工程渣土在新圈围库区的消纳实践研究——以上海南汇东滩N1库区为例

张文虎，才 多，欧阳礼捷

(1.上海市滩涂生态发展有限公司，上海 200120；2.上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200120； 3.上海滩涂海岸工程技术研究中心，上海 200120)

前 言

科学处置城市大量工程渣土是摆在城市管理者面前的重要课题，许多大城市为此进行了艰苦的探索。上海通过在新圈围库区的工程渣土消纳实践，既保证了上海市重大工程项目的顺利推进，又将工程渣土资源化利用形成可利用的土地。同时保护了水土环境和稀缺的土地资源，杜绝了不规范弃土造成的不良影响，具有显著的社会、环境和经济效益。

上海确定在新圈围滩涂库区实施工程渣土消纳，经过了国土规划、市容环保、城市交通、水务海洋等多部门协同支持、推进落实、督察监管。在落实工程渣土消纳场所后，重点解决了技术上的制约因素，经研究论证制定经济合理、技术可行的实施方案。在工程渣土土壤污染防控上通过污染物指标确定、源头控制、入库抽查、场地调查验收等方法和手段实施环保的有效控制。项目的实践，达到了规范、高效、安全资源化处置大量城市工程渣土的目标；处置工程渣土的技术思路和解决方案是通过检验是有效的。

2020年，建设部相关专家来本项目考察，对工程渣土消纳模式和精细化建设管理给予了高度评价，认为上海在滩涂新圈围区域内资源化利用工程渣土是一种创新，有条件的大城市可借鉴推广。

1 开展工程渣土消纳实践研究的重要意义

随着我国城市基础设施建设的逐步发展，由城市轨道交通、隧道和大型市政项目的建设而产生的工程渣土消纳处置问题日益凸显。以地铁建设为例，按照洞径6m、松散系数1.5初估，则每公里地铁盾构至少产生4.5万m3渣土[1]，每个地铁站台将产生6.95万m3的渣土，经预测至2030年我国地铁余土量将超过2亿m3[2]。目前，我国工程渣土的处置方式以渣土场堆填为主，存在侵占土地资源、污染水体、扬尘等问题[3-4]，同时造成安全和环境隐患。例如，2015年深圳市光明新区余泥渣土临时受纳场发生渣土堆填物滑坡，造成数十人伤亡[5]。因此，近年来国内开展了诸多针对工程渣土的资源化利用研究，包括用于烧制水泥、制砖[3]、生产砂石骨料、烧制陶粒[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、处理效率、环保要求等，采用上述方式资源化利用的工程渣土总量有限。以深圳市为例，全市6家工程渣土综合利用企业的实际处理量仅为设计处理能力的33%[9]。因此，为了寻求更加高效、稳定的工程渣土处理方式，邓昌军等结合云南山区、半山区耕地碎片化、质量低的地区特点，提出采用工程渣土建设高标准农田的建议[10]。

上海是轨道交通和越江隧道建设数量最多城市之一，近年来相继完成了轨道交通14号线、15号线、18号线、江浦路越江隧道及北横通道等大型市政项目的建设，20号线和机场联络线等正在建设当中。2018年～2021年，上海市申报处置的工程渣土总量接近3.5亿t(如图1所示)，年均增长率达19.66%，预计“十四五”期间年出土量可达1亿t[11]。同时，上海作为特大型城市，土地资源短缺，全市耕地面积总量仅为284.7万亩[12]。因此，开展工程渣土大规模规范处置利用迫在眉睫。

2016年，上海市结合长江口综合整治、在南汇东滩促淤区实施了南汇东滩整治一期工程，形成了N1滩涂围区，库内远期规划为农用地。2017年，库区合龙断水后，即在库区内开展工程渣土消纳实践探索。本项目改变了上海传统滩涂围区利用长江口航道疏浚土的方案，通过将工程渣土的处置消纳与农用地开发整理相结合，实现工程渣土资源化利用，减少滩涂成陆的投资成本，形成后续可利用土地资源，解决了城市工程渣土处置问题。本项目的研究和实践，为上海以后乃至其他城市工程渣土的处置消纳提供了宝贵的技术方案和管理经验。

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

2 南汇东滩N1库区概况

南汇东滩整治一期工程位于浦东机场3#围区南侧，于2016年汛后开工建设、2017年2月围堤合龙断水，形成的N1库区内有效圈围面积为2.2万亩。库区内平均滩面高程为2.2m(上海吴淞基准面，下同)，合龙断水后库内常水位2.5m～2.8m，约1/3面积的滩面仍位于水下。库区平面位置如图2所示。库内滩涂表层土主要为近期淤积而成，以软塑、流塑状的淤泥质粘土为主，具有强度低、灵敏性高的特点。

图2 南汇东滩N1库区位置示意图Fig.2 Plan sketch of the N1 reservoir area of East tidal flat in Nanhui

3 库区内工程渣土消纳方案研究

3.1 存在的问题

3.1.1 平面布置问题

N1库区库内为自然淤积的滩涂，不具备消纳条件，需在库区内修筑工程渣土运输道路。为了满足排涝要求，N1库区内规划有泵闸和河道等。因此运输道路需要结合农用地开发的田间道路和水系的防汛抢险专用道路统筹布置，平面布置受到限制。

