某燃機電廠污染土勘察與地基基礎方案分析

任亞群，劉益平，陳念軍

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102)

1 概述

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

隨著城市建設的發展、產業結構的調整以及人們對居住環境要求的提高，很多原本位于市區內的企業陸續搬遷至市區外。這些企業在以往生產活動期間的污染物排放和泄漏使得場地土、地下水受到不同程度的污染，場地土的顏色、物理力學性狀、化學性質、對建筑材料的腐蝕性等發生改變，某些污染物甚至會危害人體健康和生態環境，給類似場地的后續開發與利用帶來難題，污染土的勘察與治理也成為巖土工程勘察中的難點。

2 污染土場地的分類

由于各污染土場地的污染源、污染機理、工程影響等各異，不同類型污染土場地的勘察與治理重點亦不同，需針對具體工程的具體特點，制定勘察方案，開展污染土的分析與評價專題。污染土場地通常可按表1進行分類。

表1 污染土場地的分類

場地土對建筑材料的腐蝕性一般有自然與人為兩種形成因素。自然因素指由于長期自然作用形成的，如沿海地區、西部地區的鹽漬土等，具有范圍廣、深度大、環境影響小、可借鑒的地區經驗多等特點。人為因素指由于場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、污染深度相對淺、常伴隨環境影響、不確定因素多、勘察中易忽略或遺漏等特點。

3 污染土勘察與評價

3.1 工程概況

某燃機電廠位于某市工業園區，擬新建2套180MW級燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯產機組。廠址原為硫酸生產基地，硫酸廠已于6年前搬遷。根據土壤分析評估結果，場地土已受到一定程度的污染，局部場地土的SO2-4含量超過20000mg/kg，對混凝土結構具有強腐蝕性。擬建廠址屬于對建筑材料具有強腐蝕性的已受污染的擬建場地。因此，本工程勘察的重點之一就是分析評價污染導致的對建筑材料的腐蝕性問題。

3.2 場地使用歷史調查

場地使用歷史調查主要包括以下三個方面：

(1)調查原工廠產品的類型及生產工藝，分析評價污染的類型及對地基基礎的影響。

(2)調查原工廠生產建筑物的分布及產品的泄露史等情況，判斷污染源的位置，確定污染土勘察的重點區域。

(3)調查原工廠運營期間污染對地基基礎的影響情況，如建筑物的不均勻沉降、基礎構件的侵蝕等現象，藉此分析場地已受污染影響的程度。

根據歷史調查，本工程的場地原為硫酸生產基地，采用接觸制酸法生產工藝，該廠建于上世紀60年代，硫酸為主要污染物。根據功能的不同，原工廠可劃分為生產區、存儲區、辦公區、輔助區等幾個地段，如圖1所示。顯然，生產區、存儲區是主要的污染源。拆遷期間，發現場地土的顏色并未發生明顯變化，但局部伴有輕微刺鼻氣味。由于原工廠拆遷已有一段時間，原工廠運營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 場地歷史調查及污染土分區

3.3 勘察方案策劃

根據上述分析，結合發電工程各階段的勘察目的與要求及本工程的特點，制定了如下污染土的勘察方案：

(1)可行性研究階段：通過調查、搜資，結合室內試驗分析，確定污染介質的類型及整個場地污染程度，分析與評價污染土對地基基礎選型的影響，并綜合評價擬建場地的適宜性。本階段污染土的勘探點應結合場地使用歷史調查結果，主要布置在重點區域，就本工程而言，重點區域為原硫酸廠的硫酸生產區與硫酸儲存區，其他區域適量布置勘探點。

(2)初步設計階段：初步查明污染土分布的平面范圍和深度，按污染程度對污染土進行初步分區，根據分區結果建議電廠總平布置的優化方案，并針對污染土對地基基礎方案的影響提出治理措施與意見。本階段污染土的勘探點通常結合常規勘探點，呈網格狀布置，在污染源附近適當加密；確定污染土與非污染土的深度界限時，取樣間距不大于1.0m。

(3)施工圖設計階段：根據最終電廠總平布置方案，結合前期污染土初步分區結果，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，針對具體建筑物的地基基礎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在初步設計的基礎上，結合具體建筑物的布置，適當加密。

