仓壁受损。

6) 磨选车间

磨选车间是由磨矿、选矿两个主要工序组成的生产车间，结构形式为多跨框、排架结构。车间平面由五部分组成，分别是粉矿仓跨、磨矿跨、动力设备跨、选矿跨、给药跨。其中粉矿仓跨、动力设备跨采用框架结构，其余各跨为排架结构。大跨度的屋盖结构通常采用钢屋架，预制钢筋混凝土屋面板，其余承重结构采用钢筋混凝土结构，根据工艺流程要求，上述五部分厂房地面标高不同，之间形成高度差，车间的剖面图呈台阶状，为使各跨之间地面高差得到实施，在车间内部地面标高变化处需设计挡土墙，这点是与其它车间不同之处。

车间的主要设备有检修吊车、磨机、分级机、水力旋流器、选矿机、矿浆分配器、给药设施、动力设备、皮带运输机、卸矿车以及给矿机等。车间的主要功能是对粉矿仓提供的矿石进行细磨和选别，这些成品经过浓缩、脱水、过滤、干燥之后贮入精矿仓变为商品，出售给需要的厂家。

磨机为动力设备，其基础应按《动力设备基础规范》GB50040-96设计，根据磨机生产厂家提供的磨机扰力作用位置以及磨机与电机的相互位置及传动方式进行动力计算。磨

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机基础宜采用钢筋混凝土结构，其形式有大块式、墙式、箱式三种，其中大块式、墙式基础可不进行动力计算。管磨机的磨头和磨尾可分别采用独立基础，当地基承载力的标准值大于250KPa时（土质均匀）球磨机、棒磨机、自磨机的磨头和磨尾亦分别采用独立基础。当基础建造在岩石地基上时岩石又能满足规定的条件时，可以采用锚杆（桩）基础。磨机基础通常采用大块式钢筋混凝土结构，其配筋多为构造配置按规范第4.2.2条规定采用，由于基础体积大混凝土用量多，为降低混凝土施工过程中产生的水化热，在混凝土配合比设计时掺加一些粉煤灰，避免因水化热过大引起混凝土的早期收缩裂缝。

车间内设有操作平台、泵坑、钢球仓、电缆桥架等，除电缆桥架采用悬吊（索）钢结构之外，其余均采用钢筋混凝土结构。

磨选车间的操作平台是现浇的钢筋混凝土结构，模板支撑工作量大，既耗工时又耗木材，工程进度缓慢，且不经济。为了节约投资减少三材的消耗以及矿山早日投产，上世纪八十年代初期我院在永平铜矿磨选车间厂房设计中对操作平台采用预制梁现浇板的设计方案，具体作法是：在预制梁上按一定的位置、间距预留圆孔，梁顶面预留出现浇板的厚度以及钢箍、架立筋，梁的两侧安装特制的角钢，通过预留孔采用钢销与梁固定，将定型钢模板支在角钢上，而后绑扎板钢筋浇筑混凝土。方案的特点是利用预制梁作现浇楼板的支承，省去了笓笆撑的制作和安装，同时采用定型钢模板，拆装方便，节约了大量木材，加快了施工速度，这个设计方案实施之后，对选矿厂的及时试车、投产为工艺争取了充足的调试时间，从这里可以看出矿山建设是一个广阔的天地，那里有很多结构设计需要土建人去研究和创新。

磨选车间的台阶状地面的形成要由挡土墙设计才能实施，挡土墙的施工，怎么安排呢？是先平整场地还是先作挡土墙呢？这是一个工作顺序问题，然而学问很大，稍有闪失，将会对工程建设带来极大的损失，例如：福建行洛坑磨选车间施工时先平整场地，且土方又

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超挖，地面虽形成台阶状，但因为下雨，土体滑移，造成大面积滑坡，结果花了数百万元处理边坡失稳，这一沉重的教训，给了我们一个启迪，若是调整一下施工顺序，即平整场地前放线定位，在台阶地面处先做好挡土墙，再来平整场地，这样遇上下大雨也不会造成土体滑坡，更不需要花巨资处理边坡失稳了，显然，这巨大的浪费完全是一念之间造成的。

