平陸運河工程開挖棄渣利用及處理方案分析

摘要：平陸運河工程建設(shè)具有極大重要性且意義深遠，但在平陸運河工程開挖過程中，開挖總量超過2.2億m3，棄渣將占用大量土地，成為工程建設(shè)重大的制約因素。文章對開挖棄渣提出了“精心設(shè)計，減少總量;綜合利用，變廢為寶;科學(xué)施工，縮短運距;減少污染，降低投資”綜合處理思路，并提出了妥善解決平陸運河工程棄渣問題的建議方案。

關(guān)鍵詞：運河;開挖;棄渣;綜合處理

文獻標識碼：U615.1-A-54-190-5

0 引言

平陸運河北連西江航運干線，南通北部灣，是一條通江達海的水運通道。2020年6月交通運輸部等聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于珠江水運助力粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的實施意見》中明確提出，推進湘桂運河、贛粵運河研究論證，開工建設(shè)平陸運河，形成干支銜接、區(qū)域成網(wǎng)、江海貫通、連接港澳、溝通水系的高等級航道網(wǎng)絡(luò)。在各級政府的高度重視下，平陸運河工程的建設(shè)提上議事日程，已開展前期工作和各項專業(yè)技術(shù)論證，有望在“十四五”期間開工建設(shè)，規(guī)劃即將變?yōu)楝F(xiàn)實，讓運河早日發(fā)揮效益。

平陸運河工程主要開發(fā)任務(wù)是航運，通過竣深原有河道、開挖造渠形成分水嶺航道、建設(shè)梯級樞紐對全河段進行連續(xù)渠化，采取綜合措施使平陸運河達到Ⅰ級航道標準，連通北部灣和西江航運干線，同時兼顧供水、灌溉和防洪。

平陸運河北面始于西津樞紐庫區(qū)郁江支流沙坪河口，往南溯沙坪河而上，在沙坪鎮(zhèn)和舊州鎮(zhèn)之間跨越分水嶺，沿欽江支流舊州江南下，至陸屋鎮(zhèn)進入欽江，沿欽江干流入海至欽州港。

平陸運河設(shè)計代表船型為5000噸級江海聯(lián)運散貨船和250 TEU集裝箱船?？紤]各種船型組合的情況下，雙線船閘年單向通過能力>8 500萬t，當5 000噸級及以上大型船舶承載貨物占比>50%時，考慮貨流不平衡且上行下行貨量為6∶4的情況下，雙線船閘雙向年通過能力可達1.83億t，可滿足預(yù)測水平年2050年的運量需求。

1 問題的提出

1.1 平陸運河航道等級及通航特征水位

平陸運河全長約137 km，總水頭為64.5 m，航道等級為Ⅰ級，全線規(guī)劃建設(shè)4個梯級，每個梯級按雙線船閘設(shè)計。船閘尺度：閘室有效長度為300 m，閘室有效寬度為34 m，船閘門檻最小水深為8.5 m。

其上游段從沙坪河口跨越分水嶺至青年樞紐段長約96 km，按內(nèi)河庫區(qū)航道標準設(shè)計，航道水深為6.7 m，底寬為80 m，最小彎曲半徑為360 m;下游段從青年樞紐至欽州港段長約41.5 km，按沿海潮汐河口航道標準設(shè)計，航道水深為6.3 m，底寬為100～135 m[1-2]，最小彎曲半徑為360～450 m[1-2]。

根據(jù)現(xiàn)階段的規(guī)劃方案，平陸運河總體線路自北往南為：西津庫區(qū)沙坪河口（K00+000）→沙坪鎮(zhèn)（K20+400）→分水嶺（K26）→舊州江→第一級船閘馬道頭（K30+540）→第二級船閘企石垌（K44+414）→陸屋鎮(zhèn)（K48+400）→舊州江與欽江匯流處（K49+700）→欽江→第三級船閘大田坪（K63+570）→第四級船閘青年水閘（K95+538）→欽州市（K96+500～K104+800）→沙井→欽州港。

