日本余泥渣土管理經(jīng)驗與啟示＊

黃 桐，寇世聰，趙玉龍，李大望，劉小勇，邢 鋒1，

（1. 中國地震局工程力學(xué)研究所中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室， 黑龍江 哈爾濱150086；2.廣東省濱海土木工程耐久性重點實驗室，廣東 深圳 518060；3.深圳大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，廣東 深圳 518060；4.恒卓（深圳） 綠色建材科技有限公司，廣東 深圳 518040）

1 引言

日本政府成功申辦2020 年東京奧運會后，試圖以奧運會為契機，促成日本國內(nèi)新一輪的經(jīng)濟發(fā)展，進行了規(guī)模宏大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括磁懸浮中央新干線、城市BRT 系統(tǒng)、筑地水產(chǎn)市場拆除搬遷、虎門之丘建設(shè)、奧運村翻新、豐洲填海區(qū)體育場館建設(shè)等一系列大型工程［1］，但是在拆除、更新及建設(shè)過程中無法避免地產(chǎn)生了大量的建筑廢棄物。作為一種潛在的“城市礦產(chǎn)資源”［2］，建筑廢棄物主要包括混凝土（普通混凝土和瀝青混凝土）、木材、塑料、玻璃、廢紙、橡膠、污泥等，其中混凝土約占建筑廢棄物總量的78%，污泥約占10%，木材約占6%，其他約占6%［3］。目前日本國內(nèi)除建設(shè)污泥再利用率68.8%以外，針對建筑廢棄物的綜合利用率整體達到90%以上，其中混凝土的再利用率基本已達到98%以上［4］。如果僅從以上各品類廢棄物的綜合利用率角度來看，目前，日本對建筑廢棄物的管理與綜合利用近乎完美。然而如果將日本國土交通省從建筑廢棄物名錄中剔除出的“建設(shè)殘土”（以下按照我國稱謂統(tǒng)稱“余泥渣土”） 考慮進來，那么日本在對建筑廢棄物全盤綜合利用方面的成績還是有待商榷的。目前日本針對余泥渣土（不包括建設(shè)污泥） 的綜合利用途徑還比較少，主要作為基礎(chǔ)回填料、壩體或用來填海等，而對被列入建筑廢棄物的建設(shè)污泥的研究則較多：如Miki 等［5］研究了液化土穩(wěn)定方法，并研發(fā)出了一套使用管道攪拌機高速連續(xù)處理余泥渣土的技術(shù)；Kuno［6］研發(fā)了一套Liquefied Stabilized Soil（LSS） 方法，使得被固化后的余泥渣土能像水泥砂漿一樣流動，無需壓實并且被固化后幾乎不被地下水滲透與侵蝕；Katsumi 等［7］則更多關(guān)注余泥渣土的重金屬問題，并提出再回收再利用余泥渣土需要注意其中重金屬的問題；Hidetake［8］將建設(shè)污泥、水泥和飛灰拌和后研制出了一種新的回填材料，將其中的水泥用量降低至70 kg/m3，并成功將9 000 m3的液態(tài)渣土- 水泥混合物用于回填工程。我國對余泥渣土的科學(xué)管理與資源化利用研究起步比較晚［9-10］，目前對余泥渣土的處理方式主要采用填埋［11］，利用率不高。本研究就日本在工程拆除、翻新及建設(shè)中產(chǎn)生的余泥渣土的現(xiàn)狀及問題進行介紹和分析，從而為我國在余泥渣土的減量化及綜合利用上提供一定的借鑒。