磨选车间给药跨存有化学药品，在使用过程中对结构可能产生不良影响，故应根据工艺提供的条件确定结构的防腐对策。为避免磨机生产时因振动对车间厂房结构和操作平台带来的不良作用，磨机基础应与厂房柱基和操作平台板隔开。

7) 洗矿车间（略）

8) 浓缩池

浓缩池属特种结构，通常采用钢筋混凝土结构，平面图形为圆形。根据工艺出料位置的要求，浓缩池可分为高架式和落地式、半落地式三种，从节省投资的角度出发，一般采用落地式浓缩池的设计方案，仅在工艺流程上采用底部出料有困难时或地形地质条件不适合时，方采用高架式或半落地式浓缩池，浓缩池的主要设备有中心传动式和周边传动式浓密机，前者适于小直径（6-18M）浓缩池，后者适于大直径（24M以上）浓缩池，它的功能是将磨选车间提供的液状精矿在池内浓缩，使其含水率降至35%左右，然后通过池底的管道或皮带输送到脱水过滤车间进一步过滤脱水，使其含水率降低到12%，成为选矿厂合格的精矿产品，或直接运入精矿仓或干燥处理后进入精矿仓贮存。

根据工艺要求浓缩池底板呈圆锥形，大直径浓缩池中央设置中心圆柱支承周边传动式浓缩机基座，池壁顶部设有预埋铁件，用以固定钢轨，周边传动式浓缩机沿着轨道进行圆周运动，使池内的液状精矿达到浓缩的效果。小直径浓缩池的直径两端设置支墩，支墩顶

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面设置预埋铁件固定中心传动式浓缩机的钢架或钢桁架，中心传动式浓密机在钢梁（架）中心转动带动浓密机的刮板进行圆周运动，使池内的液状精矿实施浓缩。

浓缩池为露天钢筋混凝土结构，由于日晒夜露温差变化作用，通常应按规范规定设置温度伸缩缝，当工艺不希望做伸缩缝时，结构设计应采用扩大伸缩缝间距相关的技术措施，例如：设后浇带、混凝土配合比中按试验数据掺加适量的UEA、HEA等类型的抗裂剂，减小混凝土的温度裂缝。浓缩池混凝土要求抗渗，其抗渗等级采用S6。

9) 脱水过滤车间

脱水过滤车间为双层工业厂房，结构形式多为钢筋混凝土排架，平面图形为长方形。车间的主要设备有检修吊车、真空泵压缩机、过滤机、矿浆分配器以及皮带运输机等。车间的主要功能是将浓缩池提供的液态精矿（含水率35%）进行脱水过滤，使其含水率降到12%，然后输入精矿仓贮存。

车间内设有过滤机操作平台和矿浆分配器平台，均采用钢筋混凝土结构，它们的操作荷载均为2KN/M2，检修荷载分别为3 KN/M2、2.5 KN/M2。

10) 精矿库（或称精矿仓）

精矿仓为单层工业厂房，结构形式通常采用钢筋混凝土排架，平面图形为长方形，库房内配设精矿贮存仓（池），主要设备有抓斗吊车和地磅。精矿库的功能是贮存脱水过滤车间输入的精矿，库房的屋面防水以及围护结构工程质量要求十分严格，防止库房内精矿受到风吹雨淋，带来不必要的损失。库房内设置的精矿贮存仓（池）为半地下式钢筋混凝土结构，贮存仓（池）的大小体积由工艺专业确定。精矿贮存仓（池）的做法有两种，一为

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现浇；一为预制。为加快工期节省模板常采用预制钢筋混凝土结构。具体作法是：底板部分采用现浇钢筋混凝土，底板与竖壁接头处设计成杯形槽。竖壁的厚度由计算确定，一般是上小下大变截面形式，竖壁板采用预制。竖壁板预制宽度1M左右（视现场吊装能力定），竖壁板做成企口板形状，施工时将竖壁板插入底板的杯形槽内，竖壁板之间采用企口接合，就位之后，杯形槽处采用C30细石混凝土（内掺膨胀剂）二次浇灌，竖壁板的企口缝处采用高强度等级的水泥砂浆抹平填实。大型精矿贮存仓（池）堆放量多竖壁较高，底板受力大，故对地基承载能力要求高，一般宜为250KPa，否则，对地基要采取加固措施。

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