南水北調(diào)東線一期兩湖段工程棄土區(qū)設(shè)計

姜言亮，張 超，王俊杰

（山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013）

南水北調(diào)東線第一期工程南四湖—東平湖段輸水與航運結(jié)合工程（以下簡稱兩湖段工程）位于山東省的南部，途徑微山縣、魚臺、任城區(qū)等9個縣（市、區(qū)），流域水系屬淮河沂沭泗流域的南四湖水系，輸水線路分為南四湖湖內(nèi)部分、梁濟運河部分和柳長河部分。兩湖段工程的主要工程內(nèi)容包括：梁濟運河輸水航道及交叉建筑物工程、柳長河輸水航道及交叉建筑物工程、南四湖湖內(nèi)疏浚工程、長溝泵站、鄧樓泵站、八里灣泵站及灌區(qū)灌溉影響處理工程等7個單元，其中梁濟運河輸水航道及交叉建筑物工程、柳長河輸水航道及交叉建筑物工程、南四湖湖內(nèi)疏浚工程主要土方工程內(nèi)容為現(xiàn)狀河道擴挖，工程的實施將產(chǎn)生大量棄土，本文主要以該3項工程作為主要的棄土設(shè)計研究對象。

1 工程棄土的產(chǎn)生

1.1 工程棄土產(chǎn)生的原因

土方施工是水利工程施工中最為普遍、最為主要的工作內(nèi)容之一，雖然不同的水利工程，其工程內(nèi)容和施工工藝千差萬別，但工程棄土問題都會或多或少的存在。工程棄土產(chǎn)生的主要因素大致包括以下幾點：

1）經(jīng)土方調(diào)配平衡后產(chǎn)生的棄方。在實際水利工程施工中，土方挖填很難達到完全的互補，經(jīng)過土方平衡后，土方剩余現(xiàn)象是非常正常的。

2）不能作為填方材料利用的挖方。根據(jù)國家的規(guī)范要求，不同的水利工程項目或者同一水利工程項目中的不同工程部位，其填筑土方的要求是不一樣的。

3）水利工程尤其是河道工程大都存在戰(zhàn)線較長、交通環(huán)境差、單位長度上工程土方量小的特點，受地理位置、運距、運費等因素的限制，只能就近處理土方。

1.2 河道工程的棄土

兩湖段工程中河道工程棄土的主要特點是：工程跨越范圍大、棄土方量巨大、棄土區(qū)多樣化、棄土布置影響因素多等。根據(jù)兩湖段河道工程沿線特點和各級部門的意見，其剩余土方基本棄置于工程沿線附近，其中梁濟運河輸水航道工程棄置土方約1 550萬m3，柳長河輸水航道工程棄置土方約593萬m3，南四湖湖內(nèi)疏浚工程棄置土方約327萬m3，總計約2 470萬m3。

2 工程棄土區(qū)的設(shè)計

2.1 棄土區(qū)高度的選定

為滿足復(fù)耕要求，臨時棄土區(qū)的棄土高度不宜過高，一般不超過3 m，如梁濟運河輸水航道工程的棄土區(qū)高度采用2 m，而南四湖湖內(nèi)疏浚工程棄土高度則根據(jù)山東省環(huán)保局的要求，高度按低于正常輸水位0.5 m考慮，因此其棄土高度只能按照現(xiàn)狀湖內(nèi)地形來確定，高低不一。

在柳長河河道工程棄土設(shè)計中，由于受工程位于東平湖滯洪區(qū)內(nèi)的影響，柳長河河道的棄土若采取低高度的臨時棄土，將造成滯洪區(qū)滯洪庫容的降低，根據(jù)黃河水利委員會的意見，只能采取高棄土的方式。在設(shè)計中采取了6 m的設(shè)計高度，一是可以滿足滯洪區(qū)滯洪的要求，二是利于工程施工和棄土區(qū)防護。

2.2 棄土區(qū)面積的計算

1）在項目建議書階段，棄土區(qū)面積采用估算，可按下式計算：

式中：S為棄土區(qū)面積，V為棄土方量，h為棄土區(qū)高度，a為擴大系數(shù)，一般取1.2～1.3。

2）在可行性研究階段，棄土區(qū)面積采用概算，可按下式計算：式中：mi為棄土區(qū)邊坡坡比，li為初選棄土區(qū)不同邊坡的邊長，β為擴大系數(shù)，一般取1.1～1.2，其他符號同上。

3）在初步設(shè)計階段和招標設(shè)計階段，棄土區(qū)面積采用精算，可按下式計算：

式中：Li為不同邊坡的實測坐標點棄土區(qū)邊長，γ為邊界影響系數(shù)，一般取1.05～1.1，其他符號同上。

2.3 棄土區(qū)布置形式

棄土區(qū)的布置形式受棄土方量的大小、棄土土方的運輸費用、工程附近現(xiàn)有棄土場地條件以及當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛灿绊?，分為集中布置、分散布置和集中與分散相結(jié)合等3種方式。

