某燃機(jī)電廠污染土勘察與地基基礎(chǔ)方案分析

任亞群，劉益平，陳念軍

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 211102)

1 概述

污染土是指普通地基土受到生產(chǎn)及生活過程中產(chǎn)生的三廢污染物(廢氣、廢液、廢渣)侵蝕而使土質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的一類土。三廢污染物主要是在工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的，有酸、堿、煤焦油、石灰渣等。制造污染物的主要有酸堿生產(chǎn)廠、石油化纖廠、煤氣廠、污水處理廠、燃料庫(kù)、印染、造紙、制革等企業(yè)，此外某些金屬礦、冶煉廠、鑄鋼廠、彈藥庫(kù)等場(chǎng)地的地基土也可能受到污染。

隨著城市建設(shè)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及人們對(duì)居住環(huán)境要求的提高，很多原本位于市區(qū)內(nèi)的企業(yè)陸續(xù)搬遷至市區(qū)外。這些企業(yè)在以往生產(chǎn)活動(dòng)期間的污染物排放和泄漏使得場(chǎng)地土、地下水受到不同程度的污染，場(chǎng)地土的顏色、物理力學(xué)性狀、化學(xué)性質(zhì)、對(duì)建筑材料的腐蝕性等發(fā)生改變，某些污染物甚至?xí)：θ梭w健康和生態(tài)環(huán)境，給類似場(chǎng)地的后續(xù)開發(fā)與利用帶來難題，污染土的勘察與治理也成為巖土工程勘察中的難點(diǎn)。

2 污染土場(chǎng)地的分類

由于各污染土場(chǎng)地的污染源、污染機(jī)理、工程影響等各異，不同類型污染土場(chǎng)地的勘察與治理重點(diǎn)亦不同，需針對(duì)具體工程的具體特點(diǎn)，制定勘察方案，開展污染土的分析與評(píng)價(jià)專題。污染土場(chǎng)地通常可按表1進(jìn)行分類。

表1 污染土場(chǎng)地的分類

場(chǎng)地土對(duì)建筑材料的腐蝕性一般有自然與人為兩種形成因素。自然因素指由于長(zhǎng)期自然作用形成的，如沿海地區(qū)、西部地區(qū)的鹽漬土等，具有范圍廣、深度大、環(huán)境影響小、可借鑒的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)多等特點(diǎn)。人為因素指由于場(chǎng)地土受到污染而形成的，如化工、造紙等老廠址，具有分布不均勻、不易圈定、污染深度相對(duì)淺、常伴隨環(huán)境影響、不確定因素多、勘察中易忽略或遺漏等特點(diǎn)。

3 污染土勘察與評(píng)價(jià)

3.1 工程概況

某燃機(jī)電廠位于某市工業(yè)園區(qū)，擬新建2套180MW級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。廠址原為硫酸生產(chǎn)基地，硫酸廠已于6年前搬遷。根據(jù)土壤分析評(píng)估結(jié)果，場(chǎng)地土已受到一定程度的污染，局部場(chǎng)地土的SO2-4含量超過20000mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性。擬建廠址屬于對(duì)建筑材料具有強(qiáng)腐蝕性的已受污染的擬建場(chǎng)地。因此，本工程勘察的重點(diǎn)之一就是分析評(píng)價(jià)污染導(dǎo)致的對(duì)建筑材料的腐蝕性問題。

3.2 場(chǎng)地使用歷史調(diào)查

場(chǎng)地使用歷史調(diào)查主要包括以下三個(gè)方面：

(1)調(diào)查原工廠產(chǎn)品的類型及生產(chǎn)工藝，分析評(píng)價(jià)污染的類型及對(duì)地基基礎(chǔ)的影響。

(2)調(diào)查原工廠生產(chǎn)建筑物的分布及產(chǎn)品的泄露史等情況，判斷污染源的位置，確定污染土勘察的重點(diǎn)區(qū)域。

(3)調(diào)查原工廠運(yùn)營(yíng)期間污染對(duì)地基基礎(chǔ)的影響情況，如建筑物的不均勻沉降、基礎(chǔ)構(gòu)件的侵蝕等現(xiàn)象，藉此分析場(chǎng)地已受污染影響的程度。

