２０１８年第１期 ＯＯｌ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—２４６９．２０１８．０１．００６ 水利规划与设计 规划战略 南水北调亦庄调节池扩建工程 土方挖填平衡及利用规划 刘烨华，赵子杰，程翠林 （北京市水利规划设计研究院，北京１０００４８） 摘要：北京地区大型调蓄工程土方挖填平衡可减少余土外弃，有效促进工程投资控制、降低资源消耗以及大气环 境治理。通过对亦庄调节池扩建工程挖土平衡状况定量分析，结合工程所在区域的用地和边界条件，应用优 化调整用地项目和减少临时堆土量２个维度的技术方法进行研究，较好地解决了大体量土方临时堆放问题，研究 成果对类似工程项目具有一定的参考价值。 关键词：调节池；土方平衡；水泥土；土方堆放；微地形 中图分类号：ＴＶ８５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—２４６９（２０１８）Ｏ１－００１６—０４ 北京地区近年进行了大规模的河道治理，并兴 意义。 建了大宁调蓄水库、团城湖调节池、亦庄调节池等 大型调蓄工程，挖填土方量多达几百万方，这类工 １ 亦庄调节池扩建工程挖土平衡状况 亦庄调节池是北京市南水北调配套工程调蓄系 统的重要组成部分，对实现南水北调市内配套工程 程如何实现土方挖填平衡减少余土外弃极为重要。 余土外弃带来了诸多问题，首先从控制投资上看， 渣土消纳费在投资审批阶段难以得到认可，而在实 施中却不可避免地要发生，这就意味着渣土消纳方 总体规划、保证供水环路安全输水有着重要作用。 工程分２期建设，其中亦庄调节池一期现已建成投 案在施工过程中不能落地，导致了余土乱堆乱弃不 可控的局面，影响了北京的生产生活环境；再者， 北京市目前垃圾渣土消纳场主要分布在六环以外， 入运行。亦庄调节池扩建工程在一期基础上扩建， 调节池可调蓄容积２０７．５万ｍ 。 亦庄调节池扩建工程除了大型土方工程所共有 外弃土方需进行长距离运输，在运输过程中极易出 现遗洒、扩散现象，加剧了社会交通拥堵和路况不 的上述特点外，在实现土方平衡尽可能不出现余土 外弃的前提下，还存在诸多条件和难点。工程 良；此外，余土消纳属于资源的不合理、低效率的 开发使用，也是北京大气环境污染特别是雾霾不断 加剧的重要原因之一。 场区用地项目多、工期长，可用于容纳土方堆放的 场地面积约ｌ２万ｍ ，根据工程设计方案需要填筑的 土方项目众多、总方量达２６７．７０万ｍ ，均需在项目 用地范围内解决。工程周边为北三海子东路、凉水 目前对大体量的土方平衡设计与规划主要针对 线性工程土方的调配，比如在南水北调中线输水干 线渠道中，通过线性规划或加权平均求得最优的运 距，在上海迪士尼等大型场地市政项目中，对土方 河一街及鹿烧路等社会路网，占地边界明确，在北 京寸土寸金的形势下，另行征地堆存土方困难重重。 本工程尽可能地利用开挖原土，将其中１５１．１０万ｍ 原状土掺拌水泥后改性用于回填，土方在场区进行 搅拌和运输需要堆存和转运场地。而挖、填工程量 分类及调配的方案采用市场化方式统筹考虑，出发 点主要在于如何实现经济效益最大化，北京大型调 蓄工程所在区域的用地和边界明确，应用优化 调整用地项目和减少临时堆土量２个维度的技术方 法进行研究，通过有效的调配方式和技术方法解决 土方平衡及临时堆放问题，在取得社会效益的同时 实现经济效益最大化，对于类似工程有一定的现实 ．