平陸運河各梯級樞紐通航特征水位如表1所示。

1.2 平陸運河沿線地貌及開挖概況

運河沿線區(qū)域地貌特征為中低山脈與寬谷丘陵相間分布。運河線路走廊自北而南依次為低山—丘陵、海濱低丘地帶。低山—丘陵由高程為100～500 m的低山和數(shù)十米的丘陵組成;海濱低丘分布在低山—丘陵地貌帶與海岸帶之間，地貌特點為低矮、渾圓的圓丘，海拔高度在15～50 m之間。

平陸運河的航道等級高，開挖尺度大，特別在跨越分水嶺段，沒有河谷可利用，需全程開挖，且原有的沙坪河及欽江上游河道狹小而彎曲、河底高程高，因而全程開挖量大、棄渣量多，是本工程的一個主要特點。全線平均挖深為11.48 m，最大挖深超過50 m。

各段地貌特點如下：

（1）沙塘江江口至沙坪鎮(zhèn)，樁號K0+000～K20+500段線路為西津樞紐庫區(qū)，沿河低矮丘陵被庫水隔離成孤島，兩岸山丘頂高程為62～140 m左右，河流一級階地高程為63～67 m。此段航道設(shè)計底高程為51.1 m，航道底寬80 m。平均開挖深度>7.0 m。

（2）樁號K20+500～K28+400段線路長度約7.9 km，線路走廊為低山丘陵及山丘間谷地，頂高程為75～254 m，谷底高程為66～102 m。線路于26 km處從郁江流域和欽江流域分水嶺低凹的鞍部通過，鞍部高程約90 m，鞍部兩邊山丘頂高程為140～150 m。該段沒有河谷可利用，需開挖造渠。此段航道設(shè)計底高程為51.1 m，航道底寬80 m。最大開挖深度

>50 m，平均開挖深度>18.0 m。

（3）樁號K28+400～K43+300段長度約為14.9 km，年營村西北面至龍灣坪，該線路沿欽江支流舊州江侵蝕、堆積形成的谷底寬度為200～650 m，谷底地貌總體為河流堆積一階臺地，高程為35～75 m，兩岸山丘頂高程為70～

360 m，溪流河槽寬度由3～6 m漸變寬至33～40 m，溪流底高程為60～31 m。第一級船閘馬道頭樞紐（K30+540）在該段航道上，該船閘上游段航道設(shè)計底高程為51.1 m，下游段航道設(shè)計底高程為27.3 m，航道底寬80 m。該段平均開挖深度>15 m。

（4）樁號K43+300～K96+500段長度約為53.2 km，龍灣坪至青年水閘電站，線路走廊區(qū)為丘陵—河谷平原地貌，欽江兩岸為平坦河流一級階地，高于河水面

6～13 m。龍灣坪至陸屋鎮(zhèn)（k49+700）舊州江河槽寬15～40 m，陸屋鎮(zhèn)至青年水閘電站欽江河槽寬度為50～130 m，河底高程為2～

32 m。欽江兩岸山丘頂高程為75～245 m。平陸運河下游的三級船閘均位于此段航道上。第二級船閘企石垌樞紐（k44+414）下游段航道設(shè)計底高程為

15.3 m，第三級船閘大田坪樞紐（k63+570）下游段航道設(shè)計底高程為1.0 m，航道底寬80 m。該段平均開挖深度>16.0 m。

（5）青年船閘電站至出海口，樁號K96+500～K118+000段長度約為21.5 km，線路走廊區(qū)為欽江河口三角洲平原，兩岸地形平坦，地面高程為7～12 m，河槽寬度為46～250 m，河底高程為2～3 m。樁號K96+500～K104+800段兩岸為欽州市區(qū)。第四級船

閘青年水閘樞紐（k95+538）下游航道設(shè)計底高程為

-7.6 m，航道底寬100 m。該段平均開挖深度>8.0 m。

（6）樁號 K118+000～K136+550段長度約為18.5 km，線路走廊為欽州灣濱海灘涂地貌，水下地面高程為-1.1～19.7 m，殘丘頂層高程為16.0～56.5 m。該段航道設(shè)計底高程為-7.6 m，底寬135 m，平均開挖深度為1.3 m。

