巖土工程深基坑施工中酸堿污染修復(fù)研究

關(guān)鍵詞：巖土工程；深基坑施工；酸堿污染土；酸堿污染修復(fù)；土壤應(yīng)力變形

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，裝備制造業(yè)規(guī)模和等級(jí)在不斷提高，需要建設(shè)新的工程或者將老舊的廠房搬遷重建，在此過(guò)程會(huì)發(fā)現(xiàn)酸堿污染問(wèn)題，這對(duì)工程基土的侵蝕非常嚴(yán)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(duì)其進(jìn)行有效的修復(fù)，這對(duì)保護(hù)工程建筑質(zhì)量、優(yōu)化土壤環(huán)境有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

酸堿污染土修復(fù)涉及多門科學(xué)，關(guān)于污染土檢測(cè)研究較為豐富，而對(duì)應(yīng)的修復(fù)手段就相對(duì)稀少和單一，例如：張朝陽(yáng)面對(duì)石油污染土地，使用強(qiáng)化生物堆和生物+植物聯(lián)合修復(fù)工藝，歷經(jīng)8個(gè)月的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，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(nèi)，完美地實(shí)現(xiàn)了石油污染土修復(fù)工作；卞浩針對(duì)氯仿工程土壤污染物，使用熱脫附法進(jìn)行修復(fù)。經(jīng)過(guò)土壤氯仿脫附動(dòng)力學(xué)分析和層間擴(kuò)散模型計(jì)算，得出在熱脫附法300℃，修復(fù)持續(xù)時(shí)間為40分鐘后，氯仿污染物的殘留量小于0.02mg/kg實(shí)現(xiàn)修復(fù)。二者針對(duì)單一污染物設(shè)計(jì)的污染修復(fù)方案，在實(shí)際應(yīng)用中適用范圍小。為此，構(gòu)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(fù)方案，用于修復(fù)遭受酸堿腐蝕應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)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(fù)技術(shù)

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(duì)區(qū)域環(huán)境的溫度和降雨歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算采樣區(qū)域的大氣營(yíng)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(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室。正在施工的巖土工程深基坑平面圖和縱斷面圖，見(jiàn)圖1。

采樣點(diǎn)位在深基坑中應(yīng)均勻分布，深度設(shè)為5.0～5.5米以避免大氣影響。點(diǎn)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(yīng)采用土壤鉆探法或手動(dòng)挖掘法。土壤鉆探法適于較硬的巖土層，而手動(dòng)挖掘法適用于較軟的巖土層。

預(yù)處理是去除樣本中的雜質(zhì)、提高分析的準(zhǔn)確性。步驟包括：去除樣本中的石塊、植物殘?jiān)入s物；將樣本破碎至適當(dāng)?shù)拇笮?，以便后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的處理；對(duì)樣本進(jìn)行干燥、研磨等處理，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求。見(jiàn)表1的儀器設(shè)備對(duì)巖土樣本進(jìn)行分析。

1.2酸堿污染材料制備

選擇HCL作為酸性污染。浸潤(rùn)基坑土壤的濃度基于前人實(shí)驗(yàn)和巖土工程實(shí)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(shí)驗(yàn)對(duì)象是深基坑，可排除降雨對(duì)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(rùn)土壤的液體濃度為4%和10%兩種。

1.3酸堿污染修復(fù)技術(shù)

1.3.1巖土工程深基坑施工措施

采用簡(jiǎn)單的物理修復(fù)，如替換或混合干凈土壤，以稀釋酸堿污染，降低土層應(yīng)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(xué)修復(fù)

選用淋洗和固化一穩(wěn)定技術(shù)作為復(fù)合修復(fù)法。淋洗技術(shù)先噴灑淋洗液，轉(zhuǎn)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(fù)，使重金屬離子向遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移，降低污染濃度。土壤淋洗技術(shù)的機(jī)理：通過(guò)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(luò)合、螯合等化學(xué)反應(yīng)，使污染物從固相轉(zhuǎn)移到液相。淋洗液的選擇至關(guān)重要，要根據(jù)污染物的種類和性質(zhì)來(lái)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(lái)。

使用固化-穩(wěn)定技術(shù)。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(shù)處理后的酸堿污染土，重新埋于基坑。通過(guò)固化形成的穩(wěn)定物，降低了酸堿二次污染風(fēng)險(xiǎn)，并加固土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。固化一穩(wěn)定技術(shù)的機(jī)理是一種土壤修復(fù)法，通過(guò)添加固化劑或穩(wěn)定劑改變污染物性質(zhì)，降低其毒性和遷移性，減少對(duì)環(huán)境及人體的危害。固化劑與污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定化合物，而穩(wěn)定劑則與重金屬離子絡(luò)合或沉淀，降低其溶解度和遷移性。