3.1.2 运输道路的修筑问题

首先是路基材料问题。渣土运输道路可以采用入库的渣土直接堆填，目前国内已有采用工程渣土修筑路基的案例。但是由于上海浅层广泛存在高含水量、高孔隙比、低强度的、以灰色淤泥质粘土为主的海相地层，软土层深厚[13]，上海城市建设产生的工程渣土以淤泥土质为主，采用其筑路必须进行固化处理，修路效率大大降低，不能满足渣土大量入库的要求。且渣土运输车重量可达50～60t，对消纳运输道路的地基承载力要求较高；而渣土运输道路需直接修筑在库区内软弱滩涂上，库内部分滩面仍位于水下，固化渣土的承载力受施工工艺影响大且泡水后会迅速失去强度。其次是沉降问题。市政道路中特重交通的路面结构一般采用钢筋混凝土路面。但是，由于库区内路基软弱、钢筋混凝土路面适应沉降能力差，消纳初期在大量渣土重车碾压下，路基必然会发生较大沉降，届时路面必将频繁发生开裂甚至断板，将极大影响渣土车的运输效率和安全。因此构建稳固、耐用的运输道路的难度大。

表1 南汇东滩N1库区滩涂表层土地层特性Tab.1 Surface soil characteristics of the N1 reservoir area of East tidal flat in Nanhui

3.1.3 渣土的堆填工艺问题

如前所述，入场渣土含水率很高，部分呈流塑状态(如图3所示)。渣土入库后运载汽车只能自卸在运输道路旁边的滩涂上，推土机无法在渣土上行驶作业，对后续堆土机向库区滩地范围堆土带来严重制约。

3.1.4 渣土土质环保控制问题

考虑到工程渣土来源地分布较为分散，建设项目的原状土来至建设用地也有农用地；有基坑土、盾构土，也有河道开挖土，来源复杂。工程渣土可能会受地块历史活动的影响，存在潜在污染。因此，需对工程渣土入库标准、管控手段等制定相应的控制方案。如果失控，一旦有污染土进入库区，对后续土地利用带来不可估量的损失，也将影响库区工程渣土正常消纳。

图3 上海城市建设产生的工程渣土性状(摄于2017年)Fig.3 The property of engineering sediment produced in Shanghai city construction(photographed in 2017)

3.2 解决方案

针对上述问题，在渣土入库堆填过程中，需结合远期土地开发和水系建设，对库区内渣土的堆填范围、运输道路的平面布置、结构及工程渣土的堆填工艺、环保控制进行特别分析研究。

3.2.1 平面布置解决方案

一是将堆填范围与规划相结合。在渣土回填时将规划河道和泵闸的建设范围预留，避免渣土堆填完成后再开挖成河，从根本上解决了后期水系建设过程中可能发生的边坡稳定问题，还降低了水系建设成本和泵闸基坑开挖的难度。根据表1所示的库内土质情况，未来库区内水系建设时期可能面临河道边坡成坡难度大、边坡坍塌、河底隆起等问题，故实践中工程渣土的堆填范围避让规划河口线两侧6～15m，预留足够的地基处理区域以满足后期水系的建设要求。

二是将运输道路布置与规划相结合。为最大限度避免因重复建设引起的不必要的投资，将工程渣土的消纳运输道路与田间道路和河道防汛通道统筹布置。从提高堆填消纳效率的角度，运输道路采用了主干路—分支路的树杈模式，在支路路旁设置消纳作业点，分散作业。根据N1库区内水系规划，库区内被规划纵河先分隔成2大块片区、连同横河与湖区被分隔成10块子区域(如图4所示)。根据上海地区耕作田块建设标准要求，N1库区属于盐化滩涂，田块长度应为300～600m，田块宽度为100～120m[10]。因此，主干路设为南北向、跨横河分布于纵河两侧；分支路设为东西向、布置于子区域内，间距240m，以兼顾两侧田块。

以此布置，库区可消纳渣土面积约为1.8万亩，库内渣土堆填设计高程为4.5m，库内可消纳3464万m3；消纳运输道路共计布置约67km。平面布置如图5所示。

3.2.2 道路结构解决方案

为解决重载车与软弱地基这一矛盾体，必须选择良好的路基材料。在软弱滩涂上修路，路基修筑材料可以使用石料、拆房砖石和袋装砂等。然而上海地区缺乏石料来源、市场购买费用大；拆房砖石供应受市场行为影响大，大多流入其它市政工程建设循环使用，余量很少，供应强度无法保证；袋装砂必须解决砂源问题和供砂成本。因此，工程实际建设过程中，为保证消纳效率，先使用袋装砂构筑先期道路，由政府优先调配拆房砖石、不足余量再由购买石料补齐，最大化利用既有资源，节约投资。对于淤泥层较厚区域，在施工过程中，先行用含水率较低的相对好土对原状淤泥层土进行10m左右高度的堆载预压挤淤，提高地基承载力，然后清除土方到设计高层，再填筑2.5m厚度的硬质材料作为路基基础。对于路基产生的沉降问题，实践过程中采用了分期建设路面的方案。先采用道渣作为路面结构以便随时修补、养护，道渣上方加铺钢板加强防护；当连续2个月的道路实测沉降量小于3mm时，在道渣路面上方实施水稳碎石基层和钢筋混凝土面层作为永久路面，减小由于地基沉降问题导致的路面开裂和断板问题，保障渣土场内运输效率和安全。

