工程渣土在新圈圍庫區(qū)的消納實踐研究
——以上海南匯東灘N1庫區(qū)為例

張文虎，才 多，歐陽禮捷

(1.上海市灘涂生態(tài)發(fā)展有限公司，上海 200120；2.上海市水利工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200120； 3.上海灘涂海岸工程技術(shù)研究中心，上海 200120)

前 言

科學(xué)處置城市大量工程渣土是擺在城市管理者面前的重要課題，許多大城市為此進行了艱苦的探索。上海通過在新圈圍庫區(qū)的工程渣土消納實踐，既保證了上海市重大工程項目的順利推進，又將工程渣土資源化利用形成可利用的土地。同時保護了水土環(huán)境和稀缺的土地資源，杜絕了不規(guī)范棄土造成的不良影響，具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。

上海確定在新圈圍灘涂庫區(qū)實施工程渣土消納，經(jīng)過了國土規(guī)劃、市容環(huán)保、城市交通、水務(wù)海洋等多部門協(xié)同支持、推進落實、督察監(jiān)管。在落實工程渣土消納場所后，重點解決了技術(shù)上的制約因素，經(jīng)研究論證制定經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的實施方案。在工程渣土土壤污染防控上通過污染物指標確定、源頭控制、入庫抽查、場地調(diào)查驗收等方法和手段實施環(huán)保的有效控制。項目的實踐，達到了規(guī)范、高效、安全資源化處置大量城市工程渣土的目標；處置工程渣土的技術(shù)思路和解決方案是通過檢驗是有效的。

2020年，建設(shè)部相關(guān)專家來本項目考察，對工程渣土消納模式和精細化建設(shè)管理給予了高度評價，認為上海在灘涂新圈圍區(qū)域內(nèi)資源化利用工程渣土是一種創(chuàng)新，有條件的大城市可借鑒推廣。

1 開展工程渣土消納實踐研究的重要意義

隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐步發(fā)展，由城市軌道交通、隧道和大型市政項目的建設(shè)而產(chǎn)生的工程渣土消納處置問題日益凸顯。以地鐵建設(shè)為例，按照洞徑6m、松散系數(shù)1.5初估，則每公里地鐵盾構(gòu)至少產(chǎn)生4.5萬m3渣土[1]，每個地鐵站臺將產(chǎn)生6.95萬m3的渣土，經(jīng)預(yù)測至2030年我國地鐵余土量將超過2億m3[2]。目前，我國工程渣土的處置方式以渣土場堆填為主，存在侵占土地資源、污染水體、揚塵等問題[3-4]，同時造成安全和環(huán)境隱患。例如，2015年深圳市光明新區(qū)余泥渣土臨時受納場發(fā)生渣土堆填物滑坡，造成數(shù)十人傷亡[5]。因此，近年來國內(nèi)開展了諸多針對工程渣土的資源化利用研究，包括用于燒制水泥、制磚[3]、生產(chǎn)砂石骨料、燒制陶粒[6]、堆山造景[7]、筑路和工程回填利用[8]等。然而受限于工程渣土自身特性成分、成本、處理效率、環(huán)保要求等，采用上述方式資源化利用的工程渣土總量有限。以深圳市為例，全市6家工程渣土綜合利用企業(yè)的實際處理量僅為設(shè)計處理能力的33%[9]。因此，為了尋求更加高效、穩(wěn)定的工程渣土處理方式，鄧昌軍等結(jié)合云南山區(qū)、半山區(qū)耕地碎片化、質(zhì)量低的地區(qū)特點，提出采用工程渣土建設(shè)高標準農(nóng)田的建議[10]。

上海是軌道交通和越江隧道建設(shè)數(shù)量最多城市之一，近年來相繼完成了軌道交通14號線、15號線、18號線、江浦路越江隧道及北橫通道等大型市政項目的建設(shè)，20號線和機場聯(lián)絡(luò)線等正在建設(shè)當中。2018年～2021年，上海市申報處置的工程渣土總量接近3.5億t(如圖1所示)，年均增長率達19.66%，預(yù)計“十四五”期間年出土量可達1億t[11]。同時，上海作為特大型城市，土地資源短缺，全市耕地面積總量僅為284.7萬畝[12]。因此，開展工程渣土大規(guī)模規(guī)范處置利用迫在眉睫。