根據(jù)歷史調(diào)查，本工程的場(chǎng)地原為硫酸生產(chǎn)基地，采用接觸制酸法生產(chǎn)工藝，該廠建于上世紀(jì)60年代，硫酸為主要污染物。根據(jù)功能的不同，原工廠可劃分為生產(chǎn)區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、辦公區(qū)、輔助區(qū)等幾個(gè)地段，如圖1所示。顯然，生產(chǎn)區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)是主要的污染源。拆遷期間，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地土的顏色并未發(fā)生明顯變化，但局部伴有輕微刺鼻氣味。由于原工廠拆遷已有一段時(shí)間，原工廠運(yùn)營(yíng)期間污染的影響情況不得而知，因此有待于勘察中查明。

圖1 場(chǎng)地歷史調(diào)查及污染土分區(qū)

3.3 勘察方案策劃

根據(jù)上述分析，結(jié)合發(fā)電工程各階段的勘察目的與要求及本工程的特點(diǎn)，制定了如下污染土的勘察方案：

(1)可行性研究階段：通過調(diào)查、搜資，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)分析，確定污染介質(zhì)的類型及整個(gè)場(chǎng)地污染程度，分析與評(píng)價(jià)污染土對(duì)地基基礎(chǔ)選型的影響，并綜合評(píng)價(jià)擬建場(chǎng)地的適宜性。本階段污染土的勘探點(diǎn)應(yīng)結(jié)合場(chǎng)地使用歷史調(diào)查結(jié)果，主要布置在重點(diǎn)區(qū)域，就本工程而言，重點(diǎn)區(qū)域?yàn)樵蛩釓S的硫酸生產(chǎn)區(qū)與硫酸儲(chǔ)存區(qū)，其他區(qū)域適量布置勘探點(diǎn)。

(2)初步設(shè)計(jì)階段：初步查明污染土分布的平面范圍和深度，按污染程度對(duì)污染土進(jìn)行初步分區(qū)，根據(jù)分區(qū)結(jié)果建議電廠總平布置的優(yōu)化方案，并針對(duì)污染土對(duì)地基基礎(chǔ)方案的影響提出治理措施與意見。本階段污染土的勘探點(diǎn)通常結(jié)合常規(guī)勘探點(diǎn)，呈網(wǎng)格狀布置，在污染源附近適當(dāng)加密；確定污染土與非污染土的深度界限時(shí)，取樣間距不大于1.0m。

(3)施工圖設(shè)計(jì)階段：根據(jù)最終電廠總平布置方案，結(jié)合前期污染土初步分區(qū)結(jié)果，查明污染土分布的平面范圍和深度，最終確定污染土的分區(qū)，針對(duì)具體建筑物的地基基礎(chǔ)方案提出污染土治理的措施與意見。本階段污染土的勘探點(diǎn)在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體建筑物的布置，適當(dāng)加密。

3.4 場(chǎng)地土、水腐蝕性及相關(guān)性分析

廠址淺層的場(chǎng)地土由第四系全新統(tǒng)人工堆積成因的雜填土及全新統(tǒng)沖積成因的粉質(zhì)黏土、粉土夾粉質(zhì)黏土組成，具體如表2所示。

表2 淺層場(chǎng)地土組成及滲透特性

從表中可以看出，層②～④1屬弱～微透水層。根據(jù)地層的滲透系數(shù)估算污染介質(zhì)在地層中的擴(kuò)散性，以層②中擴(kuò)散速度為例，擴(kuò)散速度僅0.05m/a。因此，本工程的污染介質(zhì)SO2-4離子在地層中不易擴(kuò)散，污染區(qū)域主要集中在污染源(生產(chǎn)區(qū)、存儲(chǔ)區(qū))附近，且場(chǎng)地土受污染區(qū)域與地下水受污染區(qū)域應(yīng)基本一致，同一地點(diǎn)的土試樣與地下水試樣的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)基本一致，可相互驗(yàn)證。

