工程渣土在新圈圍庫區的消納實踐研究
——以上海南匯東灘N1庫區為例

張文虎，才 多，歐陽禮捷

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

前 言

科學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。同時保護了水土環境和稀缺的土地資源，杜絕了不規范棄土造成的不良影響，具有顯著的社會、環境和經濟效益。

上海確定在新圈圍灘涂庫區實施工程渣土消納，經過了國土規劃、市容環保、城市交通、水務海洋等多部門協同支持、推進落實、督察監管。在落實工程渣土消納場所后，重點解決了技術上的制約因素，經研究論證制定經濟合理、技術可行的實施方案。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、場地調查驗收等方法和手段實施環保的有效控制。項目的實踐，達到了規范、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思路和解決方案是通過檢驗是有效的。

2020年，建設部相關專家來本項目考察，對工程渣土消納模式和精細化建設管理給予了高度評價，認為上海在灘涂新圈圍區域內資源化利用工程渣土是一種創新，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

隨著我國城市基礎設施建設的逐步發展，由城市軌道交通、隧道和大型市政項目的建設而產生的工程渣土消納處置問題日益凸顯。以地鐵建設為例，按照洞徑6m、松散系數1.5初估，則每公里地鐵盾構至少產生4.5萬m3渣土[1]，每個地鐵站臺將產生6.95萬m3的渣土，經預測至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]，同時造成安全和環境隱患。例如，2015年深圳市光明新區余泥渣土臨時受納場發生渣土堆填物滑坡，造成數十人傷亡[5]。因此，近年來國內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的實際處理量僅為設計處理能力的33%[9]。因此，為了尋求更加高效、穩定的工程渣土處理方式，鄧昌軍等結合云南山區、半山區耕地碎片化、質量低的地區特點，提出采用工程渣土建設高標準農田的建議[10]。

上海是軌道交通和越江隧道建設數量最多城市之一，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，20號線和機場聯絡線等正在建設當中。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，開展工程渣土大規模規范處置利用迫在眉睫。

2016年，上海市結合長江口綜合整治、在南匯東灘促淤區實施了南匯東灘整治一期工程，形成了N1灘涂圍區，庫內遠期規劃為農用地。2017年，庫區合龍斷水后，即在庫區內開展工程渣土消納實踐探索。本項目改變了上海傳統灘涂圍區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用地開發整理相結合，實現工程渣土資源化利用，減少灘涂成陸的投資成本，形成后續可利用土地資源，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方案和管理經驗。

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庫區概況

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

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

3 庫區內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庫區庫內為自然淤積的灘涂，不具備消納條件，需在庫區內修筑工程渣土運輸道路。為了滿足排澇要求，N1庫區內規劃有泵閘和河道等。因此運輸道路需要結合農用地開發的田間道路和水系的防汛搶險專用道路統籌布置，平面布置受到限制。

3.1.2 運輸道路的修筑問題

首先是路基材料問題。渣土運輸道路可以采用入庫的渣土直接堆填，目前國內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、以灰色淤泥質粘土為主的海相地層，軟土層深厚[13]，上海城市建設產生的工程渣土以淤泥土質為主，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，對消納運輸道路的地基承載力要求較高；而渣土運輸道路需直接修筑在庫區內軟弱灘涂上，庫內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構一般采用鋼筋混凝土路面。但是，由于庫區內路基軟弱、鋼筋混凝土路面適應沉降能力差，消納初期在大量渣土重車碾壓下，路基必然會發生較大沉降，屆時路面必將頻繁發生開裂甚至斷板，將極大影響渣土車的運輸效率和安全。因此構建穩固、耐用的運輸道路的難度大。

表1 南匯東灘N1庫區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(如圖3所示)。渣土入庫后運載汽車只能自卸在運輸道路旁邊的灘涂上，推土機無法在渣土上行駛作業，對后續堆土機向庫區灘地范圍堆土帶來嚴重制約。

3.1.4 渣土土質環?？刂茊栴}

考慮到工程渣土來源地分布較為分散，建設項目的原狀土來至建設用地也有農用地；有基坑土、盾構土，也有河道開挖土，來源復雜。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的控制方案。如果失控，一旦有污染土進入庫區，對后續土地利用帶來不可估量的損失，也將影響庫區工程渣土正常消納。

圖3 上海城市建設產生的工程渣土性狀(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，需結合遠期土地開發和水系建設，對庫區內渣土的堆填范圍、運輸道路的平面布置、結構及工程渣土的堆填工藝、環?？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劃相結合。在渣土回填時將規劃河道和泵閘的建設范圍預留，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過程中可能發生的邊坡穩定問題，還降低了水系建設成本和泵閘基坑開挖的難度。根據表1所示的庫內土質情況，未來庫區內水系建設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劃河口線兩側6～15m，預留足夠的地基處理區域以滿足后期水系的建設要求。