在场区平面内和竖向高程上的分布极不对应，对各 施工区用土调配和堆存也形成极大的挑战。 收稿日期：２０１７－０６—２０ 作者简介：刘烨华（１９８２年一），男，高级工程师。 】６． 规划战略 水利规划与设计 表１ 土方分类利用调配 工程量 开挖总量分类土料数量自然方 砂质和粘质粉土、 有机质 粉砂、 粉质粘土 粘土 中细砂 ２０１８年第１期 单位：万ｍ 序号 填土方项目 自然方 素填土 选料要求及利用顺序 １ 池堤改性土回填 ３８．９９ ３８．９９ 优先利用粉质粘土、粘质粉土和砂质粉土， 掺４２５水泥 ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 护底中细砂回填 改性砂质粉土回填 池底基础换填 建筑物基础换填 管周原土回填 微地形回填 ３８．６Ｏ ４８．９．６２ ４．０６ ４０．６４ ３．３Ｏ ３．５５ ２５．６８ 优先利用粉质粘土、粘质粉土或砂质粉土， 掺４２５水泥 ２５ ２１．２８ ４２．５５ ２７．３４ ２７．３４ １８．００ ｌ８．ＯＯ ２１．２８ ４２．５５ 中细砂，掺４２５水泥 中细砂，掺４２５水泥 利用素填土 利用素填土或其它 利用素填土 建筑部分土方回填（含场区） ２６．Ｏ７ ２６．０７ ３．５６ ３．０６ ７９．６３ ６．８５ ９３．０７ ９ 调节池液化基础处理土方回填 ３．５６ １０ １１ 利用开挖细砂料 利用开挖素填土 构筑物部分 小计 ３．０６ ２６７．７０ ８８．１５ 通过优化和调整各类场区用土用地项目等手 段，实现了土方挖填基本平衡，即土方量的平衡和 “时”与“位”的平衡，最大限度地减少了外弃土量， 调节池东侧和北侧的代征绿地区域（调节池坡顶线 及挡墙基坑开挖上开口线以外）布置临时堆土区， 池区开挖上口范围占地５２．１４万１１１ ，扣除地下管 对投资控制有着显著影响，实现投资效益最大化。 线保护改移用地、施工生产生活区、拆除区域需保 留建筑、场区施工道路部分的用地面积共计１０．８０ 万ｍ ，剩余可用的场区面积约１１．８７万ｍ 。 为在亦庄调节池扩建工程十分有限的场地容纳各类 回填土方，控制土方堆存占地的同时不影响工期、 质量和投资目标，本文对调节池扩建工程土方挖填 平衡及利用进行了分析。 ３应用方法及措施 亦庄调节池设计的调节池挖、填总量基本平 ２土方平衡及用地方案 ２．１土方平衡及调配 衡，但挖、填工程量在场区平面内和竖向高程上的 分布极不对应，无法实现随挖随填和各分区的平 衡，产生了相当大的临时堆土用地需求。为在十分 有限的场地内容纳尽可能多的土方，在具体的土方 根据工程总体设计方案，亦庄调节池扩建开挖 总土方３９１．７９万ｍ （其中杂填土为ｌ１３．００万ｍ 开挖后直接外弃），填筑土方２３６．５２万ｍ （压实 方，折合自然方２６７．７０万ｍ ），全部利用开挖料， 余土共计约１１．０９万ｍ 需外弃。见表１。 根据工程的挖填土方量分析，挖填不平衡系数 为１．０３，设计的调节池挖、填总量基本平衡。开 平衡调配中，不仅要考虑可用于回填土方（质）的 土方量（量）的调配，还需考虑施工时间与顺序， 即“时”与“位”的因素。