對(duì)受污染區(qū)域同一采樣點(diǎn)的土樣、水樣分別進(jìn)行易溶鹽和水質(zhì)簡(jiǎn)分析，并判別對(duì)建筑材料的腐蝕性，結(jié)果見表3。從表中可以看出，在強(qiáng)污染范圍內(nèi)，水位以下場(chǎng)地土的腐蝕性一般強(qiáng)于地下水的腐蝕性；在弱污染范圍內(nèi)，水位以下場(chǎng)地土的腐蝕性一般弱于地下水的腐蝕性。對(duì)于未污染場(chǎng)地，水位以下一般僅取水樣進(jìn)行腐蝕性判別即可。而對(duì)于類似本工程的污染場(chǎng)地，應(yīng)同時(shí)采取土樣、水樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，判別對(duì)建筑材料的腐蝕性。

表3 無干濕交替條件下同一取樣點(diǎn)土樣、水樣試驗(yàn)結(jié)果

3.5 污染土分區(qū)原則與分區(qū)

為了確定污染土治理方案，需查明污染土分布的平面范圍和深度，劃分污染等級(jí)，并按污染等級(jí)進(jìn)行分區(qū)。污染土的空間分布一般均勻性差、污染程度變化大，應(yīng)針對(duì)具體工程的情況，如污染土作用機(jī)理、污染程度等，制定相應(yīng)的污染土分區(qū)方法。綜合各方面因素，本工程的污染土分區(qū)原則為：①場(chǎng)地污染源的分布情況；②黏性土場(chǎng)地的場(chǎng)地土受污染區(qū)域與地下水受污染區(qū)域基本一致；③污染對(duì)工程的影響方式及影響程度；④電廠的總平布置方案；⑤各種可行的污染土治理方案。根據(jù)上述原則，對(duì)污染土的分布進(jìn)行分區(qū)，結(jié)果見圖1。

3.6 污染土工程特性分析

除對(duì)建筑材料的腐蝕性外，場(chǎng)地土經(jīng)酸性介質(zhì)污染后，其工程特性(如強(qiáng)度、變形等指標(biāo))一般會(huì)變差。《巖土工程勘察規(guī)范》[2]規(guī)定采用“工程特性指標(biāo)變化率”來評(píng)價(jià)污染對(duì)場(chǎng)地土的工程特性的影響程度。本工程重點(diǎn)關(guān)注的是污染對(duì)場(chǎng)地土的強(qiáng)度與變形模量的影響，這里通過比較污染區(qū)與非污染區(qū)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊值N的變化來分析污染對(duì)場(chǎng)地土的工程特性的影響程度，如表4所示。

表4 污染前后場(chǎng)地土標(biāo)貫值的變化

從表4可以看出，本工程場(chǎng)地土污染前后標(biāo)貫值N的變化幅度小于10%，污染對(duì)場(chǎng)地土的工程特性的影響程度為輕微。鑒于燃機(jī)電廠重要建筑物的基礎(chǔ)埋深較大，承臺(tái)底一般超過污染深度界限，綜合認(rèn)為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略污染對(duì)場(chǎng)地土的工程特性的影響。

3.7 發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)與場(chǎng)地適宜性

場(chǎng)地淺部土層主要為弱～微滲透性的黏性土，污染介質(zhì)SO2-4離子向周圍環(huán)境擴(kuò)散的范圍有限，污染的影響限于有限的深度范圍內(nèi)，且該范圍內(nèi)污染介質(zhì)的濃度稀釋較慢。另外，原硫酸廠已搬遷6年之久，已無新的污染源持續(xù)污染場(chǎng)地，且場(chǎng)地空置時(shí)間較長(zhǎng)，原有污染介質(zhì)對(duì)場(chǎng)地的影響(對(duì)建筑材料的腐蝕性)已基本穩(wěn)定，故污染無進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)。通過采用適當(dāng)?shù)姆栏胧梢杂行p小污染土的腐蝕性對(duì)地基基礎(chǔ)的影響，故擬建場(chǎng)地綜合評(píng)價(jià)為基本適宜。

4 地基基礎(chǔ)方案分析與污染土治理

4.1 地基基礎(chǔ)方案選型與總平面優(yōu)化建議

本工程場(chǎng)地淺層地基土以可塑狀黏性土為主，其下為厚層軟塑狀黏性土，而燃機(jī)電廠主廠房等重要建筑物荷重均較大。因此，本工程的重要建筑物均不能采用天然地基方案，可考慮采用樁基方案。