二是將運輸道路布置與規劃相結合。為最大限度避免因重復建設引起的不必要的投資，將工程渣土的消納運輸道路與田間道路和河道防汛通道統籌布置。從提高堆填消納效率的角度，運輸道路采用了主干路—分支路的樹杈模式，在支路路旁設置消納作業點，分散作業。根據N1庫區內水系規劃，庫區內被規劃縱河先分隔成2大塊片區、連同橫河與湖區被分隔成10塊子區域(如圖4所示)。根據上海地區耕作田塊建設標準要求，N1庫區屬于鹽化灘涂，田塊長度應為300～600m，田塊寬度為100～120m[10]。因此，主干路設為南北向、跨橫河分布于縱河兩側；分支路設為東西向、布置于子區域內，間距240m，以兼顧兩側田塊。

以此布置，庫區可消納渣土面積約為1.8萬畝，庫內渣土堆填設計高程為4.5m，庫內可消納3464萬m3；消納運輸道路共計布置約67km。平面布置如圖5所示。

3.2.2 道路結構解決方案

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。然而上海地區缺乏石料來源、市場購買費用大；拆房磚石供應受市場行為影響大，大多流入其它市政工程建設循環使用，余量很少，供應強度無法保證；袋裝砂必須解決砂源問題和供砂成本。因此，工程實際建設過程中，為保證消納效率，先使用袋裝砂構筑先期道路，由政府優先調配拆房磚石、不足余量再由購買石料補齊，最大化利用既有資源，節約投資。對于淤泥層較厚區域，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左右高度的堆載預壓擠淤，提高地基承載力，然后清除土方到設計高層，再填筑2.5m厚度的硬質材料作為路基基礎。對于路基產生的沉降問題，實踐過程中采用了分期建設路面的方案。先采用道渣作為路面結構以便隨時修補、養護，道渣上方加鋪鋼板加強防護；當連續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致的路面開裂和斷板問題，保障渣土場內運輸效率和安全。

注：庫內本底灘面高程測量于2016年9月圖4 N1庫區水系規劃圖Fig.4 The water system planning diagram of N1 reservoir area

圖5 工程渣土消納運輸道路平面布置圖Fig.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

經向上海地鐵建設運行單位調查，根據渣土含水情況，入庫渣土可分為盾構土(淤泥質土)、半干半濕土和干燥土三類，三者占比分別約為40%、30%和30%。經實踐探索總結，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土和半干半濕土，采用卸土-晾曬-翻挖-推平的工藝。盾構土經運輸車輛分區傾倒在運輸道路兩側約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，翻曬周期與季節相關，冬季適當延長。待渣土晾曬至推土機可在土方上行走后，自道路兩側向灘涂腹地進行推平作業。每次晾曬厚度控制在60cm。

3.2.4 渣土土質環?？刂品桨?/p>

入庫工程渣土土質環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、源頭調查分析、入庫抽查、場地調查驗收等方法和手段實施環保的全過程監管控制。

首先，出土單位按照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)和《土壤環境質量 建設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，入庫前提供土質檢測報告，未達到標準的渣土不得進入庫區。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重點行業工業用地。其次，委托專業單位對應出土單位土質檢測報告進行入庫渣土隨機取樣監測。監測因子包括：砷、鎘、鉻、銅、鉛、汞、鎳、鋅、六六六、滴滴涕總量、苯并[a]芘。

最后，開展地塊水土環境質量調查驗收。完成消納平整達到設計標準區域采用專業判斷結合系統布點的方法進行場地調查。調查共布設1123個土壤采樣點，343個土壤篩查點，安裝109個地下水監測井，13個地表水和底泥采樣點和6個土壤勘察點(30m)?；诘貕K水土環境質量調查結果，工程渣土消納場土壤和地下水環境質量符合相關標準要求，可按規劃進行后續地塊開發利用。

4 運行狀況與討論

我國工程渣土的生產量居高不下，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用地開發結合，在增加上海市土地儲備的同時，節省了后期土地整理的投資。

南匯東灘N1庫區自2017年2月龍口合龍后，開始進行先期場地消納道路建設，于2017年5月實現工程渣土進場消納。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。庫區內堆填平整完畢、達到農用地標準的土地面積1萬畝，占庫區總面積的50%。并且，在平整完畢區域試種了約1900畝農作物，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 論

通過在南匯東灘N1庫區的工程渣土消納實踐表明，在新圈圍庫區開展大規模工程渣土的消納堆填是可行的?；谠搶嵺`探討了在新圈圍庫區工程渣土消納過程中所面臨的平面布置、運輸道路修筑、渣土的堆填平整工藝和渣土環?？刂茊栴}，并給出相應的解決方案。大規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道路是先決條件，技術人員須重點研究解決。本項目采用堆載預壓、填筑硬質材料、道渣加鋼板讓重載車輛通行壓實路基，加快路基沉降穩定，最后實施水穩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濟有效。在各地方對工程渣土處置環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。渣土土質源頭控制是關鍵，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?？刂品桨?，更需要出土單位、運輸單位、政府監管部門的合作支持。

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、穩定、安全地消納提供借鑒。