结合工程特点和施工条件， 主要从优化和调整用地项目和减少临时堆土量２个 维度展开，多方面着手，减项减量，以期实现上述 目标。 ３．１优化调整用地项目 挖涉及的土方包括素填土、砂质和粘质粉土、粉质 粘土、有机质粘土、粉砂、中细砂等多类，结合开 挖区域的地层勘察情况，对土方分类进行了土料的 利用与调配。回用的土方全部从开挖料中选料加以 （１）整合不同需求的用地项目。池区及管线开 挖占地属于必占区，否则无法正常施工，而施工生 利用，各类土料采取分区调配后基本可满足回填要 求，其中通过掺拌水泥的回填土方１５１．１０万ｍ ， 根据水泥掺量配合比试验确定掺人量，原状土经掺 拌后达到防渗用土要求。 ２．２场区用地分析 产区和施工生活区不能堆土。根据《北京市南水北 调工程保护办法》（２０１１），东干渠管线保护用地两 侧各ｌＯｍ范围属于堆土区，经过在平面上反 复布置和现场勘查，将部分生活区布置于管线保护 用地范围内，建筑和堆高等重载，主要用于车 调节池扩建区域总占地面积７４．８１万ｍ。，在 辆机械停放、绿化等功能，生产区结合水工建构筑 ·ｌ７· ２０１８年第１期 水利规划与设计 规划战略 物位置邻近灵活布置。地下管线改移用地预留用于 电力、通信及市政给排水管线改移施工，经过多次 方案优化后电力管线设计为杆路，市政给排水管线 取消，地下管线改移用地宽度由ｌＯｍ调整为５～ ６ｍ。不同需求的用地项目经优化整合后，用地面 积得到较大调减。 （２）优化同类工厂设施用地。本项目约１５１万 ｌｎ 开挖土料需掺拌４２５水泥后用于回填，为控制 扬尘并保证水泥土掺拌质量，拟在现场布置拌和系 统进行掺拌，拌和站生产能力提高主要取决于皮带 机输送能力和主机拌和能力，所需的占地面积略有 增加。根据后期的分标情况，可采取一个拌和站同 时供应相邻的２个或多个标段使用，单站的拌和规 模由２００ｍ ／ｈ提高１～２倍时，占地面积增加不到 １／４，在提高拌和站运转效率和基本未增加回用运 距的前提下，可有效减小施工生产区占地。 （３）场区加高的土方回填。结合场区的竖向设 计，对回填高程进行多次优化，在满足排水、景 观、绿化的条件下，尽可能地形成半挖半填的形 式，最终确定的方案主要考虑加大对原土方的利 用，相应减少了外运土方量，场区回填土方增加了 ３１万ｍ ，而加高回填场区高程控制在３３．５ｍ，平 均填高约２．０～２．５ｍ，不新增可用的场区面积。 （４）微地形土方用地优化。场区ｌ临时堆土一般 高度为５—６ｍ，如将部分场区永久回填高度适当增 加至６ｍ以上，对同等方量的土方而言减少了用 地。微地形的布置及形式也提供了优化的可能，微 地形设计几经完善优化，最高填筑高度达９～ｌＯｍ， 平均填筑高度约８ｍ，回填方量约１８万ｍ ，远高 于常规的堆土高度，经过平面布置并测算，此部分 土方从池区开挖后可直接运至回填区域，按设计高 程堆筑一次成型，将临时堆土优化为土地利用率更 高的永久堆筑，故而也缩小了占用的场地。 ３．２优化施工程序及标段划分 （１）根据结构分层和施工顺序优化。本项目开 挖料包括８７万ｍ 改性粘性土料和６４万ｍ 砂性土 料，需掺拌４２５水泥后用于回填。