地基處理技術中的若干環境巖土工程問題

孫 炎

（上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200125）

0 引言

地基處理技術作為一種技術手段，被用來解決基礎工程施工期或使用期存在的一些特殊地基問題，例如軟弱地基的處理，地基變形遏制等。目前，有關以巖土工程技術為基礎，結合環境科學而發展起來的環境巖土工程方面的研究與開發應用在國內外受到越來越多的重視，各種新技術的開發和應用取得了豐碩的成果，它主要是應用巖土力學的觀點、技術和方法為治理和保護環境服務。本文旨在對地基處理技術中有關環境巖土工程問題進行比較系統的論述，以有利于解決地基處理技術中有關的環境巖土問題,提高環境質量以及發展地基處理技術。

1 地基處理方法中主要的環境巖土工程問題

1.1 地基處理技術中的振動、噪聲問題

不少地基處理方法，如強夯法、強夯置換法等地基處理方法是利用夯錘自由下落的沖擊波使地基密實。強夯的巨大沖擊能量可以使附近的場地下沉和隆起，并以沖擊波的形式向外傳播，對附近的土體及周圍的建筑產生擾動影響，引起場地表面和建筑物不同程度的損傷與破環，對人的身心健康造成危害，并產生振動和噪聲等環境公害。這種擾動所引起的環境公害是多方面的，下面僅對強夯引起的土體變形與振動擾動進行論述。

1.1.1 強夯引起的土體變形

強夯對土體的變形性質的擾動可分為沉陷、隆起及振陷。研究表明，在土中強夯，附近地表的變形特性隨土質、土的含水量、孔隙比等的差異而變化。土體天然含水量較小時，夯坑深度較大，有的達到5 m，一般為1～2 m（也有的夯坑很淺，只有幾毫米），夯坑側面土的隆起與位移量較小，隨后轉為下沉及向坑心位移。如果土體天然含水量超過最佳含水量，夯坑相對深度較淺，夯坑側面土的隆起與位移量較大。

1.1.2 強夯引起的振動

1.1.2.1 強夯的振動特征[1]

強夯施工過程中，在夯錘落地的瞬間，一部分動能轉換為沖擊波，從夯點以波的形式向外傳播，并引起地表震動。其中面波僅在地表傳播引起地表振動，其振動強度隨著夯點距離的增加而減弱；當夯點周圍一定范圍內的地表震動強度達到一定數值時，會引起建筑物、構筑物的共振，從而使之產生不同程度的損傷和破壞等公害。研究這種環境擾動公害的目的在于如何合理選定夯擊能量與夯擊方式，使得強夯所產生的沖擊振動不至于危及周圍的建筑物和構筑物；同時根據振動特征制定相應的隔振與控制措施。

1.1.2.2 強夯引起的振動對周圍建筑物的擾動影響

由上述強夯振動特征可知，強夯所引起的振動與地震明顯不同，因此危害也不同。但目前尚未形成對建筑物危害判別的統一標準，而多參照爆破破環的判別標準，其中有的以爆破地震烈度表進行控制，有的則以建筑物附近地面的最大振動速度進行控制。

強夯振動同時產生噪音。大量實測表明，即使在夯點60 m以外，噪音依然超過80 dB，超過國家規定。噪音會對人體產生影響，特別對高層居民影響更大。施工中產生的噪音既干擾人們的交談，又能引起人的精神煩惱和注意力分散，還能引起人的疲勞，降低施工人員的工作效率。因此在強夯施工時，應采取合理的降低噪音的措施。

1.1.2.3 強夯擾動引起的環境公害控制[2]

在強夯一定范圍內的地面，將發生豎向和水平向的位移，還會產生很高的孔隙水壓力。大量的土體位移，常導致鄰近的建筑物發生裂縫，并引起道路路面損壞、水管破裂、煤氣泄漏、通信中斷等一系列環境事故。目前，隔振溝仍然是最基本的防護措施之一。隔振溝有兩大類：一是主動隔振，即在振源處采用靠近或圍繞振源的隔振溝，以減少強夯振源向外輻射的能量；二是被動隔振，即在減振對象附近設置隔振溝以達到保護建筑物和構筑物的目的。