2016年，上海市結(jié)合長江口綜合整治、在南匯東灘促淤區(qū)實施了南匯東灘整治一期工程，形成了N1灘涂圍區(qū)，庫內(nèi)遠期規(guī)劃為農(nóng)用地。2017年，庫區(qū)合龍斷水后，即在庫區(qū)內(nèi)開展工程渣土消納實踐探索。本項目改變了上海傳統(tǒng)灘涂圍區(qū)利用長江口航道疏浚土的方案，通過將工程渣土的處置消納與農(nóng)用地開發(fā)整理相結(jié)合，實現(xiàn)工程渣土資源化利用，減少灘涂成陸的投資成本，形成后續(xù)可利用土地資源，解決了城市工程渣土處置問題。本項目的研究和實踐，為上海以后乃至其他城市工程渣土的處置消納提供了寶貴的技術(shù)方案和管理經(jīng)驗。

圖1 上海市2018年～2021年工程渣土消納量Fig.1 The disposal volume of Engineering sediment from 2018 to 2021 in Shanghai

2 南匯東灘N1庫區(qū)概況

南匯東灘整治一期工程位于浦東機場3#圍區(qū)南側(cè)，于2016年汛后開工建設(shè)、2017年2月圍堤合龍斷水，形成的N1庫區(qū)內(nèi)有效圈圍面積為2.2萬畝。庫區(qū)內(nèi)平均灘面高程為2.2m(上海吳淞基準面，下同)，合龍斷水后庫內(nèi)常水位2.5m～2.8m，約1/3面積的灘面仍位于水下。庫區(qū)平面位置如圖2所示。庫內(nèi)灘涂表層土主要為近期淤積而成，以軟塑、流塑狀的淤泥質(zhì)粘土為主，具有強度低、靈敏性高的特點。

圖2 南匯東灘N1庫區(qū)位置示意圖Fig.2 Plan sketch of the N1 reservoir area of East tidal flat in Nanhui

3 庫區(qū)內(nèi)工程渣土消納方案研究

3.1 存在的問題

3.1.1 平面布置問題

N1庫區(qū)庫內(nèi)為自然淤積的灘涂，不具備消納條件，需在庫區(qū)內(nèi)修筑工程渣土運輸?shù)缆?。為了滿足排澇要求，N1庫區(qū)內(nèi)規(guī)劃有泵閘和河道等。因此運輸?shù)缆沸枰Y(jié)合農(nóng)用地開發(fā)的田間道路和水系的防汛搶險專用道路統(tǒng)籌布置，平面布置受到限制。

3.1.2 運輸?shù)缆返男拗栴}

首先是路基材料問題。渣土運輸?shù)缆房梢圆捎萌霂斓脑林苯佣烟?，目前國?nèi)已有采用工程渣土修筑路基的案例。但是由于上海淺層廣泛存在高含水量、高孔隙比、低強度的、以灰色淤泥質(zhì)粘土為主的海相地層，軟土層深厚[13]，上海城市建設(shè)產(chǎn)生的工程渣土以淤泥土質(zhì)為主，采用其筑路必須進行固化處理，修路效率大大降低，不能滿足渣土大量入庫的要求。且渣土運輸車重量可達50～60t，對消納運輸?shù)缆返牡鼗休d力要求較高；而渣土運輸?shù)缆沸柚苯有拗趲靺^(qū)內(nèi)軟弱灘涂上，庫內(nèi)部分灘面仍位于水下，固化渣土的承載力受施工工藝影響大且泡水后會迅速失去強度。其次是沉降問題。市政道路中特重交通的路面結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土路面。但是，由于庫區(qū)內(nèi)路基軟弱、鋼筋混凝土路面適應(yīng)沉降能力差，消納初期在大量渣土重車碾壓下，路基必然會發(fā)生較大沉降，屆時路面必將頻繁發(fā)生開裂甚至斷板，將極大影響渣土車的運輸效率和安全。因此構(gòu)建穩(wěn)固、耐用的運輸?shù)缆返碾y度大。