1）集中布置形式。該棄土布置形式主要適用于建筑物工程及周邊不具備分散棄土條件的渠道工程。如兩湖段沿線的長溝泵站、鄧樓泵站及八里灣泵站工程的工程棄土均采用了集中棄土的方式。該布置方式的優(yōu)點是棄土區(qū)集中，占地少，方便管理，缺點是土方運輸費用大，所以該布置方式不適用于占線較長的河道工程棄土。

2）分散布置形式。該布置形式適用于戰(zhàn)線較長的河道工程，如柳長河輸水航道工程、梁濟運河輸水航道工程和南四湖湖內(nèi)疏浚工程等。該布置形式的優(yōu)點是土方棄置選區(qū)靈活，可以根據(jù)實際需要布置棄土區(qū)，降低土方運輸費用，缺點是占地量大，不適用于施工場區(qū)較為集中的建筑物棄土區(qū)布置。

3）集中與分散相結(jié)合的布置形式。在灌區(qū)影響工程棄土區(qū)的布置中，由于部分渠道穿越村莊，無法分散布置棄土區(qū)，因此，采用了集中布置的方式；而對于無村莊影響的渠道，則采用了分散布置的方式，實現(xiàn)了靈活、合理、經(jīng)濟的目的。

2.4 棄土區(qū)位置的選定

棄土區(qū)位置的選擇受多方面影響，在實際選擇中必須慎之又慎，既要在設(shè)計層面上合理，又要在與地方政府的溝通層面上協(xié)調(diào)統(tǒng)一。根據(jù)兩湖段工程棄土區(qū)位置選擇過程出現(xiàn)的問題，以下幾點是棄土區(qū)位置選擇過程中必須要注意的：1）棄土區(qū)應(yīng)布置在無天然滑坡、泥石流、巖溶、涌水等地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)，同時避免選擇在雨水匯流量大、沖刷嚴重的地方；2）棄土區(qū)宜靠近開挖作業(yè)區(qū)的山溝、山坡、荒地、河灘等地段,不占或少占耕(林)地；3）棄土區(qū)地基承載力滿足堆土要求；4）避開河溝、道路、生產(chǎn)路等專項設(shè)施；5）棄土場位置應(yīng)與施工場區(qū)內(nèi)外交通、渣料來源相適應(yīng)；6）利用河道灘地作堆棄土場時，不能影響河道正常行洪、航運和抬高下游水位，棄土料不被水流沖蝕，避免引起水土流失；7）利用內(nèi)湖水域作為棄土場時，不得將土方棄于行洪通道內(nèi)，也不得將土方棄于主航道內(nèi)，且應(yīng)與主航道保持一定的距離；8）棄土場布置應(yīng)在滿足棄土容量的基礎(chǔ)上，盡量結(jié)合場地周邊地形進行布置，以減少對當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活的影響。

3 影響工程棄土區(qū)設(shè)計的其他因素

1）城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃。工程占地是水利工程的特點之一，也是關(guān)系到工程能否順利實施的重要因素，地方政府的建議和要求應(yīng)盡量在工程占地規(guī)劃中予以體現(xiàn)。在兩湖段棄土占地勘界過程中，出現(xiàn)過兩處棄土區(qū)與當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)規(guī)劃相沖突的問題，但通過現(xiàn)場的溝通和調(diào)整，不僅解決了規(guī)劃沖突，還把工程棄土應(yīng)用到了城鄉(xiāng)規(guī)劃區(qū)的填筑中去，既優(yōu)化了棄土區(qū)設(shè)計，又滿足了當(dāng)?shù)卣慕ㄔO(shè)規(guī)劃要求。

2）居民生產(chǎn)生活。在棄土區(qū)位置選擇上應(yīng)盡量不影響當(dāng)?shù)匕傩丈?，堅持“少占耕地，少拆房屋，少動管線”的三少原則，一來減少移民遷占的投資，二來有利于施工協(xié)調(diào)和工程順利實施。

3）行政區(qū)劃界線。兩湖段工程橫跨3個市的9個縣（市、區(qū)），界線問題比較突出，尤其是一些多年遺留的界線問題。因此在工程棄土設(shè)計中，應(yīng)先期摸清各縣、區(qū)的界線，在布置過程中盡量避免出現(xiàn)“甲縣的土棄于乙縣”的現(xiàn)象，如條件允許，盡量做到“誰村土棄到誰村的地”。

4 結(jié)語

由于大型輸水工程棄土量巨大，對工程投資的影響也很大，其棄土場的規(guī)劃和布置成為施工總布置設(shè)計需要研究的重點內(nèi)容。經(jīng)過前后近3年的設(shè)計優(yōu)化調(diào)整及與地方部門的溝通協(xié)調(diào)，在控制工程總投資和盡量減少對當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活的影響之間已取得最終平衡。兩湖段工程的棄土區(qū)占地工作已全面完成，對于工程的順利實施產(chǎn)生了積極影響，也對今后其他類似工程的棄土占地規(guī)劃設(shè)計具有借鑒意義。