巖土施工技術(shù)修復(fù)有機(jī)物污染土壤的中試研究

(1.上海華誼集團(tuán)資產(chǎn)管理有限公司，上海 200436；2.上海華誼集團(tuán)房地產(chǎn)有限公司，上海 200436； 3.上海市地礦建設(shè)有限責(zé)任公司，上海 200436)

巖土施工技術(shù)修復(fù)有機(jī)物污染土壤的中試研究

王錦淮1，2祝可成3殷俊3

(1.上海華誼集團(tuán)資產(chǎn)管理有限公司，上海 200436；2.上海華誼集團(tuán)房地產(chǎn)有限公司，上海 200436； 3.上海市地礦建設(shè)有限責(zé)任公司，上海 200436)

本文采用高壓旋噴注漿法和攪拌樁注漿法對(duì)某有機(jī)物污染場(chǎng)地進(jìn)行原位修復(fù)研究，比較了對(duì)大深度、重污染有機(jī)土壤的修復(fù)效果，同時(shí)也比較了其施工時(shí)長(zhǎng)、施工難度和修復(fù)成本；進(jìn)一步研究了水泥添加量為土壤質(zhì)量3%時(shí)，對(duì)修復(fù)效果的影響。中試試驗(yàn)表明，兩種方法對(duì)土壤中的有機(jī)污染物均能達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，其中高壓旋噴注漿法施工時(shí)長(zhǎng)更短，難度和成本更低；同時(shí)，添加水泥后對(duì)修復(fù)效果無(wú)影響，這為解決施工后場(chǎng)地承載力問(wèn)題提供了方向。

高壓旋噴注漿法；攪拌樁注漿法；中試；有機(jī)物污染土壤；原位修復(fù)

有機(jī)物污染場(chǎng)地在我國(guó)已經(jīng)逐漸引起了關(guān)注和重視，成為了重大環(huán)境問(wèn)題之一。有機(jī)物污染場(chǎng)地常用的修復(fù)方法有原位修復(fù)和異位修復(fù)，而針對(duì)大深度、難開挖的有機(jī)物污染場(chǎng)地，更多的是采用原位修復(fù)技術(shù)[1]。常用的原位修復(fù)技術(shù)有：原位抽提、原位熱脫附、原位生物和原位氧化等，相比而言，化學(xué)氧化修復(fù)法具有去除效率高、修復(fù)周期短、二次污染易于控制等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)取得了較多的成果。張晶等人利用原位多相抽提對(duì)某有機(jī)復(fù)合污染場(chǎng)地地下水進(jìn)行了修復(fù)，并達(dá)到了修復(fù)目的[2]。劉曉文等人通過(guò)向三氯乙烯污染土壤中注入過(guò)硫酸鈉氧化劑，經(jīng)過(guò)10d氧化，三氯乙烯濃度降低到了10 mg/kg以下[3]。高駿采用高壓旋噴注漿法和深層攪拌法對(duì)南京燕子磯老工業(yè)區(qū)有機(jī)物污染土壤進(jìn)行了修復(fù)，修復(fù)效果良好[4]。但原位化學(xué)氧化修復(fù)法也存在一些不足，比如化學(xué)氧化藥劑無(wú)法準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)深度，藥劑擴(kuò)散面積有限，和土壤混合不均，這不僅影響其修復(fù)效果，且藥劑使用量偏大[5]。而應(yīng)用巖土施工技術(shù)(高壓旋噴和攪拌注漿)進(jìn)行注藥可以克服上述傳統(tǒng)注藥法的缺點(diǎn)，同時(shí)大大縮短注藥時(shí)間，提高修復(fù)效果和效率，節(jié)約成本。雖然關(guān)于巖土施工技術(shù)在土壤修復(fù)中的應(yīng)用已有報(bào)道，但關(guān)于氧化藥劑對(duì)設(shè)備的腐蝕和施工后地面承載力的問(wèn)題仍沒(méi)有解決。在本研究中，不僅比較了兩種巖土施工技術(shù)在實(shí)際工程中的修復(fù)效果和修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性，而且解決了氧化藥劑對(duì)設(shè)備的腐蝕問(wèn)題，同時(shí)也為解決地面承載力問(wèn)題提供了方向。