1.3 開挖量及棄渣量的主要數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)階段規(guī)劃方案，本工程開挖土地面積為19.19 km2，其中陸域面積為10.02 km2，水域面積為9.17 km2。開挖總量為22 026萬m3，其中陸上開挖量為

15 400萬m3，占70%，水下開挖量為6 626萬m3，占30%。平均挖深為11.48 m，其中陸地平均挖深為15.37 m，水下平均挖深為

7.23 m。各段航道開挖量及需棄渣量如下頁表2所示。

如果不考慮綜合利用，平陸運河工程陸上棄渣量為15 400萬m3，水下棄渣量為6 626萬m3，而西津庫區(qū)和欽州灣茅尾海難以容納如此巨大的水下棄渣量，大部分的水下棄渣也將轉(zhuǎn)到陸上棄渣場倒棄，合計棄渣量超過

22 000萬m3。如按填深10 m計，棄渣場占地面積>2 200萬m2，勢必要占用大量土地作為棄渣場，增加運量和運距，造成水土流失并污染環(huán)境，延長工期，增加工程投資，這與平陸運河的建設(shè)理念“節(jié)約、環(huán)保、綠色、可持續(xù)發(fā)展”是相悖的，因此，必須研究妥善利用和處理平陸運河工程數(shù)量巨大棄渣的方案，趨利避害，變廢為寶。

2 棄渣利用、處理方案分析

平陸運河工程開挖總量巨大，需充分利用、綜合處理和解決棄渣的問題。總體思路是：精心設(shè)計，減少總量;綜合利用，變廢為寶;科學(xué)施工，縮短運距;減少污染，降低投資。

2.1 減少開挖總量

總體路線方案要進行深入細致的調(diào)查研究，優(yōu)化布局，精心設(shè)計，對工程優(yōu)先目標統(tǒng)籌排序，盡最大可能減少征地、移民和土石方開挖量，從源頭上減少開挖量、降低棄渣總量。

2.2 充分利用石方，并減少運距

本工程建設(shè)需要使用大量石材，可將開挖出來的石材，經(jīng)加工后用于本工程，一舉兩得，變廢為寶。

陸上開挖量中若10%為石方，約有石方1 540萬m3;水下開挖量中若5%為石方，約有石方331萬m3，共有1 871萬m3石方可供本項目使用。既能減少棄渣1 871萬m3，又能為本工程提供石料，減少了購買石材和人工砂的費用。剩余需處理的石方開挖量共20 155萬m3，其中水下6 295萬m3，占31.23%，陸上13 860萬m3，占68.77%。

本工程建設(shè)每個樞紐用混凝土量約為80萬m3，估計共需混凝土320萬m3左右，需要使用大量骨料和人工砂;河道兩岸的護坡工程需用大量的塊石和片石;船閘后方的回填，也需要相應(yīng)的級配材料。

在項目工程可行性研究階段，既需要較準確計算出本項目共需石方的數(shù)量、分類，以及需求的沿線分布，也要提前按初步設(shè)計階段的深度布孔進行地質(zhì)勘察，摸清區(qū)域地質(zhì)和工程地質(zhì)的情況。

（1）分析可利用石方總量、類別與本項目的石方用量、類別是否匹配，可利用的盡可能利用，如石方量富裕，可加工后出售。

（2）分析石方開挖位置，盡量與石方使用的位置相匹配，以縮短運距?？煽紤]在四個梯級壩址處各設(shè)一個石材加工點，開挖出來可利用的石方，運到最近的石材加工點使用;河道的護坡需用的塊石和片石，則運到施工點使用，減少運距和轉(zhuǎn)運量;石材加工后的廢料，可作為級配骨料用于船閘后方回填。

2.3 利用水下棄渣造地，用于平陸運河配套工程建設(shè)

