巖土施工技術修復有機物污染土壤的中試研究

(1.上海華誼集團資產管理有限公司，上海 200436；2.上海華誼集團房地產有限公司，上海 200436； 3.上海市地礦建設有限責任公司，上海 200436)

巖土施工技術修復有機物污染土壤的中試研究

王錦淮1，2祝可成3殷俊3

(1.上海華誼集團資產管理有限公司，上海 200436；2.上海華誼集團房地產有限公司，上海 200436； 3.上海市地礦建設有限責任公司，上海 200436)

本文采用高壓旋噴注漿法和攪拌樁注漿法對某有機物污染場地進行原位修復研究，比較了對大深度、重污染有機土壤的修復效果，同時也比較了其施工時長、施工難度和修復成本；進一步研究了水泥添加量為土壤質量3%時，對修復效果的影響。中試試驗表明，兩種方法對土壤中的有機污染物均能達到修復目標，其中高壓旋噴注漿法施工時長更短，難度和成本更低；同時，添加水泥后對修復效果無影響，這為解決施工后場地承載力問題提供了方向。

高壓旋噴注漿法；攪拌樁注漿法；中試；有機物污染土壤；原位修復

有機物污染場地在我國已經逐漸引起了關注和重視，成為了重大環境問題之一。有機物污染場地常用的修復方法有原位修復和異位修復，而針對大深度、難開挖的有機物污染場地，更多的是采用原位修復技術[1]。常用的原位修復技術有：原位抽提、原位熱脫附、原位生物和原位氧化等，相比而言，化學氧化修復法具有去除效率高、修復周期短、二次污染易于控制等優點，近年來取得了較多的成果。張晶等人利用原位多相抽提對某有機復合污染場地地下水進行了修復，并達到了修復目的[2]。劉曉文等人通過向三氯乙烯污染土壤中注入過硫酸鈉氧化劑，經過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南京燕子磯老工業區有機物污染土壤進行了修復，修復效果良好[4]。但原位化學氧化修復法也存在一些不足，比如化學氧化藥劑無法準確到達目標深度，藥劑擴散面積有限，和土壤混合不均，這不僅影響其修復效果，且藥劑使用量偏大[5]。而應用巖土施工技術(高壓旋噴和攪拌注漿)進行注藥可以克服上述傳統注藥法的缺點，同時大大縮短注藥時間，提高修復效果和效率，節約成本。雖然關于巖土施工技術在土壤修復中的應用已有報道，但關于氧化藥劑對設備的腐蝕和施工后地面承載力的問題仍沒有解決。在本研究中，不僅比較了兩種巖土施工技術在實際工程中的修復效果和修復的經濟性，而且解決了氧化藥劑對設備的腐蝕問題，同時也為解決地面承載力問題提供了方向。

1 項目概況

中試項目場地位于上海某開發區，該場地原為某化工企業，占地約為9.3萬平方米。項目場地歷史利用性質屬工業用地，生產裝置于2011年底拆除完成，未來規劃為商辦用地。

1.1 場地地質

根據現場靜力觸探測試與地質取芯等工勘數據，該場地地面下20.0m深度范圍內的土壤類型主要劃分為5個主要層次，其組成及特點如下：

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

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

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

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

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

(6)第⑤層灰色粘土層，含云母、有機質，夾泥鈣質結核，飽和，流塑狀態，高等壓縮性，場地內最厚可達6.8m。

地下水穩定水位標高為1.37～2.82m，埋深為0.66～2.03m。

1.2 污染狀況

在該污染場地選擇了兩塊4m×4m區域分別作為高壓旋噴氧化區域和攪拌樁氧化原位修復區域，如圖1所示。根據前期的場地環境調查發現，該區域主要為有機物污染，污染深度約6m，其中土壤中的有機物污染物主要包括：氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯和1，2-二氯苯。其基本理化性質及目標污染物濃度分別見表1。

表1 原位氧化區土壤基本理化性質及目標污染物濃度

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

圖1 原位氧化修復區平面示意圖

2 修復中試設計和實施

該中試區域主要為氯苯類污染，為難降解污染物，分別通過高壓旋噴和攪拌樁注漿法，將藥劑(過硫酸鈉和液堿)注入污染土壤中。根據之前的實驗研究[6]，為了防止過硫酸鈉和液堿對設備的腐蝕，將高壓旋噴設備的內外管和噴嘴、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鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定深度后，以20-40MPa的壓力把藥劑從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，部分細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生反應，從而達到去除污染物的目的。

在中試現場，采用的是單管高壓旋噴注漿法，其現場中試如圖2所示，施工過程主要如下所述：

圖2 高壓旋噴原位氧化

(1)平整：將污染區域表層渣土進行清挖，對場地表面進行平整，避免土壤表層渣土影響鉆井作業；

(2)定位和鉆孔：在選定區域進行旋噴試驗布點。根據之前的試驗經驗[7]，每個孔位影響直徑800～1000mm，因此每排5個，總布點25個，布點圖如圖3所示。開啟活塞式空氣壓縮機，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，鉆機鉆頭以80r/min的轉速開始鉆孔，下鉆深度6m。在下鉆的過程中，依靠高壓氣體切割的作用，充分擾動下層土壤，加快藥劑的擴散。