2 日本余泥渣土的產(chǎn)生及其組成

余泥渣土一般是地基基礎(chǔ)開挖、地鐵修建、地下商場、地下停車場、工程泥漿、河道疏浚以及人防工程等建筑工程中對現(xiàn)有土地進行開挖后所產(chǎn)生的廢棄物［12-14］。1995—2018 年，因為地產(chǎn)泡沫的破滅［15］，日本的余泥渣土排放量由1995 年的4.45×108m3下降至2008 年的1.40×108m3，因為大幅提升的施工現(xiàn)場場內(nèi)利用率，在接下來的10 a（2008—2018 年），其排放量一直穩(wěn)定在1.3×108～1.4×108m3（圖1），其中約有60%被送往填埋場進行填埋、5%被用于土質(zhì)改良、35%被用于其他工地的工程用土（圖2）。

圖1 1995—2018 年日本工地余泥渣土的排放量

圖2 2008—2018 年日本工地余泥渣土的排放去向

余泥渣土主要由土壤、碎石和砂組成。其中碎石和砂主要由火山巖、變質(zhì)巖和沉積巖等成分構(gòu)成；而由于地質(zhì)和氣候的不同，不同地區(qū)所產(chǎn)生的土壤性質(zhì)差異很大。土壤一般由固相（礦物質(zhì)、有機質(zhì)）、液相（土壤水和溶液） 和氣相（土壤空氣） 3 個部分組成，構(gòu)成土壤本體占量最大的是土壤固相中的礦物質(zhì)。土壤礦物質(zhì)化學(xué)組成75%以上為SiO2、Al2O3、Fe2O3［16］。

日本國土交通省于2006 年基于余泥渣土的土壤類型、強度（圓錐指數(shù)）、含水比等特性將開挖土分為5 類（一直沿用至今），同時在每個分類中依次按照土壤材料的不同分為碎石土、砂土、火山灰質(zhì)黏性土、有機質(zhì)土、高有機質(zhì)土、人工材料、黏性土7 個大分類，進一步細化這7 個大分類后得到了碎石、碎石砂土、砂、碎石質(zhì)砂土碎石、細砂、淤泥、黏土、火山灰質(zhì)黏性土、有機質(zhì)土、改良土等幾個中分類［17］。同時可以發(fā)現(xiàn)從第1 類到第5 類余泥渣土含水比是在不斷上升的（表1）。

表1 日本余泥渣土的分類基準

3 余泥渣土在日本引發(fā)的問題

因為建筑工地上挖出外運的余泥渣土數(shù)量遠遠大于土質(zhì)改良和回收再利用的量，無處可去的余泥渣土最終只能選擇填埋。21 世紀以來，日本各地發(fā)生余泥渣土滑坡事件16 次（表2），造成人員傷亡、森林毀壞、阻塞河道、侵占農(nóng)地、切斷道路、損壞居民房屋以及侵入水庫等一系列問題［18］。隨著日本奧運場館建設(shè)的加快，最近幾年在日本因余泥渣土引發(fā)的問題也越來越嚴峻。

表2 2001—2014 年日本余泥渣土滑坡地點及產(chǎn)生問題統(tǒng)計

為進一步明確余泥渣土問題的地域相關(guān)性，根據(jù)表2 繪制了2001—2014 年日本余泥渣土滑坡地點分布圖，見圖3。從圖中可以看到，日本余泥渣土發(fā)生滑坡地點主要集中在環(huán)東京都（埼玉縣、神奈川縣、千葉縣、山梨縣） 和環(huán)大阪府（奈良縣、滋賀縣、豐能町、和泉市）。根據(jù)GPCI—2018所公布的世界城市群綜合（經(jīng)濟、環(huán)境、交通、研發(fā)、文化等） 排名，東京都和大阪府正好排在日本前兩位［15］，可見城市發(fā)展程度和余泥渣土問題呈正相關(guān)。由于申辦2020 年東京奧運會所產(chǎn)生的大量余泥渣土，使整個東京都陷入渣土圍城的尷尬境地，于是一些不法的承建商將東京產(chǎn)生的上百萬噸余泥渣土運往400 km 以外的沒有頒布余泥渣土相關(guān)管理條例的三重縣進行傾倒，造成當(dāng)?shù)卮笃直粴В?9］。可見余泥渣土已成為日本東京、大阪兩個都市圈無法忽視且急需解決的問題。