從圖1可以看出，受污染區(qū)域最大污染深度為4.80m，污染范圍內(nèi)的場(chǎng)地土、水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具中～強(qiáng)腐蝕性。因此，在確定電廠總平面布置方案時(shí)可根據(jù)污染土的分區(qū)情況進(jìn)行優(yōu)化，建議主廠房等荷重較大、需采用樁基方案的建筑物盡量避開強(qiáng)腐蝕性的污染區(qū)域。

4.2 污染土治理重點(diǎn)

根據(jù)江蘇軟土地區(qū)電力工程多年設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，PHC管樁在施工速度、質(zhì)量控制、造價(jià)和環(huán)境保護(hù)等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)積累了較為成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，是本工程樁基方案的首選樁型。

根據(jù)現(xiàn)行《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》表4的規(guī)定，場(chǎng)地土、水中SO2-4離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性時(shí)，PHC管樁不適用。因此，本工程污染土治理的重點(diǎn)是通過合理、有效的治理措施，確保電廠的重要建筑物采用PHC管樁方案的可行性。

4.3 污染土治理方案分析與建議

一般而言，污染土的治理有如下四種方案：①被動(dòng)防腐措施，即工程防護(hù)方案；②主動(dòng)防腐措施，即全面換土方案；③土壤改良方案；④局部主動(dòng)防腐措施，即局部換土聯(lián)合工程防護(hù)方案。

(1)被動(dòng)防腐措施(工程防護(hù)方案)

被動(dòng)防腐措施對(duì)污染土不處理，僅通過提高材料標(biāo)準(zhǔn)、提高設(shè)計(jì)要求、加強(qiáng)表面防護(hù)等措施解決基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及樁基的防腐問題。被動(dòng)防腐措施具有工期影響小、防腐效果可靠、費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。其中，提高材料標(biāo)準(zhǔn)包括提高混凝土等級(jí)、添加防腐外加劑等；提高設(shè)計(jì)要求包括提高裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)、增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與樁基保護(hù)層厚度、加大基礎(chǔ)埋深等；加強(qiáng)表面防護(hù)指在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及樁基的外表面涂抹防腐涂層。就本工程而言，污染區(qū)范圍內(nèi)采用天然地基方案的建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均可采用被動(dòng)防腐措施。對(duì)于污染區(qū)范圍內(nèi)荷重較大、采用PHC管樁方案的重要建筑物，可考慮加大樁基埋深等方案，使樁基位于污染范圍以下。

(2)主動(dòng)防腐措施(全面換土方案)

主動(dòng)防腐措施對(duì)污染區(qū)范圍內(nèi)的污染土采取全面換土作業(yè)，將污染深度范圍內(nèi)的受污染土全部用非污染土置換，以達(dá)到更好的防腐效果。全面換土直接、快捷地解決了污染土問題，且全面換土后，相應(yīng)區(qū)域內(nèi)無需再采取其它防腐措施。主動(dòng)防腐措施比較適用于小面積污染土的治理，不足之處是要有合適的棄土場(chǎng)所，且處理費(fèi)用較高。本工程污染土分布范圍較大，全面換土工程量大，工期長(zhǎng)，且換出的棄土需進(jìn)行處理或運(yùn)至專門的場(chǎng)地堆放，費(fèi)用高。

(3)土壤改良方案

土壤改良方案指采用挖掘結(jié)合固化/穩(wěn)定化填埋、原位電化學(xué)修復(fù)、土壤沖洗等方法，在原地對(duì)污染土進(jìn)行處理、改良。該方案比較適用于較大面積污染區(qū)域的集中處理，若污染土改良后土壤腐蝕性消除，則其它被動(dòng)防腐措施可以不做。在土壤改良方案具體實(shí)施前，應(yīng)由專業(yè)單位對(duì)污染土改良方案的效果和時(shí)效等進(jìn)行試驗(yàn)研究，且改良后仍需進(jìn)行水、土腐蝕性的驗(yàn)收性檢測(cè)。因此，土壤改良方案明顯不足之處是治理周期長(zhǎng)，有可能會(huì)影響工程進(jìn)度。另外，若采取土壤改良方案后，仍有部分區(qū)域腐蝕性較強(qiáng)，則該區(qū)域的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、樁基仍需采用相應(yīng)的被動(dòng)防腐措施。