1.3.3生物修復(fù)

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(fù)。在本修復(fù)方案中使用微生物-巴氏芽孢八疊球菌（ATCC），一種強(qiáng)化土壤質(zhì)量的優(yōu)異菌種進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。和土壤淋洗技術(shù)相輔相成，在土層深處的厭氧環(huán)境中，對(duì)殘留的酸堿污染物質(zhì)沉淀和吸收，修復(fù)受損土壤。

1.4酸堿污染土修復(fù)研究實(shí)驗(yàn)思路

研究實(shí)驗(yàn)的整體思路是將從巖土工程深基坑內(nèi)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(shí)間，令土壤被充分侵蝕。再使用復(fù)合修復(fù)技術(shù)處理酸堿污染土，記錄修復(fù)后土壤的應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)變化。

將采集的土壤分為5份，1份作為對(duì)照，其余4份分別進(jìn)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(cè)量應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)。然后，對(duì)另外兩份腐蝕土進(jìn)行土壤修復(fù)技術(shù)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(yīng)30天后測(cè)量其應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)。另外1份酸性、1份堿性腐蝕土通過(guò)土壤淋洗技術(shù)、固化一穩(wěn)定技術(shù)處理，并添加20g ATCC菌種溶液，靜止反應(yīng)30天，取出測(cè)量經(jīng)修復(fù)后土壤當(dāng)前應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)。ATCC菌種溶液的添加在土壤經(jīng)過(guò)淋洗技術(shù)或固化一穩(wěn)定技術(shù)處理后，且土壤條件調(diào)整到適宜菌種生長(zhǎng)的狀態(tài)下進(jìn)行。ATCC菌種溶液添加到修復(fù)過(guò)程中的土壤中機(jī)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(jī)污染物。

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

土壤結(jié)構(gòu)改善：ATCC菌種中的微生物能夠分泌胞外多糖等物質(zhì)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)。

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

2巖土工程深基坑施工中酸堿污染修復(fù)效果實(shí)驗(yàn)研究

2.1微觀結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)JSM-6490LV掃描電鏡觀察，浸泡在酸堿腐蝕液中的土壤微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯劣化，顆粒減小、結(jié)構(gòu)松散、邊緣模糊。酸性污染導(dǎo)致顆粒更小、結(jié)構(gòu)更疏松，降低土壤負(fù)載力；堿性污染則使土壤結(jié)構(gòu)保持完整但變堅(jiān)硬和脆弱。復(fù)合修復(fù)方法能緊密土體結(jié)構(gòu)、恢復(fù)顆粒與孔隙界限，增強(qiáng)基坑穩(wěn)定性。

2.2酸堿污染修復(fù)效果研究

2.2.1修復(fù)前后巖土工程深基坑的主應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)變化對(duì)比

經(jīng)過(guò)酸堿污染土壤、原始土壤、復(fù)合修復(fù)技術(shù)處理后的土壤進(jìn)行固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)得到相同實(shí)驗(yàn)條件下的酸堿污染土壤和修復(fù)后土壤的應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)關(guān)系，用于驗(yàn)證修復(fù)方法性能。結(jié)果見(jiàn)圖2。

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

2.2.2修復(fù)前后巖土工程深基坑的形變模量和圍壓的變化對(duì)比

酸堿污染都會(huì)軟化土壤，令基坑上方工程建筑容易形變，為此對(duì)比形變模量和圍壓的變化，驗(yàn)證酸堿污染修復(fù)技術(shù)性能。結(jié)果見(jiàn)圖3。

通過(guò)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(guò)所提修復(fù)技術(shù)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(fù)方法是有效的。

3結(jié)束語(yǔ)

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(wèn)題日益凸顯，對(duì)土壤質(zhì)量和工程穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。被酸堿污染后的土壤會(huì)出現(xiàn)軟化問(wèn)題，應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)都會(huì)變化，容易發(fā)生形變，對(duì)正在施工的工程穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)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(fù)研究。通過(guò)綜合應(yīng)用施工措施、物理化學(xué)方法和生物修復(fù)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種復(fù)合修復(fù)方法，旨在從多個(gè)角度全面解決酸堿污染問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)不僅能有效去除酸堿污染，還能顯著提高土壤的硬度等級(jí)和工程穩(wěn)定性。這一研究成果對(duì)于保障深基坑施工安全、促進(jìn)土木工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，也為酸堿污染修復(fù)研究提供新的思路。