圖3 2001—2014 年日本余泥渣土滑坡地點分布

4 日本處理余泥渣土的相關(guān)政策及法規(guī)

余泥渣土是建筑施工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品之一。根據(jù)日本國土交通省規(guī)定，建筑副產(chǎn)品分為建筑廢棄物、金屬、余泥渣土［20］。其中，建筑廢棄物受2002 年頒布并實施的《廢物處置和公共清潔法》（以下簡稱“廢物處置法”） 的約束，得到很好的回收和處理。但除了第5 類土被認為是建筑廢棄物以外（表1），余泥渣土被認為是天然的，無需進行特殊的處理，因此余泥渣土在日本成為“廢物處置法”規(guī)定的免于當(dāng)作廢棄物的廢棄物［21］。從而導(dǎo)致余泥渣土排放者不需要承擔(dān)責(zé)任，其排放的數(shù)量也不受控制。但是余泥渣土大多取自城市或城市周邊，往往表現(xiàn)出明顯的與人類相關(guān)的特征：①因為長年累月使用農(nóng)藥化肥以及工廠生產(chǎn)等導(dǎo)致的土壤污染；②開挖導(dǎo)致的土壤結(jié)構(gòu)喪失及其伴隨減少的通氣、排水、持水、滲透等諸多能力［22］；③因施工需要往渣土里面添加各種藥劑［23］。

這些特征的存在使得余泥渣土并不適合作為一種天然材料直接排放或者填埋。因此，在2009年日本政府針對受污染（如鉻、砷、汞等重金屬污染） 的余泥渣土頒布了《土壤污染對策法案》，法案規(guī)定受到污染的余泥渣土必須進行處理［8］。然而對剩下的90%未被污染的余泥渣土的使用和處置卻仍然沒有具體的法律或制度進行相應(yīng)的規(guī)定或約束［7］。

為了解決和克服現(xiàn)存法律不能適當(dāng)?shù)靥幚碛嗄嘣恋膯栴}，日本地方政府相繼通過頒布各自的余泥渣土管理條例來對本轄區(qū)內(nèi)的余泥渣土進行管理。藤倉發(fā)現(xiàn)從1997 年千葉縣公布第1 條余泥渣土管理條例開始，共有18 個都府縣頒布了各自的余泥渣土管理條例（見圖4）［24］。但是這些管理條例更多的只是禁止外地的余泥渣土進入本地區(qū)和余泥渣土在本地區(qū)的隨意堆放，于是發(fā)生了很多以鄰為壑的非法傾倒余泥渣土事件［19］。

圖4 日本已頒布余泥渣土相關(guān)管理條例的各地方政府

5 日本余泥渣土的管理與綜合利用

5.1 頒布相關(guān)技術(shù)準則

為了使余泥渣土綜合利用遵循相關(guān)的技術(shù)指南與準則，日本國土交通省在1994 年、1999 年先后起草《余泥渣土利用基準》［25］與《建設(shè)污泥再生利用技術(shù)基準（適用范圍建筑物回填，鐵路路基，機場路基加建）》；并最終于2004 年、2006 年分別頒布實施［21］。目前，日本余泥渣土主要用作工程回填材料、公共以及民用工程基礎(chǔ)基底材料、路基材料、河堤材料和填海材料等。根據(jù)上述工程，《余泥渣土利用基準》結(jié)合余泥渣土分類基準對土的工程性能要求，建議第1 類到第4 類余泥渣土綜合利用途徑見表3［17］。