注：库内本底滩面高程测量于2016年9月图4 N1库区水系规划图Fig.4 The water system planning diagram of N1 reservoir area

图5 工程渣土消纳运输道路平面布置图Fig.5 The plan layout of transportion ation roads of engineering sediment disposal

3.2.3 消纳堆填工艺解决方案

经向上海地铁建设运行单位调查，根据渣土含水情况，入库渣土可分为盾构土(淤泥质土)、半干半湿土和干燥土三类，三者占比分别约为40%、30%和30%。经实践探索总结，对于干燥土，可直接采用卸土-推平的工艺进行堆填；对于含水率较高的盾构土和半干半湿土，采用卸土-晾晒-翻挖-推平的工艺。盾构土经运输车辆分区倾倒在运输道路两侧约6～8m范围后，先进行自然晾晒，待表层土干燥后，将渣土进行翻挖再次晾晒，翻晒周期与季节相关，冬季适当延长。待渣土晾晒至推土机可在土方上行走后，自道路两侧向滩涂腹地进行推平作业。每次晾晒厚度控制在60cm。

3.2.4 渣土土质环保控制方案

入库工程渣土土质环保管控是一项艰巨且细致的工作，工程渣土土壤污染防控上通过污染物指标确定、源头调查分析、入库抽查、场地调查验收等方法和手段实施环保的全过程监管控制。

首先，出土单位按照《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)和《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)第一类用地筛查值进行评价，入库前提供土质检测报告，未达到标准的渣土不得进入库区。同时，对渣土来源地块和临近地块的历史变迁通过Google Eatht进行历史信息收集，研判是否涉及12+3重点行业工业用地。其次，委托专业单位对应出土单位土质检测报告进行入库渣土随机取样监测。监测因子包括：砷、镉、铬、铜、铅、汞、镍、锌、六六六、滴滴涕总量、苯并[a]芘。

最后，开展地块水土环境质量调查验收。完成消纳平整达到设计标准区域采用专业判断结合系统布点的方法进行场地调查。调查共布设1123个土壤采样点，343个土壤筛查点，安装109个地下水监测井，13个地表水和底泥采样点和6个土壤勘察点(30m)。基于地块水土环境质量调查结果，工程渣土消纳场土壤和地下水环境质量符合相关标准要求，可按规划进行后续地块开发利用。

4 运行状况与讨论

我国工程渣土的生产量居高不下，可以资源化利用的总量有限，工程渣土的处理以异地填埋为主。本研究将工程渣土的消纳处置与农用地开发结合，在增加上海市土地储备的同时，节省了后期土地整理的投资。

南汇东滩N1库区自2017年2月龙口合龙后，开始进行先期场地消纳道路建设，于2017年5月实现工程渣土进场消纳。截止至2023年2月，累计通行车辆210万车次，消纳工程渣土超6000万t，其中消纳地铁出土的盾构土方约2900万t。来土高峰时期日均渣土入库量达5万t，每日进出库区车辆高达千次。修建完成10m宽钢筋砼主干道路14km，5m宽临时支路60km。库区内堆填平整完毕、达到农用地标准的土地面积1万亩，占库区总面积的50%。并且，在平整完毕区域试种了约1900亩农作物，用于改良土壤，以及减少扬尘污染。目前，试种作物生长良好。

5 结 论

通过在南汇东滩N1库区的工程渣土消纳实践表明，在新圈围库区开展大规模工程渣土的消纳堆填是可行的。基于该实践探讨了在新圈围库区工程渣土消纳过程中所面临的平面布置、运输道路修筑、渣土的堆填平整工艺和渣土环保控制问题，并给出相应的解决方案。大规模工程渣土消纳场因重型车辆通行量巨大，修建高标准临时运输道路是先决条件，技术人员须重点研究解决。本项目采用堆载预压、填筑硬质材料、道渣加钢板让重载车辆通行压实路基，加快路基沉降稳定，最后实施水稳碎石基层和钢筋混凝土面层作为永久路面。这个解决方案在软土地基上实施经济有效。在各地方对工程渣土处置环保要求越来越严格的形势下，如何管控土壤污染物指标是一个重要的课题。本项目的管控方法和手段实践证明是有效的。渣土土质源头控制是关键，末端抽查是手段，运输单位准入处罚是威慑。工程渣土资源化处置需要有效的环保控制方案，更需要出土单位、运输单位、政府监管部门的合作支持。

本研究成果对同类城市、同类消纳方式具有借鉴意义，可指导其它城市、其它消纳点制定因地制宜的渣土处置途径，为城市渣土高效、稳定、安全地消纳提供借鉴。