巖土工程深基坑施工中酸堿污染修復研究

關鍵詞：巖土工程；深基坑施工；酸堿污染土；酸堿污染修復；土壤應力變形

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B

前言

隨著中國工業(yè)化進程不斷加快，裝備制造業(yè)規(guī)模和等級在不斷提高，需要建設新的工程或者將老舊的廠房搬遷重建，在此過程會發(fā)現(xiàn)酸堿污染問題，這對工程基土的侵蝕非常嚴重。為此，巖土工程深基坑施工中一旦發(fā)現(xiàn)了酸堿污染情況，必須對其進行有效的修復，這對保護工程建筑質量、優(yōu)化土壤環(huán)境有著非常重要的現(xiàn)實意義。

酸堿污染土修復涉及多門科學，關于污染土檢測研究較為豐富，而對應的修復手段就相對稀少和單一，例如：張朝陽面對石油污染土地，使用強化生物堆和生物+植物聯(lián)合修復工藝，歷經(jīng)8個月的實驗模擬，可以得出紫花苜蓿草降解石油烴的效率最高，總石油烴污染已經(jīng)降低到正常范圍內，完美地實現(xiàn)了石油污染土修復工作；卞浩針對氯仿工程土壤污染物，使用熱脫附法進行修復。經(jīng)過土壤氯仿脫附動力學分析和層間擴散模型計算，得出在熱脫附法300℃，修復持續(xù)時間為40分鐘后，氯仿污染物的殘留量小于0.02mg/kg實現(xiàn)修復。二者針對單一污染物設計的污染修復方案，在實際應用中適用范圍小。為此，構建適用于大多數(shù)巖土工程深基坑施工的酸堿污染土修復方案，用于修復遭受酸堿腐蝕應力應變性質產(chǎn)生變化的土壤，提高可承載圍壓。

1酸堿污染土制備和修復技術

1.1巖土工程深基坑土壤采集

選擇一處正在施工的巖土工程深基坑，對區(qū)域環(huán)境的溫度和降雨歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算采樣區(qū)域的大氣營力影響范圍為0～4米，采樣深度為5.0～5.5米，將采集的深基坑巖土樣本密封包裹運送到實驗室。正在施工的巖土工程深基坑平面圖和縱斷面圖，見圖1。

采樣點位在深基坑中應均勻分布，深度設為5.0～5.5米以避免大氣影響。點位間距根據(jù)坑的大小和形狀定，確保樣本代表性。采樣方式應采用土壤鉆探法或手動挖掘法。土壤鉆探法適于較硬的巖土層，而手動挖掘法適用于較軟的巖土層。

預處理是去除樣本中的雜質、提高分析的準確性。步驟包括：去除樣本中的石塊、植物殘渣等雜物；將樣本破碎至適當?shù)拇笮。员愫罄m(xù)實驗設備的處理；對樣本進行干燥、研磨等處理，使其滿足實驗要求。見表1的儀器設備對巖土樣本進行分析。

1.2酸堿污染材料制備

選擇HCL作為酸性污染。浸潤基坑土壤的濃度基于前人實驗和巖土工程實際案例選擇4%和10%兩種，分別用于模擬低濃度和高濃度的酸性污染土。由于實驗對象是深基坑，可排除降雨對污染物的稀釋影響。

堿性污染液考慮到周邊的化工廠、制造廠、污水處理廠的廢棄污水，選用NaOH作為堿性污染。浸潤土壤的液體濃度為4%和10%兩種。

1.3酸堿污染修復技術

1.3.1巖土工程深基坑施工措施

采用簡單的物理修復，如替換或混合干凈土壤，以稀釋酸堿污染，降低土層應力變化。用于輕度或小范圍污染，能徹底清除污染物，不影響工程穩(wěn)定性。

1.3.2物理化學修復

選用淋洗和固化一穩(wěn)定技術作為復合修復法。淋洗技術先噴灑淋洗液，轉移重金屬離子到液體中回收，降低毒性和穩(wěn)定性影響，可原位或異位修復，使重金屬離子向遠端轉移，降低污染濃度。土壤淋洗技術的機理：通過向受污染的土壤中噴灑特定的淋洗液，利用淋洗液與土壤中的污染物發(fā)生溶解、絡合、螯合等化學反應，使污染物從固相轉移到液相。淋洗液的選擇至關重要，要根據(jù)污染物的種類和性質來確定，確保有效地將重金屬離子等污染物從土壤中洗脫出來。

使用固化-穩(wěn)定技術。用水泥一類的加固材料與正常土壤相互混合，包裹住經(jīng)歷淋洗技術處理后的酸堿污染土，重新埋于基坑。通過固化形成的穩(wěn)定物，降低了酸堿二次污染風險，并加固土層結構穩(wěn)定。固化一穩(wěn)定技術的機理是一種土壤修復法，通過添加固化劑或穩(wěn)定劑改變污染物性質，降低其毒性和遷移性，減少對環(huán)境及人體的危害。固化劑與污染物發(fā)生化學反應形成穩(wěn)定化合物，而穩(wěn)定劑則與重金屬離子絡合或沉淀，降低其溶解度和遷移性。