1 項(xiàng)目概況

中試項(xiàng)目場(chǎng)地位于上海某開發(fā)區(qū)，該場(chǎng)地原為某化工企業(yè)，占地約為9.3萬(wàn)平方米。項(xiàng)目場(chǎng)地歷史利用性質(zhì)屬工業(yè)用地，生產(chǎn)裝置于2011年底拆除完成，未來(lái)規(guī)劃為商辦用地。

1.1 場(chǎng)地地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探測(cè)試與地質(zhì)取芯等工勘數(shù)據(jù)，該場(chǎng)地地面下20.0m深度范圍內(nèi)的土壤類型主要?jiǎng)澐譃?個(gè)主要層次，其組成及特點(diǎn)如下：

(1)淺部①1-1層雜填土含碎磚、碎石等建筑垃圾，夾植物根莖，土質(zhì)不均勻，層厚約0.9～4.2m；

(2)①2層浜填土含大量黑色有機(jī)質(zhì)，局部夾少量碎石及腐殖質(zhì)，該層在場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)，僅在場(chǎng)地西北部和南部有零星出現(xiàn)，層厚約0.50～1.00m；

(3)第②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)粘土，含氧化鐵銹斑及鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部夾薄層粉性土，可塑～軟塑狀態(tài)，中等～高等壓縮性，一般層厚在0.2～4.2m；

(4)第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含云母、有機(jī)質(zhì)，土質(zhì)不均勻，流塑狀態(tài)，高等壓縮性，層厚約0.60～3.00m；

(5)第④層灰色淤泥質(zhì)粘土含云母、有機(jī)質(zhì)，夾極薄層粉砂，土質(zhì)較均勻。流塑狀態(tài)，高等壓縮性，層厚約0.4～4.2m；

(6)第⑤層灰色粘土層，含云母、有機(jī)質(zhì)，夾泥鈣質(zhì)結(jié)核，飽和，流塑狀態(tài)，高等壓縮性，場(chǎng)地內(nèi)最厚可達(dá)6.8m。

地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.37～2.82m，埋深為0.66～2.03m。

1.2 污染狀況

在該污染場(chǎng)地選擇了兩塊4m×4m區(qū)域分別作為高壓旋噴氧化區(qū)域和攪拌樁氧化原位修復(fù)區(qū)域，如圖1所示。根據(jù)前期的場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域主要為有機(jī)物污染，污染深度約6m，其中土壤中的有機(jī)物污染物主要包括：氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯和1，2-二氯苯。其基本理化性質(zhì)及目標(biāo)污染物濃度分別見(jiàn)表1。

表1 原位氧化區(qū)土壤基本理化性質(zhì)及目標(biāo)污染物濃度

注：ND表示未檢出，39.3/116*表示上層土壤修復(fù)目標(biāo)值39.3，下層土壤修復(fù)目標(biāo)值116(GB15618-2008)。

圖1 原位氧化修復(fù)區(qū)平面示意圖

2 修復(fù)中試設(shè)計(jì)和實(shí)施

該中試區(qū)域主要為氯苯類污染，為難降解污染物，分別通過(guò)高壓旋噴和攪拌樁注漿法，將藥劑(過(guò)硫酸鈉和液堿)注入污染土壤中。根據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)研究[6]，為了防止過(guò)硫酸鈉和液堿對(duì)設(shè)備的腐蝕，將高壓旋噴設(shè)備的內(nèi)外管和噴嘴、攪拌樁的噴頭等鐵制品替換成了不銹鋼制品。

2.1 高壓旋噴注漿法

高壓旋噴注漿法主要是通過(guò)鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層預(yù)定深度后，以20-40MPa的壓力把藥劑從噴嘴中噴射出來(lái)，形成噴射流沖擊破壞土層，部分細(xì)小的土料隨著藥劑冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力，離心力和重力等作用下，與藥劑攪拌混合，藥劑與土壤中的污染物發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到去除污染物的目的。