表3 日本余泥渣土（ 除第5 類土建設(shè)污泥外）綜合利用途徑

因為含水量、有機質(zhì)含量、黏性土量等較高，建設(shè)污泥（第5 類余泥渣土） 被認為是建筑廢棄物。根據(jù)2002 年的建筑廢棄物現(xiàn)狀調(diào)查報告，建設(shè)污泥年排出量為8.46×106t，約占建筑廢棄物總量的10%。其中有45%的建設(shè)污泥按照表4 所示的方法進行綜合利用，加上利用脫水法進行減量化1.97×106t，被資源綜合利用和減量化處理的建設(shè)污泥占68.3%。但是同時有2.65×106t（約占脫水后干基質(zhì)量的40%） 的建設(shè)污泥被送往填埋場進行填埋［26］。

表4 日本建設(shè)污泥（ 第5 類余泥渣土） 綜合利用途徑

由于表3～4 中“余泥渣土利用途徑”只是一個指導(dǎo)性文件，對具體做成什么材料并沒有限定。因此近14 年日本國土交通省在指導(dǎo)綜合利用途徑方面變化并不大，其主要在收集、運輸和利用這3個層面進行更加詳盡的管理和登記。

5.2 制定綜合利用技術(shù)路線

考慮到余泥渣土綜合利用需要進行系統(tǒng)化管理才能減少其帶來的諸多問題，日本政府鼓勵從工程設(shè)計階段就采取措施，抑制和減少余泥渣土的產(chǎn)生。在施工前必須對本工地余泥渣土的利用和外運制定計劃，其中包括在進行施工時，要積極收集和提供信息來促進本工地產(chǎn)生的余泥渣土在其他建筑工程項目中的使用，為此日本政府建立了一個“余泥渣土公私有効利用匹配系統(tǒng)（建設(shè)発生土の官民有効利用マッチングシステム，以下簡稱‘匹配系統(tǒng)’）”，對余泥渣土進行管理，具體操作流程見圖5［25］。

施工方通過登錄匹配系統(tǒng)將自己的工程信息，包括匹配系統(tǒng)編號、施工單位名稱、郵編號碼、工程項目所屬地、工程屬性（新建、更新、拆除等）、是需要土還是外運土情況說明、余泥渣土數(shù)量信息精確度（估計數(shù)量、計劃數(shù)量、實際數(shù)量）、余泥渣土挖掘施工與結(jié)束日期、土質(zhì)區(qū)分（第1、2、3、4 類土和污泥）、余泥渣土數(shù)量、施工單位電話號碼、項目所屬施工單位具體管理部門、管理人員職務(wù)、姓名和電子郵箱、余泥渣土挖掘項目名稱、是否有臨時堆場情況說明、余泥渣土數(shù)量最新情報日期、土質(zhì)情報、是否進行過土壤調(diào)查、搬入土預(yù)期用途、需求開始期、需求結(jié)束期、土壤分析試驗結(jié)果（重金屬污染報告等）。在以上信息被上報后，系統(tǒng)依次按國家、縣、市的公共資源、私人公司的次序進行供需方匹配，從而最終實現(xiàn)余泥渣土在施工項目之間的合理利用。同時施工單位必須在施工完成后將計劃和實施記錄等各項信息至少保存1 a 以上。余泥渣土在經(jīng)過匹配系統(tǒng)管理后能夠在工地之間被合理利用，未被利用的余泥渣土將被運往公眾填埋場或余泥渣土回收廠。

圖5 余泥渣土公私有效利用匹配系統(tǒng)示意

6 分析與探討

日本對余泥渣土的管理非常細致，但是由于一些認知體系和實操層面的原因，使得這些管理措施并沒有得到很好的實施，從而阻礙了余泥渣土的綜合利用，并引發(fā)了系列問題，其主要原因如下。