1.3.3生物修復

由于施工位置是巖土工程深基坑，坑底距離地面的深度至少是5米，為此不考慮植物修復。在本修復方案中使用微生物-巴氏芽孢八疊球菌（ATCC），一種強化土壤質量的優(yōu)異菌種進行生態(tài)修復。和土壤淋洗技術相輔相成，在土層深處的厭氧環(huán)境中，對殘留的酸堿污染物質沉淀和吸收，修復受損土壤。

1.4酸堿污染土修復研究實驗思路

研究實驗的整體思路是將從巖土工程深基坑內采集的正常土壤，浸泡在不同濃度的酸堿腐蝕液中，靜置一段時間，令土壤被充分侵蝕。再使用復合修復技術處理酸堿污染土，記錄修復后土壤的應力應變性質變化。

將采集的土壤分為5份，1份作為對照，其余4份分別進行4% HCl和10% NaOH的酸堿性腐蝕。使用PVC飽和器常溫常壓浸泡30天，取出測量應力應變性質。然后，對另外兩份腐蝕土進行土壤修復技術處理，包括淋洗、固化和穩(wěn)定，并添加ATCC菌種溶液，再靜止反應30天后測量其應力應變性質。另外1份酸性、1份堿性腐蝕土通過土壤淋洗技術、固化一穩(wěn)定技術處理，并添加20g ATCC菌種溶液，靜止反應30天，取出測量經(jīng)修復后土壤當前應力應變性質。ATCC菌種溶液的添加在土壤經(jīng)過淋洗技術或固化一穩(wěn)定技術處理后，且土壤條件調整到適宜菌種生長的狀態(tài)下進行。ATCC菌種溶液添加到修復過程中的土壤中機理為：

生物降解：ATCC菌種中的某些微生物能夠降解土壤中的有機污染物。

重金屬轉化：部分菌種具有重金屬轉化能力，將土壤中的重金屬離子轉化為低毒或無害的形態(tài)。

土壤結構改善：ATCC菌種中的微生物能夠分泌胞外多糖等物質，促進土壤團聚體的形成，改善土壤結構。

養(yǎng)分循環(huán)：菌種能夠促進土壤中養(yǎng)分的循環(huán)和轉化，提高土壤肥力，有利于植物的生長。

2巖土工程深基坑施工中酸堿污染修復效果實驗研究

2.1微觀結構分析

通過JSM-6490LV掃描電鏡觀察，浸泡在酸堿腐蝕液中的土壤微觀結構發(fā)生明顯劣化，顆粒減小、結構松散、邊緣模糊。酸性污染導致顆粒更小、結構更疏松，降低土壤負載力；堿性污染則使土壤結構保持完整但變堅硬和脆弱。復合修復方法能緊密土體結構、恢復顆粒與孔隙界限，增強基坑穩(wěn)定性。

2.2酸堿污染修復效果研究

2.2.1修復前后巖土工程深基坑的主應力應變性質變化對比

經(jīng)過酸堿污染土壤、原始土壤、復合修復技術處理后的土壤進行固結不排水實驗得到相同實驗條件下的酸堿污染土壤和修復后土壤的應力應變性質關系，用于驗證修復方法性能。結果見圖2。

如圖2所示，酸性污染濃度增加，土壤的主應力差值也就越大，承受的軸向應變程度越小。堿性污染也會出現(xiàn)土壤軟化問題，但隨著濃度的加大，應力差值沒有酸性污染的大，得出酸性污染對泥土的軟化程度高。

2.2.2修復前后巖土工程深基坑的形變模量和圍壓的變化對比

酸堿污染都會軟化土壤，令基坑上方工程建筑容易形變，為此對比形變模量和圍壓的變化，驗證酸堿污染修復技術性能。結果見圖3。

通過圖像看出，酸堿污染都比正常土壤隨圍壓提高變形模量增加程度要高很多，且酸性污染特性要更明顯一些。經(jīng)過所提修復技術處理后，在相同圍壓下，土壤變形模量降低很多，證明所提修復方法是有效的。

3結束語

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，巖土工程深基坑施工中酸堿污染問題日益凸顯，對土壤質量和工程穩(wěn)定性構成嚴重威脅。被酸堿污染后的土壤會出現(xiàn)軟化問題，應力應變性質都會變化，容易發(fā)生形變，對正在施工的工程穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重的影響。為此提出一種巖土工程深基坑施工中酸堿污染修復研究。通過綜合應用施工措施、物理化學方法和生物修復技術，開發(fā)出一種復合修復方法，旨在從多個角度全面解決酸堿污染問題。實驗結果表明，該技術不僅能有效去除酸堿污染，還能顯著提高土壤的硬度等級和工程穩(wěn)定性。這一研究成果對于保障深基坑施工安全、促進土木工程領域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，也為酸堿污染修復研究提供新的思路。