表1 南匯東灘N1庫區(qū)灘涂表層土地層特性Tab.1 Surface soil characteristics of the N1 reservoir area of East tidal flat in Nanhui

3.1.3 渣土的堆填工藝問題

如前所述，入場渣土含水率很高，部分呈流塑狀態(tài)(如圖3所示)。渣土入庫后運載汽車只能自卸在運輸?shù)缆放赃叺臑┩可?，推土機無法在渣土上行駛作業(yè)，對后續(xù)堆土機向庫區(qū)灘地范圍堆土帶來嚴重制約。

3.1.4 渣土土質(zhì)環(huán)保控制問題

考慮到工程渣土來源地分布較為分散，建設(shè)項目的原狀土來至建設(shè)用地也有農(nóng)用地；有基坑土、盾構(gòu)土，也有河道開挖土，來源復(fù)雜。工程渣土可能會受地塊歷史活動的影響，存在潛在污染。因此，需對工程渣土入庫標準、管控手段等制定相應(yīng)的控制方案。如果失控，一旦有污染土進入庫區(qū)，對后續(xù)土地利用帶來不可估量的損失，也將影響庫區(qū)工程渣土正常消納。

圖3 上海城市建設(shè)產(chǎn)生的工程渣土性狀(攝于2017年)Fig.3 The property of engineering sediment produced in Shanghai city construction(photographed in 2017)

3.2 解決方案

針對上述問題，在渣土入庫堆填過程中，需結(jié)合遠期土地開發(fā)和水系建設(shè)，對庫區(qū)內(nèi)渣土的堆填范圍、運輸?shù)缆返钠矫娌贾?、結(jié)構(gòu)及工程渣土的堆填工藝、環(huán)?？刂七M行特別分析研究。

3.2.1 平面布置解決方案

一是將堆填范圍與規(guī)劃相結(jié)合。在渣土回填時將規(guī)劃河道和泵閘的建設(shè)范圍預(yù)留，避免渣土堆填完成后再開挖成河，從根本上解決了后期水系建設(shè)過程中可能發(fā)生的邊坡穩(wěn)定問題，還降低了水系建設(shè)成本和泵閘基坑開挖的難度。根據(jù)表1所示的庫內(nèi)土質(zhì)情況，未來庫區(qū)內(nèi)水系建設(shè)時期可能面臨河道邊坡成坡難度大、邊坡坍塌、河底隆起等問題，故實踐中工程渣土的堆填范圍避讓規(guī)劃河口線兩側(cè)6～15m，預(yù)留足夠的地基處理區(qū)域以滿足后期水系的建設(shè)要求。

二是將運輸?shù)缆凡贾门c規(guī)劃相結(jié)合。為最大限度避免因重復(fù)建設(shè)引起的不必要的投資，將工程渣土的消納運輸?shù)缆放c田間道路和河道防汛通道統(tǒng)籌布置。從提高堆填消納效率的角度，運輸?shù)缆凡捎昧酥鞲陕贰种返臉滂灸Ｊ?，在支路路旁設(shè)置消納作業(yè)點，分散作業(yè)。根據(jù)N1庫區(qū)內(nèi)水系規(guī)劃，庫區(qū)內(nèi)被規(guī)劃縱河先分隔成2大塊片區(qū)、連同橫河與湖區(qū)被分隔成10塊子區(qū)域(如圖4所示)。根據(jù)上海地區(qū)耕作田塊建設(shè)標準要求，N1庫區(qū)屬于鹽化灘涂，田塊長度應(yīng)為300～600m，田塊寬度為100～120m[10]。因此，主干路設(shè)為南北向、跨橫河分布于縱河兩側(cè)；分支路設(shè)為東西向、布置于子區(qū)域內(nèi)，間距240m，以兼顧兩側(cè)田塊。