3.4 場地土、水腐蝕性及相關性分析

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

表2 淺層場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。根據地層的滲透系數估算污染介質在地層中的擴散性，以層②中擴散速度為例，擴散速度僅0.05m/a。因此，本工程的污染介質SO2-4離子在地層中不易擴散，污染區域主要集中在污染源(生產區、存儲區)附近，且場地土受污染區域與地下水受污染區域應基本一致，同一地點的土試樣與地下水試樣的試驗結果應基本一致，可相互驗證。

對受污染區域同一采樣點的土樣、水樣分別進行易溶鹽和水質簡分析，并判別對建筑材料的腐蝕性，結果見表3。從表中可以看出，在強污染范圍內，水位以下場地土的腐蝕性一般強于地下水的腐蝕性；在弱污染范圍內，水位以下場地土的腐蝕性一般弱于地下水的腐蝕性。對于未污染場地，水位以下一般僅取水樣進行腐蝕性判別即可。而對于類似本工程的污染場地，應同時采取土樣、水樣進行試驗分析，判別對建筑材料的腐蝕性。

表3 無干濕交替條件下同一取樣點土樣、水樣試驗結果

3.5 污染土分區原則與分區

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，并按污染等級進行分區。污染土的空間分布一般均勻性差、污染程度變化大，應針對具體工程的情況，如污染土作用機理、污染程度等，制定相應的污染土分區方法。綜合各方面因素，本工程的污染土分區原則為：①場地污染源的分布情況；②黏性土場地的場地土受污染區域與地下水受污染區域基本一致；③污染對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。根據上述原則，對污染土的分布進行分區，結果見圖1。

3.6 污染土工程特性分析

除對建筑材料的腐蝕性外，場地土經酸性介質污染后，其工程特性(如強度、變形等指標)一般會變差?！稁r土工程勘察規范》[2]規定采用“工程特性指標變化率”來評價污染對場地土的工程特性的影響程度。本工程重點關注的是污染對場地土的強度與變形模量的影響，這里通過比較污染區與非污染區標準貫入試驗的錘擊值N的變化來分析污染對場地土的工程特性的影響程度，如表4所示。

表4 污染前后場地土標貫值的變化

從表4可以看出，本工程場地土污染前后標貫值N的變化幅度小于10%，污染對場地土的工程特性的影響程度為輕微。鑒于燃機電廠重要建筑物的基礎埋深較大，承臺底一般超過污染深度界限，綜合認為地基基礎設計時可以忽略污染對場地土的工程特性的影響。

3.7 發展趨勢預測與場地適宜性

場地淺部土層主要為弱～微滲透性的黏性土，污染介質SO2-4離子向周圍環境擴散的范圍有限，污染的影響限于有限的深度范圍內，且該范圍內污染介質的濃度稀釋較慢。另外，原硫酸廠已搬遷6年之久，已無新的污染源持續污染場地，且場地空置時間較長，原有污染介質對場地的影響(對建筑材料的腐蝕性)已基本穩定，故污染無進一步惡化的趨勢。通過采用適當的防腐措施，可以有效減小污染土的腐蝕性對地基基礎的影響，故擬建場地綜合評價為基本適宜。

4 地基基礎方案分析與污染土治理

4.1 地基基礎方案選型與總平面優化建議

本工程場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，受污染區域最大污染深度為4.80m，污染范圍內的場地土、水對混凝土結構具中～強腐蝕性。因此，在確定電廠總平面布置方案時可根據污染土的分區情況進行優化，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腐蝕性的污染區域。

4.2 污染土治理重點

根據江蘇軟土地區電力工程多年設計、施工經驗，PHC管樁在施工速度、質量控制、造價和環境保護等方面具有明顯的優勢，已經積累了較為成熟的設計和施工經驗，是本工程樁基方案的首選樁型。

根據現行《工業建筑防腐蝕設計規范》表4的規定，場地土、水中SO2-4離子對混凝土結構具強腐蝕性時，PHC管樁不適用。因此，本工程污染土治理的重點是通過合理、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被動防腐措施，即工程防護方案；②主動防腐措施，即全面換土方案；③土壤改良方案；④局部主動防腐措施，即局部換土聯合工程防護方案。

(1)被動防腐措施(工程防護方案)