粘性土料位于地 层上部需先开挖，主要用于后期的池底防渗层和堤 防填筑，砂性土料位于地层下部需在后期开挖，主 要用于前期池底及建筑物基础换填，“时”和“位” 不能匹配，必然会产生粘性土料在开挖后的Ｉ临时存 放问题，砂性土料在开挖后经掺拌直接用于基础换 填，在合理的施工组织和管理下，可以实现约１／４ ·１８· 的土方不占用场区临时堆放。 （２）合理划分施工内容及控制进度。本项目杂 填土位于场区西部，成分主要为房渣土、建筑垃 圾，夹杂砂土、碎石和少量生活垃圾，开挖总量 １１３万ｍ ，开挖场区东西宽约１８０～２５０ｍ，南北长 约３９０—４５０ｍ，场区面积约８万ｍ ，除上部少量覆 盖层运至微地形区域外，其他土方全部运弃消纳。 根据现场具备的条件和工程推进的需要，杂填土区 域的开挖及清运提前启动，６个月后启动池区主体 工程，进出水管线在池区回填完成后进行。这种工 作划分和工期安排为土方施工的合理优化创造了有 利条件，在杂填土清运基本完成后进行主体池区开 挖，开挖料在开挖后可直接用于杂填土区域的基础 换填，在减少土方临时堆放的同时也避免了二次 倒运。 （３）标段划分及设置充分考虑土方的合理分 配。各标数量和分界综合考虑余土亏土等平衡情 况，尽可能减少二次倒运的土方量。根据分标土方 盈亏计算，Ｉ、Ⅱ标段亏土以砂性土为主，相邻的 Ⅲ、Ⅳ标余土以砂性土为主，Ｖ标余土则两者均 有，可考虑延后进场施工，先期用于存放Ⅲ、Ⅳ标 上层开挖的粘性土。通过相邻标段间的调配，临时 堆土量从最初的２６５万ｍ 下降到１７３万ｍ ，大大 减少了跨标运输带来的干扰和二次倒运的临时堆 存。标段布置同时也考虑各标的对外交通需求，直 接与凉水河一街、三海子东路等社会主干线相接一 侧均设置主出入口，减少了场区内标段间的环行道 路长度和宽度，场内道路的设置在实施时也具备了 优化空间。 通过应用上述多种方法及手段，可用面积及需 堆存土方对比变化情况见表２，土方分区平衡及调 配示意如图１所示。 ４结论及建议 通过整合不同需求的用地项目、优化同类工厂 设施用地、合理划分施工内容和标段等多方面手段 对用地项目进行优化调配后，场区可用占地面积可 拓展到约２０万ｍ 。而在采取场区加高的土方回 填、优化微地形土方、合理划分施工内容、优化施 工顺序及标段间土方合理调配等多种减量措施，调 配优化土方平衡后得到的最小堆放土方量约１２４万 ｍ ，主要为最后回填的素土和部分粘性土料，其他 砂性土及表层土基本可不占用场区，在实现土方挖 规划战略 表２可用面积及需堆存土方对比变化情况 序号 用地项目 ｌ 原方案 水利规划与设计 ２０１８年第１期 在工程实施过程中，建议合理组织施工，协调 各施工单位周密安排堆区及分配计划，不同土料严 格按施工工序划分堆放区域，回填尽可能随挖随 可用面积变化 堆存土方变化 ／万ｉｎ ／ＴＪ＂ｍ ｌ１．８７ ２６７．７０ ２ 优化项目 ＋７．７８ ＋２．５３ ＋１．１５ 一ｌ４３．９３ 填，以实现全部在厂区内布置分类堆土占地。同时 根据拟定的标段分界土方原则上实现本段自身土方 平衡及利用，尽最大可能减少标段间互相倒运。 调节池工程普遍土方开挖量大而回填方量较 ２．１ 整合不同需求的用地项目 ２．２ ２．３ ２．４ 优化同类工厂设施用地 场区加高的土方回填 微地形土方用地优化 一３Ｉ．００ ＋１．６Ｏ 小，存在对开挖土方如何平衡及有效利用的问题， 一ｌ６．Ｏ０ 一３３．５９ 一６３．３４ ２．５ 结构分层和施工顺序优化 ２．