以此布置，庫區(qū)可消納渣土面積約為1.8萬畝，庫內(nèi)渣土堆填設(shè)計高程為4.5m，庫內(nèi)可消納3464萬m3；消納運輸?shù)缆饭灿嫴贾眉s67km。平面布置如圖5所示。

3.2.2 道路結(jié)構(gòu)解決方案

為解決重載車與軟弱地基這一矛盾體，必須選擇良好的路基材料。在軟弱灘涂上修路，路基修筑材料可以使用石料、拆房磚石和袋裝砂等。然而上海地區(qū)缺乏石料來源、市場購買費用大；拆房磚石供應(yīng)受市場行為影響大，大多流入其它市政工程建設(shè)循環(huán)使用，余量很少，供應(yīng)強度無法保證；袋裝砂必須解決砂源問題和供砂成本。因此，工程實際建設(shè)過程中，為保證消納效率，先使用袋裝砂構(gòu)筑先期道路，由政府優(yōu)先調(diào)配拆房磚石、不足余量再由購買石料補齊，最大化利用既有資源，節(jié)約投資。對于淤泥層較厚區(qū)域，在施工過程中，先行用含水率較低的相對好土對原狀淤泥層土進行10m左右高度的堆載預(yù)壓擠淤，提高地基承載力，然后清除土方到設(shè)計高層，再填筑2.5m厚度的硬質(zhì)材料作為路基基礎(chǔ)。對于路基產(chǎn)生的沉降問題，實踐過程中采用了分期建設(shè)路面的方案。先采用道渣作為路面結(jié)構(gòu)以便隨時修補、養(yǎng)護，道渣上方加鋪鋼板加強防護；當連續(xù)2個月的道路實測沉降量小于3mm時，在道渣路面上方實施水穩(wěn)碎石基層和鋼筋混凝土面層作為永久路面，減小由于地基沉降問題導(dǎo)致的路面開裂和斷板問題，保障渣土場內(nèi)運輸效率和安全。

注：庫內(nèi)本底灘面高程測量于2016年9月圖4 N1庫區(qū)水系規(guī)劃圖Fig.4 The water system planning diagram of N1 reservoir area

圖5 工程渣土消納運輸?shù)缆菲矫娌贾脠DFig.5 The plan layout of transportion ation roads of engineering sediment disposal

3.2.3 消納堆填工藝解決方案

經(jīng)向上海地鐵建設(shè)運行單位調(diào)查，根據(jù)渣土含水情況，入庫渣土可分為盾構(gòu)土(淤泥質(zhì)土)、半干半濕土和干燥土三類，三者占比分別約為40%、30%和30%。經(jīng)實踐探索總結(jié)，對于干燥土，可直接采用卸土-推平的工藝進行堆填；對于含水率較高的盾構(gòu)土和半干半濕土，采用卸土-晾曬-翻挖-推平的工藝。盾構(gòu)土經(jīng)運輸車輛分區(qū)傾倒在運輸?shù)缆穬蓚?cè)約6～8m范圍后，先進行自然晾曬，待表層土干燥后，將渣土進行翻挖再次晾曬，翻曬周期與季節(jié)相關(guān)，冬季適當延長。待渣土晾曬至推土機可在土方上行走后，自道路兩側(cè)向灘涂腹地進行推平作業(yè)。每次晾曬厚度控制在60cm。

3.2.4 渣土土質(zhì)環(huán)?？刂品桨?/p>

入庫工程渣土土質(zhì)環(huán)保管控是一項艱巨且細致的工作，工程渣土土壤污染防控上通過污染物指標確定、源頭調(diào)查分析、入庫抽查、場地調(diào)查驗收等方法和手段實施環(huán)保的全過程監(jiān)管控制。