被動防腐措施對污染土不處理，僅通過提高材料標準、提高設計要求、加強表面防護等措施解決基礎結構及樁基的防腐問題。被動防腐措施具有工期影響小、防腐效果可靠、費用較低等優點。其中，提高材料標準包括提高混凝土等級、添加防腐外加劑等；提高設計要求包括提高裂縫控制標準、增加基礎結構與樁基保護層厚度、加大基礎埋深等；加強表面防護指在基礎結構及樁基的外表面涂抹防腐涂層。就本工程而言，污染區范圍內采用天然地基方案的建筑物的基礎結構均可采用被動防腐措施。對于污染區范圍內荷重較大、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)主動防腐措施(全面換土方案)

主動防腐措施對污染區范圍內的污染土采取全面換土作業，將污染深度范圍內的受污染土全部用非污染土置換，以達到更好的防腐效果。全面換土直接、快捷地解決了污染土問題，且全面換土后，相應區域內無需再采取其它防腐措施。主動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所，且處理費用較高。本工程污染土分布范圍較大，全面換土工程量大，工期長，且換出的棄土需進行處理或運至專門的場地堆放，費用高。

(3)土壤改良方案

土壤改良方案指采用挖掘結合固化/穩定化填埋、原位電化學修復、土壤沖洗等方法，在原地對污染土進行處理、改良。該方案比較適用于較大面積污染區域的集中處理，若污染土改良后土壤腐蝕性消除，則其它被動防腐措施可以不做。在土壤改良方案具體實施前，應由專業單位對污染土改良方案的效果和時效等進行試驗研究，且改良后仍需進行水、土腐蝕性的驗收性檢測。因此，土壤改良方案明顯不足之處是治理周期長，有可能會影響工程進度。另外，若采取土壤改良方案后，仍有部分區域腐蝕性較強，則該區域的基礎結構、樁基仍需采用相應的被動防腐措施。

土壤改良方案在國內仍處于理論研究層面，實際應用尚少，缺乏相關業績，治理費用較高，工期較長，防腐效果可靠性低，且需待處理評估完成后方能進行基礎結構及樁基的施工，難以滿足本工程的進度要求，故不建議采用該方案。

(4)局部主動防腐措施(局部換土聯合工程防護方案)

采用天然地基方案的建筑物的基礎結構采用被動防腐措施即可滿足防腐要求。但是，對于需采用PHC管樁方案的重要建筑物，僅采用被動防腐措施是不適用的。局部主動防腐措施對強腐蝕區域內樁身周圍一定范圍內具強腐蝕的污染土用非污染土置換，同時在樁身涂抹防腐涂層，以確保PHC管樁方案可行。當強腐蝕性污染土下方尚存在中腐蝕性污染土時，可采用被動防腐措施，對中腐蝕范圍內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。對于受污染區域內采用天然地基方案的建筑物，建議采用加強表面防護措施，即在基礎結構的外表面涂抹防腐涂層。對于受污染區域內采用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，同時對樁基承臺的外表面涂抹防腐涂層。

5 結論與建議

通過對該燃機電廠污染土的專項勘察，解決了污染土場地上新建工程中的相關難題，本成果可供類似工程借鑒，并得出了如下幾點結論：

(1)污染土場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，策劃污染土專項勘察方案時應予以充分注意。

(2)污染土勘察中應注重場地歷史情況的調查工作，為明確各勘察階段污染土勘察的目的與要求提供依據，以確?？辈旆桨傅目煽啃?、完善性、針對性。

(3)對于黏性土場地，污染介質在地層中不易擴散，污染區域一般集中在污染源附近，且場地土受污染區域與地下水受污染區域基本一致。與非污染場地不同，判別污染場地土、地下水的腐蝕性時，應同時采取土樣、水樣進行試驗分析。

(4)污染土分區時應綜合考慮場地的使用歷史、場地土的類別、污染對工程的具體影響以及擬采用的治理方案等因素，并根據分區結果優化電廠總平面布置方案。

(5)制定污染土治理方案時應綜合考慮工程質量、造價、工期及環境保護等方面的要求，以確保治理方案的經濟性、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，巖土工程勘察規范(2009年版)[S].

[3]中新蘇州工業園區清城環境發展有限公司.蘇州工業園區北部燃機項目土壤分析評估報告[R].