1） 余泥渣土按照土壤圓錐指數(shù)（Cone Index）進行分類不夠合理，土壤圓錐指數(shù)是由圓錐指數(shù)儀測量得到的參數(shù)，有時也稱為土壤穿透阻力（Penetration Resistance，PR），是表征土壤緊實度質(zhì)量性狀的一個重要參數(shù)，主要作為反映土壤松緊程度的指標(biāo)。因為土壤類型的多樣性，可能出現(xiàn)圓錐指數(shù)相同的渣土其成分完全不同的情況，例如土壤圓錐指數(shù)同樣是400 kN/m2的高嶺土和黃褐土，高嶺土的經(jīng)濟價值遠高于黃褐土。此外土壤中砂石含量的不同也會改變其圓錐指數(shù)值。但是如果將以上這兩種情況用土壤圓錐指數(shù)認定為同類土或非同類土，最后可能將人為地減少回收利用這些渣土本應(yīng)該帶來的更高收益，從而最終降低了施工方或回收利用工廠處理這些渣土的積極性。圓錐指數(shù)僅僅是用來計量土壤松緊強度的一個指標(biāo)，如果路基工程、河堤工程或填海工程等能將所挖出的余泥渣土都消耗掉，那么以上分類方法是可行的。然而，事實上每年仍有超過60%的余泥渣土被送往填埋場進行填埋。雖然一個地區(qū)的土壤會因為外力作用、環(huán)境因素發(fā)生結(jié)構(gòu)或成分的局部改變，但是其土壤的整體成分是大體相同的，如果能從資源的角度按照土壤類型（砂質(zhì)土、黏質(zhì)土和壤土） 或組成成分（花崗巖、石英砂、黏土等） 進行劃分，讓綜合利用方可以通過余泥渣土組成成分對其進行價值估算，綜合利用方將更加積極地爭取“有利可圖”的余泥渣土運往其所在的回收工廠，最終促進余泥渣土的綜合利用。

2） 余泥渣土一般都取自城市或城市周邊，由于農(nóng)藥化肥的使用以及工廠排污對相關(guān)土地的污染和擾動，余泥渣土并不適合直接作為天然材料排放，應(yīng)該將其（除建設(shè)污泥外） 列入建筑廢棄物中，并享受同建筑廢棄物一樣的補貼和稅收優(yōu)惠。因為不考慮余泥渣土，導(dǎo)致人為縮小了日本建筑廢棄物的實際產(chǎn)生量，并放大了建筑廢棄物的實際綜合利用率，從而對學(xué)界進行相關(guān)研究、政府制定相關(guān)環(huán)保政策和資本對綜合利用行業(yè)進行投資造成誤導(dǎo)。從表3～4 可以發(fā)現(xiàn)，第1～4 類土的綜合利用途徑明顯不如被列入建筑廢棄物的建設(shè)污泥（第5 類土） 多。

3） 余泥渣土的管理條例應(yīng)提升至日本國家級法律層面，因為都、府、縣各自的立法僅是各地方政府對本地產(chǎn)生余泥渣土的限制和對外地余泥渣土的禁入。從而形成了有管理條例地方向無管理條例地方傾倒的不妥做法，一旦被傾倒地的地方政府因為本轄區(qū)的余泥渣土發(fā)生滑坡或居民投訴，而制定本地區(qū)的余泥渣土管理條例，大家就要尋找另一個沒有余泥渣土管理條例的地方進行所謂的“內(nèi)陸受入”。例如東京都和大阪府兩個都市圈，應(yīng)該對余泥渣土的產(chǎn)生和排放做出更嚴格的限制與管理，鼓勵社會資本進入余泥渣土綜合利用行業(yè)，并禁止余泥渣土運輸企業(yè)將本地的渣土運往其他地方傾倒的“以鄰為壑”的做法。

4） “余泥渣土公私有效利用匹配系統(tǒng)”在細化余泥渣土管理方面做得非常好，但是每一個工地因為余泥渣土土質(zhì)、數(shù)量、運輸距離和施工工期的不同，而具有一個自身的“特殊性”，匹配系統(tǒng)并沒有將這些“特殊性”抹除掉。因此，在2014 年日本有9.04×106m3余泥渣土被送到填埋場進行填埋的同時，又有2.63×106m3的天然土被挖掘出來用于工程建設(shè)［21］。如果能將每一個工地所產(chǎn)生的余泥渣土自身的“特殊性”變?yōu)椤耙话阈浴保赐ㄟ^匹配系統(tǒng)參照市場需求先對余泥渣土進行“一般性”的回收，然后利用市場的力量將這些被綜合利用的余泥渣土消耗，那么就可以避免一邊開采、一邊丟棄的矛盾局面。