1.2 地基處理技術中的水污染問題

水是工業和日常生活主要能源之一，水質的好壞與人們的生活質量有著密切的關系。尤其是隨著人們生活水平的不斷提高，水環境的好壞受到人們越來越多的重視。然而，當前的地下工程施工中一般采用化學灌漿法來實現護壁措施或堵漏處理。由于目前使用的化學灌漿材料都具有不同程度的毒性，特別是有機高分子化合物（環氧樹脂、乙二醇、苯酚）毒性較大，漿液注入構筑物裂縫與地層空隙時，會通過容濾、離子交換、分解沉淀、聚合等反應，不同程度地污染地下水和地表水，同時也會污染地面，導致公害[3]。

灌漿處理時，應首先考慮選用水泥漿材。從環保角度講，水泥是無機物,其主要成分是硅、鈣、鋁、鐵、鎂、鈉、鉀、錳等的氧化物，水泥漿材組分中無造成環境污染的有毒化學物質,使用起來比較安全、放心。

由于水泥漿材是顆粒狀懸浮液,在灌細微裂隙時的可灌性受到一定限制。化學漿材是真溶液，可灌性好，凝膠時間可調幅度大，粘接強度也高。因此，經研究論證認為水泥漿材不能解決問題的灌漿工程中，多選用化學漿材。目前化學灌漿材料的品種很多，而且還在不斷增加，所以在選擇化學灌漿材料時，應注意材料的毒性和應用范圍。應盡量選用無毒或毒性低、對施工人員和環境不致造成危害的材料。對于一般工程而言，在工程基礎允許和滿足工程質量要求的前提下，應首選水玻璃系列漿材。

因此，在灌漿法地基處理技術中因注意如下幾點：

（1）能用水泥漿材解決工程問題的絕不用化學漿材。

（2）在工程基礎允許并滿足工程質量要求的前提下，選用化學漿材應首選無環境污染的化學漿材，如水玻璃等。

（3）化學漿材應嚴格控制用在非用不可或別無選擇的關鍵部位，且用量盡可能少，不要擴大范圍。

（4）對毒性較大的物質組成的化學漿材，建議尋求代用品或停用。

1.3 地基處理技術中的地面污染問題[4]

由于受到地理地質條件、施工機械及施工工藝、施工人員技術水平等諸多因素的影響，在運用振沖碎石樁法、高壓噴射注漿法進行地基處理的建設現場，會出現大量的建筑垃圾或污泥漿。這些建筑垃圾大多為固體廢棄物，其基本組成主要是土、渣土、散落的砂漿、化學漿液和礦渣、碎石等。如不進行處理，將造成地面污染，會對周圍環境產生很大的影響。

建筑垃圾中的許多廢棄物經分揀、剔除或粉碎后，大多是可以作為再生資源重新利用的，如磚、石、混凝土等廢料經破碎后，可以代砂，用于砌筑砂漿、抹灰砂漿、打混凝土墊層等，還可以用于制作砌塊、鋪道磚、花格磚等建材制品。另外一些建筑垃圾，如廢鋼筋、廢鐵絲、廢電線和各種廢鋼配件等金屬，經分揀、集中、重新回爐后，可以再加工制造成各種規格的鋼材；廢竹木材則可以用于制造人造木材。可見，綜合利用建筑垃圾是節約資源、保護生態的有效途徑。在這些方面，日本、美國、德國等工業發達國家的許多先進經驗和處理方法值得借鑒。

全國人大于1995年11月通過了《城市固體垃圾處理法》，要求產生垃圾的部門必須交納垃圾處理費。這是從我國國情和現有技術條件考慮，在現階段采取的一種限制建筑垃圾大量產生和排放的有效措施，但應該看到這種收費辦法并不能從根本上堵住產生大量建筑垃圾的源頭。

筆者認為，要解決這些問題，除了從法律角度立法進行規范并按規范行事外，更關鍵的問題是要提高建筑施工人員的環境保護意識，要從節省資源、廢物利用的角度出發，提高建設副產品的再生利用率，更好地解決這些問題。