首先，出土單位按照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)和《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)第一類用地篩查值進行評價，入庫前提供土質(zhì)檢測報告，未達到標準的渣土不得進入庫區(qū)。同時，對渣土來源地塊和臨近地塊的歷史變遷通過Google Eatht進行歷史信息收集，研判是否涉及12+3重點行業(yè)工業(yè)用地。其次，委托專業(yè)單位對應(yīng)出土單位土質(zhì)檢測報告進行入庫渣土隨機取樣監(jiān)測。監(jiān)測因子包括：砷、鎘、鉻、銅、鉛、汞、鎳、鋅、六六六、滴滴涕總量、苯并[a]芘。

最后，開展地塊水土環(huán)境質(zhì)量調(diào)查驗收。完成消納平整達到設(shè)計標準區(qū)域采用專業(yè)判斷結(jié)合系統(tǒng)布點的方法進行場地調(diào)查。調(diào)查共布設(shè)1123個土壤采樣點，343個土壤篩查點，安裝109個地下水監(jiān)測井，13個地表水和底泥采樣點和6個土壤勘察點(30m)?；诘貕K水土環(huán)境質(zhì)量調(diào)查結(jié)果，工程渣土消納場土壤和地下水環(huán)境質(zhì)量符合相關(guān)標準要求，可按規(guī)劃進行后續(xù)地塊開發(fā)利用。

4 運行狀況與討論

我國工程渣土的生產(chǎn)量居高不下，可以資源化利用的總量有限，工程渣土的處理以異地填埋為主。本研究將工程渣土的消納處置與農(nóng)用地開發(fā)結(jié)合，在增加上海市土地儲備的同時，節(jié)省了后期土地整理的投資。

南匯東灘N1庫區(qū)自2017年2月龍口合龍后，開始進行先期場地消納道路建設(shè)，于2017年5月實現(xiàn)工程渣土進場消納。截止至2023年2月，累計通行車輛210萬車次，消納工程渣土超6000萬t，其中消納地鐵出土的盾構(gòu)土方約2900萬t。來土高峰時期日均渣土入庫量達5萬t，每日進出庫區(qū)車輛高達千次。修建完成10m寬鋼筋砼主干道路14km，5m寬臨時支路60km。庫區(qū)內(nèi)堆填平整完畢、達到農(nóng)用地標準的土地面積1萬畝，占庫區(qū)總面積的50%。并且，在平整完畢區(qū)域試種了約1900畝農(nóng)作物，用于改良土壤，以及減少揚塵污染。目前，試種作物生長良好。

5 結(jié) 論

通過在南匯東灘N1庫區(qū)的工程渣土消納實踐表明，在新圈圍庫區(qū)開展大規(guī)模工程渣土的消納堆填是可行的。基于該實踐探討了在新圈圍庫區(qū)工程渣土消納過程中所面臨的平面布置、運輸?shù)缆沸拗?、渣土的堆填平整工藝和渣土環(huán)?？刂茊栴}，并給出相應(yīng)的解決方案。大規(guī)模工程渣土消納場因重型車輛通行量巨大，修建高標準臨時運輸?shù)缆肥窍葲Q條件，技術(shù)人員須重點研究解決。本項目采用堆載預(yù)壓、填筑硬質(zhì)材料、道渣加鋼板讓重載車輛通行壓實路基，加快路基沉降穩(wěn)定，最后實施水穩(wěn)碎石基層和鋼筋混凝土面層作為永久路面。這個解決方案在軟土地基上實施經(jīng)濟有效。在各地方對工程渣土處置環(huán)保要求越來越嚴格的形勢下，如何管控土壤污染物指標是一個重要的課題。本項目的管控方法和手段實踐證明是有效的。渣土土質(zhì)源頭控制是關(guān)鍵，末端抽查是手段，運輸單位準入處罰是威懾。工程渣土資源化處置需要有效的環(huán)?？刂品桨?，更需要出土單位、運輸單位、政府監(jiān)管部門的合作支持。

本研究成果對同類城市、同類消納方式具有借鑒意義，可指導(dǎo)其它城市、其它消納點制定因地制宜的渣土處置途徑，為城市渣土高效、穩(wěn)定、安全地消納提供借鑒。