（1）圍海造地，形成陸域建設(shè)欽州港江海聯(lián)運作業(yè)區(qū)。

通過對平陸運河與欽州港江海聯(lián)運的運輸組織分析可知，平陸運河與欽州港之間的集裝箱中轉(zhuǎn)運輸，通過新建欽州港江海聯(lián)運港區(qū)中轉(zhuǎn)為優(yōu)選方案，其余貨種包括干散貨、液體散貨、件雜貨的中轉(zhuǎn)宜在欽州港既有的同類泊位上裝卸。

可考慮利用沿海青年水閘—10萬噸級航道段水下棄渣2385萬m3，在欽州港附近用于圍海造地，形成陸域用于建設(shè)欽州港江海聯(lián)運作業(yè)區(qū)，這樣既解決了水下棄渣的問題，也解決了建港的陸域需求。

如平均填高10 m，利用率為0.9，則可圍海造地215萬m2。假如圍海造地岸線長1 500 m，則碼頭區(qū)域縱深1 430 m。可建15個250 TEU集裝箱船（船總長88.0～90.0 m）泊位，或建10～11個400 TEU集裝箱船（船總長125.0～130.0 m）泊位，年裝卸中轉(zhuǎn)集裝箱可達200萬TEU左右。但圍海造地的可行性、位置、區(qū)域、規(guī)模、地點，需根據(jù)海域使用規(guī)劃、港區(qū)總體規(guī)劃、欽州港江海聯(lián)運作業(yè)區(qū)的規(guī)模、模型試驗等因素確定，并使水下棄方運距盡可能縮短。

（2）沙坪河口—沙坪鎮(zhèn)段水下棄渣1 140萬m3，可用于在西津庫尾造地，形成陸域，綜合開發(fā)使用。平均填高10 m，利用率為0.9，則可造地

103萬m2。棄渣造地的具體地點和規(guī)模，可根據(jù)相關(guān)規(guī)劃來確定，為了減少運距，可設(shè)若干個庫尾造地棄渣場。

（3）水下棄渣量原為6 295萬m3，通過造地利用的棄渣量為3 525萬m3，水下棄渣轉(zhuǎn)陸上棄渣量為2 770萬m3。其中欽州干流段（陸屋鎮(zhèn)—青年水閘）46.2 km水轉(zhuǎn)陸棄渣量為2 470萬m3;分水嶺下游段19.2 km水轉(zhuǎn)陸棄渣量為285萬m3;分水嶺上游段3.6 km水轉(zhuǎn)陸棄渣量為15萬m3。

2.4 利用陸上棄渣，填筑各樞紐的防洪堤

各樞紐均需修建防洪堤。馬道頭樞紐庫區(qū)防洪堤長暫按2 000 m計，石企垌樞紐庫區(qū)防洪堤長5 600 m，大田坪樞紐庫區(qū)防洪堤長7 200 m，青年水閘樞紐庫區(qū)防洪堤長11 000 m，共長約25.8 km。暫按底寬30 m、頂寬10 m、堤高15 m考慮，防洪堤共需填方約774萬m3。

2.5 剩余的棄渣量及位置

本工程的開挖量中，扣除可利用的石方、圍海造地用的水下棄方、西津庫尾造地用的水下棄方和填筑各樞紐防洪堤用的土方后，共需棄方15 856萬m3，其中有2 770萬m3為水下棄方需轉(zhuǎn)陸上處理，如表3所示。

2.6 陸上棄渣場填平整理后，綜合開發(fā)

2.6.1 陸上棄渣數(shù)量及位置

陸上棄渣共計15 856萬m3，平均堆高為10 m時，占地1 585.6萬m2;平均堆高20 m時，占地

792.8萬m2。陸上棄渣場占地寬廣，將成為本項目建設(shè)的重要制約因素，必須采取綜合措施，變廢為寶，綜合利用，解決棄渣場占地寬廣的問題。

陸上棄渣量主要集中在沙坪鎮(zhèn)—青年水閘段航道，共計13 932萬m3，占

87.87%。其中沙坪鎮(zhèn)—陸屋鎮(zhèn)段長29.3 km，共棄渣8 275萬m3，平均棄渣282.42萬m3/km，分水嶺段航道、第一級梯級馬道頭樞紐和第二級梯級企石垌樞紐位于該區(qū)段內(nèi)，這三個位置的棄渣量最大，棄渣強度也最大。陸屋鎮(zhèn)—青年水閘段長46.2 km，共棄渣5 657萬m3，平均棄渣