圖3 旋噴注入布點示意圖

(4)配制混合藥劑溶液：在鉆孔前，根據不同的孔將一定量的氧化藥劑加入藥劑攪拌設備中，攪拌設備為2m3藥劑池，配備有電動攪拌機，電機功率為3kW。根據前期的實驗室小試結果，其中前兩排孔(1-10點位)注入的藥劑配量：自來水400kg，過硫酸鈉150kg，液堿100kg，水泥100kg。后三排孔(11-25點位)注入的藥劑配量：自來水400kg，過硫酸鈉150kg，液堿100kg。開啟攪拌機，設定轉速為30r/min，攪拌均勻。

(5)注射溶液：待氧化劑溶解完畢后，關閉攪拌機，將高壓泥漿泵取泥管連接至攪拌桶。具體施工參數如下表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：旋噴至設計高度5.0m左右后，拔出噴漿管，注漿結束，漿液填入孔中，多余的漿液集中收集處理。當旋噴提升到設計標高后，旋噴即告結束。施工完畢把注漿管等機具設備沖洗干凈，使管內機內不殘存藥劑漿液。再把藥劑換成水，對著廢液收集池噴射，以便把注漿泵、注漿管軟硬管內的藥劑全部排出，以免藥劑對泵及注漿管造成腐蝕。

(7)養護：待旋噴施工完畢后進行養護管理，養護7d。

表2 旋噴施工參數選擇

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制性攪拌并充分混合，達到藥劑與土壤污染物接觸并發生反應的目的，進而去除污染物。

在該中試現場，攪拌樁注漿法的現場中試如下圖4所示，施工過程主要如下所述：

圖4 攪拌樁原位氧化

(1)平整：將污染區域表層渣土進行清挖，對場

地表面進行平整，避免土壤表層渣土影響施工作業；同時在該區域開挖溝槽，導流攪拌施工中的返漿。

(2)定位和鉆孔：在選定區域進行攪拌試驗布點，每排4個，總布點24個，每個孔位設計影響直徑700mm，相鄰兩孔位搭接200mm，布點圖如圖5所示。采用的是雙軸攪拌樁，攪拌機預攪拌下沉至6.0m，下沉速度為0.8m/min。

圖5 雙軸攪拌樁布點示意圖

(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，同時噴入藥劑，每個樁噴入的藥劑量和配比與高壓旋噴一樣。提升至地樁頂標高(5.0m左右)后，重復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具設備沖洗干凈，確保管內機內不殘存藥劑漿液，以免藥劑對泵及注漿管造成腐蝕。

(5)養護：待攪拌施工完畢后，養護7d。

3 修復效果

高壓旋噴和攪拌樁氧化修復區養護結束后，對修復區內摻入水泥和未摻入水泥區域各采集土壤樣品三個，土壤取樣深度分別為2 m、4 m和6 m，送至第三方檢測單位進行檢測分析。分析結果如下表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*表示上層土壤修復目標值39.3，下層土壤修復目標值116(GB15618-2008)。

從上表可以看出，旋噴氧化區和攪拌樁氧化區土壤中的目標污染物基本沒有檢出，且均遠遠低于修復目標值，說明高壓旋噴注藥法和攪拌樁注藥法對該場地的氯苯類污染土壤具有很好的修復效果，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]。同時發現添加土壤質量3%的水泥后，氧化藥劑對土壤中的目標污染物去除效果沒有影響，證明添加少量水泥不會影響修復效果，這為高壓旋噴和攪拌樁原位氧化修復工藝在后續施工中解決場地承載力問題提供了研究方向。

4 經濟性評價

為了在下一步的場地修復中選擇更合適的修復方法，比較了高壓旋噴注漿法和攪拌樁注漿法在整個原位氧化修復過程中的施工周期、施工難度和修復成本，相關情況如下表4所示。

表4 兩種巖土施工技術的比較

從上表可以看出，高壓旋噴注漿法從施工周期、和修復成本上都要優于攪拌樁注漿法，但是其施工難度略高于攪拌樁注漿法，這主要是因為高壓旋噴設備對安全性要求更高。綜合考慮，高壓旋噴注漿法更適合該有機污染場地的修復。雖然修復成本達到了400元/m3以上，但是如果采用該種方法進行大面積大規模修復，成本將更低。

5 結 論

(1)中試實踐證明，高壓旋噴注漿法和攪拌樁注對該場地大深度、重污染有機土壤具有良好的修復效果。

(2)水泥添加量為土壤質量3%時，對兩種巖土施工技術的修復效果沒有影響，這為高壓旋噴和攪拌樁原位氧化修復工藝在后續施工中解決場地承載力問題提供了研究方向。

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

(4)高壓旋噴注漿法從施工周期和修復成本上都要優于攪拌樁注漿法，在修復實踐中可以選擇高壓旋噴注漿法進行現場修復。

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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，高級工程師，研究方向為污染土壤修復

文獻格式：王錦淮 等.巖土施工技術修復有機物污染土壤的中試研究[J].環境與可持續發展，2017，42(6)：77-80.

X21

A

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