６ 划分施工内容及控制进度 ２．７ ２．８ 本文对如何利用土方、临时存放等方面进行了综合 考虑和有益探索，实现时间上协调利用、空间上挖 分标调配优化土方 场区施工道路 ＋２．５Ｏ 填平衡的同时经济最优，期望能为今后类似工程提 ｌ２３．７７ ３ 优化方案 ｌ９．６５ 供一定的借鉴。 参考文献 ［１］北京市水利规划设计研究院．北京市南水北调配套工程东干渠 亦庄调节池扩建工程初步设计报告［Ｍ］．２０１６． ［２］刘剑，，占小星．响水涧抽水蓄能电站下水库土方工程关 键施工技术［Ｊ］．水利水电技术．２０１５，４６（０５）：３７—４０＋４５． ［３］吴永清．土方开挖与回填技术探讨［Ｊ］．技术与市场，２０１ｌ （１０）：３２—３３． ［４］王燕飞．水利工程土方开挖施工的组织设计要点［Ｊ］．技术与市 场，２０１２（０５）：１３９—１４１． ［５］谭少峰．水库大坝土方开挖及其填筑施工技术探析［Ｊ］．科技与 企业，２０１２（２１）：１８７． ［６］庞学雷．上海迪士尼一期工程项目的土方分类与调配方案设计 ［Ｊ］．建筑施工，２０１２（０５）：３８７． ［７］姜海，孙海波，孟佳佳．古黄河水利枢纽工程土方施工组织与 图１ 土方分区平衡及调配示意 平衡的探讨［Ｊ］．水利建设与管理，２０１４（０４）：１３·１６ ［８］粱颜红．浅议“线性规划”方法在土方工程施工中的应用［Ｊ］． 填平衡的同时基本满足了堆土需要。 茗鱼苫 苫 苔 譬 苫 丧 苔 苔 乏 苗 撰蔷皂笞 河南水利与南水北调，２０１３（１８）：３７．３８． （上接第６页）行政主管部门真正发挥其社会服务和 京：中国水利水电出版社，２０１０． 公共管理职能，尽快制定和颁布实施一些切实可行 的保障制度，使生态调度方案能够早日付诸实施。 本文仅对长春市新立城水库下游生态调度在借鉴国 内外研究成果的基础上做一个初步的研究，得出了 一［４］董哲仁．水库多目标生态调度［Ｊ］．水利水电技术，２００７（０１）： ２８—３２． ［５］艾学山．水库生态调度模型及算法研究［Ｊ］．长江流域资源与环 境，２００８（０５）：４５１—４５５． ［６］蔡其华．充分考虑河流生态系统保护因素完善水库调度方式 些结论。但是，由于问题复杂，加之作者水平局 限，对下游不同对象生态需水分析、研究不是很透 ［Ｊ］．中国水利，２００６（０２）：１４—１７． ［７］张祥伟．湿地生态需水量计算［Ｊ］．水利规划与设计，２００５ （０２）：２３． 彻，有待进一步深入研究。 参考文献 ［１］董哲仁．河流生态恢复的目标［Ｊ］．中国水利，２００４（１０）：６－９． ［８］刘华平，殷国仕，王勇泽．沅水下游河段生态基流估算研究 ［Ｊ］．水利规划与设计，２０１５（０２）：４２．４４． ［９］施文军，凌红波．流域生态需水概念及估算方法评述［Ｊ］．水利 规划与设计，２０１３（０８）：３１．３６． ［１Ｏ］林超，何杉．海河流域生态现状用水量调查和生态需水量计算 ［２］董哲仁．筑坝河流的生态补偿［Ｊ］．中国工程科学，２００６（０１）： ５．１０． 方法［Ｊ］．水利规划与设计，２００３（０２）：１１一ｌ８． ［１１］张晶．水库生态修复若干问题及对策［Ｊ］．水利技术监督， ２０１６（０６）：５５—５６． ［３］王浩，宿政，谢新民，等．流域生态调度理论与实践［Ｍ］．北 ·ｌ９·