122.45萬m3/km，第三級梯級大田坪樞紐和第四級梯級青年水閘樞紐位于該區(qū)段內(nèi)，這兩個位置的棄渣量也很大，棄渣強度次之。

2.6.2 棄渣場的選擇及綜合利用

結(jié)合平陸運河沿線城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，在運河航道沿線附近選擇若干個山岙或合適的地點作為棄渣場。作為棄渣場的區(qū)域，其容量應(yīng)盡可能與該區(qū)段的棄渣量匹配;其地點也應(yīng)盡可能靠近開挖地段，特別應(yīng)選擇盡可能靠近分水嶺段航道、第一級梯級馬道頭、第二級梯級企石垌、第三級梯級大田坪和第四級梯級青年水閘這五個位置的山岙或合適的地點作為棄渣場，以減少棄渣的運距，減少修建棄渣道路的長度，提高效率，節(jié)約投資，降低對環(huán)境的影響。

在棄渣過程中，要及時整平各個棄渣場的土地，并同步建設(shè)各個棄渣場的擋土墻防護工程、排水系統(tǒng)、邊坡處理、綠化等工程，防止水土流失，保護環(huán)境。

填平的棄渣場經(jīng)整理并完成水土保持工程后，作為城鎮(zhèn)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)、服務(wù)業(yè)以及綜合開發(fā)用地，也可作為部分工礦企業(yè)、學(xué)校搬遷回建用地，或作為部分集中居民點建設(shè)以及留地安置用地等。

2.7 科學(xué)施工，減少投入

盡可能利用旱季、枯水期施工。陸屋鎮(zhèn)（K49+700）至青年水閘（K95+900）航道水下開挖量約2 470萬m3，需轉(zhuǎn)運陸上處理。總體上，該段航道應(yīng)從下游（K95+900）往上游（K49+700）開挖，枯水期增加設(shè)備爭取多開挖，盡可能創(chuàng)造并利用陸上開挖的條件，減少水下開挖量和水下棄渣轉(zhuǎn)陸上棄渣的轉(zhuǎn)運量。需特別研究水下開挖量轉(zhuǎn)陸上棄渣的處理方案，以縮短工期、減少工程投資。

沿海青年水閘—10萬噸級航道段水下開挖，應(yīng)從欽州港往欽江青年水閘方向開挖;沙坪河口-沙坪鎮(zhèn)段水下開挖，應(yīng)從西津庫區(qū)往沙坪鎮(zhèn)方向開挖，以方便泥駁通行棄渣。

3 結(jié)語

平陸運河是一條通江達海的水運通道，該工程建設(shè)的重要性毋庸置疑，意義深遠，是功在當代、利在千秋的重大工程。平陸運河工程將如靈渠、都江堰等古代水利工程一般，為民造福，名垂青史。

平陸運河工程的開挖總量達到2.2億m3，如不加以科學(xué)利用、綜合處理，棄渣勢必占用大量土地，大大加劇運河沿線土地資源緊張的局面，并影響環(huán)境，大幅增加工程投資，將對平陸運河的建設(shè)造成較大的制約。

本文通過分析，對本工程開挖棄渣科學(xué)利用、綜合處理提出了“精心設(shè)計，減少總量;綜合利用，變廢為寶;科學(xué)施工，縮短運距;減少污染，降低投資”的總體思路，并提出了建議方案，可以妥善解決平陸運河工程棄渣問題，以踐行平陸運河“節(jié)約、環(huán)保、綠色、可持續(xù)發(fā)展”的建設(shè)理念。

參考文獻

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[2]JTJ 305-2001，船閘總體設(shè)計規(guī)范[S].

收稿日期：2021-03-18

作者簡介：

唐羽玲（1987—），工程師，主要從事航運樞紐工程建設(shè)管理工作。