土壤改良方案在國(guó)內(nèi)仍處于理論研究層面，實(shí)際應(yīng)用尚少，缺乏相關(guān)業(yè)績(jī)，治理費(fèi)用較高，工期較長(zhǎng)，防腐效果可靠性低，且需待處理評(píng)估完成后方能進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及樁基的施工，難以滿足本工程的進(jìn)度要求，故不建議采用該方案。

(4)局部主動(dòng)防腐措施(局部換土聯(lián)合工程防護(hù)方案)

采用天然地基方案的建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用被動(dòng)防腐措施即可滿足防腐要求。但是，對(duì)于需采用PHC管樁方案的重要建筑物，僅采用被動(dòng)防腐措施是不適用的。局部主動(dòng)防腐措施對(duì)強(qiáng)腐蝕區(qū)域內(nèi)樁身周圍一定范圍內(nèi)具強(qiáng)腐蝕的污染土用非污染土置換，同時(shí)在樁身涂抹防腐涂層，以確保PHC管樁方案可行。當(dāng)強(qiáng)腐蝕性污染土下方尚存在中腐蝕性污染土?xí)r，可采用被動(dòng)防腐措施，對(duì)中腐蝕范圍內(nèi)的樁身涂抹防腐涂層即可。

綜上所述，本工程污染土治理的目的是解決污染土的腐蝕性問題。對(duì)于受污染區(qū)域內(nèi)采用天然地基方案的建筑物，建議采用加強(qiáng)表面防護(hù)措施，即在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外表面涂抹防腐涂層。對(duì)于受污染區(qū)域內(nèi)采用PHC管樁方案的建筑物，建議加大樁基埋深，使樁基位于污染范圍以下，同時(shí)對(duì)樁基承臺(tái)的外表面涂抹防腐涂層。

5 結(jié)論與建議

通過對(duì)該燃機(jī)電廠污染土的專項(xiàng)勘察，解決了污染土場(chǎng)地上新建工程中的相關(guān)難題，本成果可供類似工程借鑒，并得出了如下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)污染土場(chǎng)地一般具有污染范圍分布不均勻、不易圈定、不確定因素多等特點(diǎn)，策劃污染土專項(xiàng)勘察方案時(shí)應(yīng)予以充分注意。

(2)污染土勘察中應(yīng)注重場(chǎng)地歷史情況的調(diào)查工作，為明確各勘察階段污染土勘察的目的與要求提供依據(jù)，以確保勘察方案的可靠性、完善性、針對(duì)性。

(3)對(duì)于黏性土場(chǎng)地，污染介質(zhì)在地層中不易擴(kuò)散，污染區(qū)域一般集中在污染源附近，且場(chǎng)地土受污染區(qū)域與地下水受污染區(qū)域基本一致。與非污染場(chǎng)地不同，判別污染場(chǎng)地土、地下水的腐蝕性時(shí)，應(yīng)同時(shí)采取土樣、水樣進(jìn)行試驗(yàn)分析。

(4)污染土分區(qū)時(shí)應(yīng)綜合考慮場(chǎng)地的使用歷史、場(chǎng)地土的類別、污染對(duì)工程的具體影響以及擬采用的治理方案等因素，并根據(jù)分區(qū)結(jié)果優(yōu)化電廠總平面布置方案。

(5)制定污染土治理方案時(shí)應(yīng)綜合考慮工程質(zhì)量、造價(jià)、工期及環(huán)境保護(hù)等方面的要求，以確保治理方案的經(jīng)濟(jì)性、合理性、便捷性。

[1]傅世法，林頌恩.污染土的巖土工程問題[J].工程勘察，1989.

[2]GB 50021－2001，巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)[S].

[3]中新蘇州工業(yè)園區(qū)清城環(huán)境發(fā)展有限公司.蘇州工業(yè)園區(qū)北部燃機(jī)項(xiàng)目土壤分析評(píng)估報(bào)告[R].