在中試現(xiàn)場(chǎng)，采用的是單管高壓旋噴注漿法，其現(xiàn)場(chǎng)中試如圖2所示，施工過(guò)程主要如下所述：

圖2 高壓旋噴原位氧化

(1)平整：將污染區(qū)域表層渣土進(jìn)行清挖，對(duì)場(chǎng)地表面進(jìn)行平整，避免土壤表層渣土影響鉆井作業(yè)；

(2)定位和鉆孔：在選定區(qū)域進(jìn)行旋噴試驗(yàn)布點(diǎn)。根據(jù)之前的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)[7]，每個(gè)孔位影響直徑800～1000mm，因此每排5個(gè)，總布點(diǎn)25個(gè)，布點(diǎn)圖如圖3所示。開啟活塞式空氣壓縮機(jī)，工作壓力為0.9MPa；開啟柱塞式高壓注漿泵，泥漿泵壓力為25MPa，在確定2.5mm噴嘴完好的情況下，鉆機(jī)鉆頭以80r/min的轉(zhuǎn)速開始鉆孔，下鉆深度6m。在下鉆的過(guò)程中，依靠高壓氣體切割的作用，充分?jǐn)_動(dòng)下層土壤，加快藥劑的擴(kuò)散。

圖3 旋噴注入布點(diǎn)示意圖

(4)配制混合藥劑溶液：在鉆孔前，根據(jù)不同的孔將一定量的氧化藥劑加入藥劑攪拌設(shè)備中，攪拌設(shè)備為2m3藥劑池，配備有電動(dòng)攪拌機(jī)，電機(jī)功率為3kW。根據(jù)前期的實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果，其中前兩排孔(1-10點(diǎn)位)注入的藥劑配量：自來(lái)水400kg，過(guò)硫酸鈉150kg，液堿100kg，水泥100kg。后三排孔(11-25點(diǎn)位)注入的藥劑配量：自來(lái)水400kg，過(guò)硫酸鈉150kg，液堿100kg。開啟攪拌機(jī)，設(shè)定轉(zhuǎn)速為30r/min，攪拌均勻。

(5)注射溶液：待氧化劑溶解完畢后，關(guān)閉攪拌機(jī)，將高壓泥漿泵取泥管連接至攪拌桶。具體施工參數(shù)如下表2所示。采用邊提升邊注射的方式將藥劑由下往上注入污染土壤中。

(6)拔管及沖洗：旋噴至設(shè)計(jì)高度5.0m左右后，拔出噴漿管，注漿結(jié)束，漿液填入孔中，多余的漿液集中收集處理。當(dāng)旋噴提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，旋噴即告結(jié)束。施工完畢把注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，使管內(nèi)機(jī)內(nèi)不殘存藥劑漿液。再把藥劑換成水，對(duì)著廢液收集池噴射，以便把注漿泵、注漿管軟硬管內(nèi)的藥劑全部排出，以免藥劑對(duì)泵及注漿管造成腐蝕。

(7)養(yǎng)護(hù)：待旋噴施工完畢后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，養(yǎng)護(hù)7d。

表2 旋噴施工參數(shù)選擇

2.2 攪拌樁注漿法

攪拌樁注漿法是用壓縮空氣將藥劑噴入地基土層中，憑借鉆頭在原位與土強(qiáng)制性攪拌并充分混合，達(dá)到藥劑與土壤污染物接觸并發(fā)生反應(yīng)的目的，進(jìn)而去除污染物。

在該中試現(xiàn)場(chǎng)，攪拌樁注漿法的現(xiàn)場(chǎng)中試如下圖4所示，施工過(guò)程主要如下所述：

圖4 攪拌樁原位氧化

(1)平整：將污染區(qū)域表層渣土進(jìn)行清挖，對(duì)場(chǎng)