7 對我國余泥渣土管理與綜合利用的啟示

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化的穩(wěn)步推進，一些大中城市相繼展開了城市軌道交通和地下空間的營造與開發(fā)，余泥渣土數(shù)量每年以16.2%的速度快速增長［27］，同日本一樣我國也遇到了余泥渣土“圍城”的問題。2015 年深圳由于余泥渣土滑坡導(dǎo)致79 人死亡的事件［28］影響深遠。Zhang等對我國2004—2030 年修建地鐵產(chǎn)生的渣土總量進行了預(yù)估，推算出按照目前處置方式，僅處理這些余泥渣土就需要消耗（212±25） km2的土地［29］，因此對余泥渣土進行管理與綜合利用在我國也顯得越來越迫切。但是在余泥渣土綜合利用的具體落地上，目前卻還沒有較詳細的指導(dǎo)性文件和措施。

總結(jié)日本的經(jīng)驗和教訓(xùn)，得到如下啟示：①制定我國自己的余泥渣土分類標(biāo)準，按照土質(zhì)類型與組成成分進行分類，各地方政府針對自己轄區(qū)的土質(zhì)類型與余泥渣土產(chǎn)生量確定余泥渣土回收工廠的種類與數(shù)量，然后建立相應(yīng)的標(biāo)準，并進行規(guī)劃與投資，同時制定指導(dǎo)性文件時不要限定具體的余泥渣土綜合利用后的產(chǎn)品，但要結(jié)合材料特性給出一定的方向，強調(diào)信息化管理在收集、運輸和利用三者間的連貫性、及時性和目的性；②將余泥渣土歸納為建筑廢棄物的一種，建立激勵機制，對余泥渣土的綜合利用采取補貼和稅收減免政策，鼓勵資本進入余泥渣土綜合利用領(lǐng)域；建立環(huán)境監(jiān)測體系，余泥渣土進行填埋檢測，避免有害的余泥渣土污染環(huán)境；③通過國家立法的方式要求建設(shè)方、設(shè)計方、施工方從源頭開始減量化和資源化處理余泥渣土，最終避免余泥渣土運輸企業(yè)將本地的渣土運往其他地方傾倒的“以鄰為壑”做法；④建立區(qū)域性的甚至跨區(qū)域性的余泥渣土匹配系統(tǒng)來更好地進行資源的調(diào)配，出土方必須在出土前就將可能產(chǎn)出的余泥渣土土質(zhì)類型、組成成分、數(shù)量、出土?xí)r間和地點進行登記上報，收土方根據(jù)自身需求對余泥渣土收納進行報價，出土方根據(jù)最符合自己利益的情況選擇收土方，從而促進全國范圍內(nèi)余泥渣土的利用；⑤鼓勵高等院校和科研機構(gòu)針對余泥渣土的綜合利用進行深入的探索和研究，開發(fā)關(guān)鍵的通用技術(shù)與設(shè)備，做到不同特性的余泥渣土能在同一套設(shè)備上得到良好的綜合利用。

8 結(jié)論

因為起步較晚，在我國開展余泥渣土的綜合利用將是一個長期而復(fù)雜的過程，地區(qū)不同所帶來的工程背景、市場環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)與材料特征的差異，使得綜合利用的方案也各不相同，唯有將處理過程中所遇到的問題及時總結(jié)、歸納和改進，建立健全余泥渣土綜合利用的產(chǎn)業(yè)鏈，才能最終將余泥渣土從“廢棄物”轉(zhuǎn)化為“黃金”。