地表面進(jìn)行平整，避免土壤表層渣土影響施工作業(yè)；同時(shí)在該區(qū)域開挖溝槽，導(dǎo)流攪拌施工中的返漿。

(2)定位和鉆孔：在選定區(qū)域進(jìn)行攪拌試驗(yàn)布點(diǎn)，每排4個(gè)，總布點(diǎn)24個(gè)，每個(gè)孔位設(shè)計(jì)影響直徑700mm，相鄰兩孔位搭接200mm，布點(diǎn)圖如圖5所示。采用的是雙軸攪拌樁，攪拌機(jī)預(yù)攪拌下沉至6.0m，下沉速度為0.8m/min。

圖5 雙軸攪拌樁布點(diǎn)示意圖

(3)提升和噴漿：雙軸攪拌樁采用兩噴三攪工藝，以0.5m/min的速度提升，同時(shí)噴入藥劑，每個(gè)樁噴入的藥劑量和配比與高壓旋噴一樣。提升至地樁頂標(biāo)高(5.0m左右)后，重復(fù)下沉攪拌和提升噴藥及攪拌。

(4)拔管及沖洗：施工完畢后把注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，確保管內(nèi)機(jī)內(nèi)不殘存藥劑漿液，以免藥劑對(duì)泵及注漿管造成腐蝕。

(5)養(yǎng)護(hù)：待攪拌施工完畢后，養(yǎng)護(hù)7d。

3 修復(fù)效果

高壓旋噴和攪拌樁氧化修復(fù)區(qū)養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，對(duì)修復(fù)區(qū)內(nèi)摻入水泥和未摻入水泥區(qū)域各采集土壤樣品三個(gè)，土壤取樣深度分別為2 m、4 m和6 m，送至第三方檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè)分析。分析結(jié)果如下表3所示。

表3 旋噴和攪拌樁氧化后土壤中污染物殘留量

注：ND表示未檢出，39.3/116*表示上層土壤修復(fù)目標(biāo)值39.3，下層土壤修復(fù)目標(biāo)值116(GB15618-2008)。

從上表可以看出，旋噴氧化區(qū)和攪拌樁氧化區(qū)土壤中的目標(biāo)污染物基本沒(méi)有檢出，且均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于修復(fù)目標(biāo)值，說(shuō)明高壓旋噴注藥法和攪拌樁注藥法對(duì)該場(chǎng)地的氯苯類污染土壤具有很好的修復(fù)效果，主要原因是高壓旋噴注藥法和攪拌樁注藥法可以使土壤與氧化藥劑混合均勻，使藥劑與污染物充分接觸[8]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)添加土壤質(zhì)量3%的水泥后，氧化藥劑對(duì)土壤中的目標(biāo)污染物去除效果沒(méi)有影響，證明添加少量水泥不會(huì)影響修復(fù)效果，這為高壓旋噴和攪拌樁原位氧化修復(fù)工藝在后續(xù)施工中解決場(chǎng)地承載力問(wèn)題提供了研究方向。

4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

為了在下一步的場(chǎng)地修復(fù)中選擇更合適的修復(fù)方法，比較了高壓旋噴注漿法和攪拌樁注漿法在整個(gè)原位氧化修復(fù)過(guò)程中的施工周期、施工難度和修復(fù)成本，相關(guān)情況如下表4所示。

表4 兩種巖土施工技術(shù)的比較

從上表可以看出，高壓旋噴注漿法從施工周期、和修復(fù)成本上都要優(yōu)于攪拌樁注漿法，但是其施工難度略高于攪拌樁注漿法，這主要是因?yàn)楦邏盒龂娫O(shè)備對(duì)安全性要求更高。綜合考慮，高壓旋噴注漿法更適合該有機(jī)污染場(chǎng)地的修復(fù)。雖然修復(fù)成本達(dá)到了400元/m3以上，但是如果采用該種方法進(jìn)行大面積大規(guī)模修復(fù)，成本將更低。

5 結(jié) 論

(1)中試實(shí)踐證明，高壓旋噴注漿法和攪拌樁注對(duì)該場(chǎng)地大深度、重污染有機(jī)土壤具有良好的修復(fù)效果。

(2)水泥添加量為土壤質(zhì)量3%時(shí)，對(duì)兩種巖土施工技術(shù)的修復(fù)效果沒(méi)有影響，這為高壓旋噴和攪拌樁原位氧化修復(fù)工藝在后續(xù)施工中解決場(chǎng)地承載力問(wèn)題提供了研究方向。

(3高壓旋噴注漿法和攪拌樁注漿法修復(fù)成本(不超過(guò)500元/m3)相較于傳統(tǒng)注藥法(800～900元/m3)[4]更低，同時(shí)施工周期短、效率高、修復(fù)效果好。

(4)高壓旋噴注漿法從施工周期和修復(fù)成本上都要優(yōu)于攪拌樁注漿法，在修復(fù)實(shí)踐中可以選擇高壓旋噴注漿法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。

[1]苗竹，魏麗，呂正勇，等.原位化學(xué)氧化技術(shù)在有機(jī)污染場(chǎng)地的應(yīng)用[C].中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)，2015.

[2]張晶，張峰，馬烈.多相抽提和原位化學(xué)氧化聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用-某有機(jī)復(fù)合污染場(chǎng)地地下水修復(fù)工程案例[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2016，42(3)：154-158.

[3]劉曉文，李榮飛，李霞，等.過(guò)硫酸鈉原位修復(fù)三氯乙烯污染土壤的模擬研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(11)：2935-2940.

[4]高駿.巖土施工技術(shù)在污染場(chǎng)地治理中的應(yīng)用研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2016，43(3)：75-79.

[5]吳昊.大連某TPH污染場(chǎng)地原位強(qiáng)化過(guò)硫酸鈉修復(fù)技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)大學(xué)，2017.

[6]宋剛練，江建斌，?？沙?，等.土壤修復(fù)氧化/還原試劑對(duì)高壓旋噴設(shè)備的腐蝕性研究[J].建筑科技，2017，1(2)：39-41.

[7]宋剛練，牌衛(wèi)衛(wèi)，江建斌.應(yīng)用于污染場(chǎng)地原位修復(fù)的旋噴工藝設(shè)計(jì)研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2017，7(44)：85-89.

[8]高艷麗，李書鵬，劉淵文，等.一種土壤修復(fù)高壓注射旋噴鉆機(jī)：CN203655148U[P].2014.

Pilot-scaleStudyonApplicationofGeotechnicalConstructionTechnologyinOrganicContaminatedSoil

WANG Jinhuai1，2ZHU Kecheng3YIN Jun3

(1.Shanghai Huayi Group Assets Management Co.，Ltd.，Shanghai 200436； 2.Shanghai Huayi Group Real Estate Co.，Ltd.，Shanghai 200436； 3.Shanghai Geological Construction Company Co.，Ltd.，Shanghai 200436)

In this paper，in-situ remediation of organic contaminated site by high pressure rotary jet grouting and deep mixing methods was investigated，and compared the remediation effect in large depth and heavy contaminated soil as well as the construction time，construction difficulty and remediation costs. Meanwhile，the remediation effect was investigated in cement adding amount of 3% for soil quality. Pilot test show that two methods can achieve the remediation goal for organic pollutants in the soil. The construction time of high-pressure rotary jet grouting is shorter，and the construction difficulty and cost is lower. Moreover，there is no influence on remediation after adding cement，which provides a direction to solve the problem of ground bearing capacity after construction.

high pressure rotary jet grouting；deep mixing methods；pilot test；organic contaminated soil；in-situ remediation

王錦淮，工商管理碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槲廴就寥佬迯?fù)

文獻(xiàn)格式：王錦淮 等.巖土施工技術(shù)修復(fù)有機(jī)物污染土壤的中試研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(6)：77-80.

X21

A

1673-288X(2017)06-0077-04