1.4 地基處理技術中的大氣污染問題

石灰樁法和深層攪拌法（粉噴法）地基處理技術中的環境問題主要為大氣污染，主要表現在粉塵污染。粉塵污染主要包括道路揚塵污染、施工現場粉塵（水泥粉、石灰粉）污染等。在施工、生產過程中，粉末狀物質的混合、過篩、包裝、搬運等均可產生粉塵。沉積于工作環境的降塵由于振動或氣流的影響，重又懸浮于空氣中成為二次揚塵，也是粉塵的顆粒來源之一。飄揚的粉塵顆粒會很快沉降下來，所以其影響大都僅限于排放粉塵的附近地。

對于大氣的影響，由于粉塵固體顆粒總是以氣溶膠的形式出現，而氣溶膠是大氣污染煙、霧形成的主要原因。粉塵對施工人員的身心健康也有很大的影響：粉塵顆粒進入人體內具有局部刺激作用，可引起不同的病變，時間長了可以引起呼吸道炎癥；刺激性強的粉塵(如石灰粉)可引起鼻粘膜糜爛、潰瘍等[5]。

針對上述情況，有必要及時對施工區大氣質量狀況進行監控，對于施工產生的揚塵，應增加施工現場的灑水次數，也可以通過改進施工方法，如鉆孔施工改干鉆法為濕鉆法等，以減少揚塵。在冬季以機械除塵為主，施工路面機械鏟平，鋪上不含泥土的細石子，同時向路面灑上氯化鈣等除塵劑。

由以上所述可知，與某些地基處理方法有關的環境污染問題主要是噪音、地下及地表水質污染、地面位移、振動、大氣污染，以及施工現場漿液及污水排放等。幾種地基處理方法可能對環境產生的影響問題見表1[1]。

表1 幾種主要地基處理方法可能對環境產生的影響

2 環境巖土工程問題的主要防治對策[6-7]

環境巖土工程學是因為人類重視環境問題而逐步發展起來的，它是環境科學與巖土工程互相交叉的結果。隨著人口的增長和經濟的發展，環境、化學、生物等的相互交叉作用對興建土木工程造成復雜的影響，引起諸多環境巖土工程問題。因此，加強環境巖土工程問題的研究是巖土地基工程地質研究的新內容，也是重點內容。對于環境巖土工程問題的研究，應注重以下幾方面：

（1）加強環境巖土工程學的學科理論研究。環境巖土工程學是是一門新興的跨學科的邊緣學科，自1986年在美國里海大學召開了第一次國際學術會議以后，才得到迅猛的發展。由于發展歷史短，理論體系不健全，許多理論問題，如環境巖土工程學的內涵、科學性質；環境巖土工程學的研究內容、研究對象等等，均需要較深入的研究。

（2）建立環境巖土工程管理法規，使環境巖土工程研究成果具有法理性。環境巖土工程問題的防治，應建立環境巖土工程管理法規，依靠法律管理來衡量人們行為的合理性與合法性，克服人們在環境管理中的片面性，提高巖土工程質量。其研究成果也應具有法理性，因為環境巖土工程的研究成果要得到最終的實施，還必須得到法律法規的承認和支持。

（3）加強環境巖土工程問題的監測工作。環境巖土工程問題一旦發生，往往會造成嚴重的危害。在環境巖土工程問題發生以前，開展環境巖土工程問題變異的監測，不僅可以預測預報環境巖土工程問題的發生與發展情況，而且也有利于環境巖土工程問題的防治。

（4）環境巖土工程問題的預測和評價。對某種自然過程的預報預測，一般是指其發生演變的相應空間預測及其時間預測。工程地質與其他事件一樣，其演化既有簡單的一面又有復雜的一面。預測采用的數學模型有確定性和非確定性兩大類。實際上，由于環境巖土工程問題的復雜性，許多問題目前還無法或難于用準確的數學模型來評價。所以對于預測模型的理解以廣義的為好。環境巖土工程問題預測模型見表2。

（5）開展巖土變形失穩與污染機理的研究[8]。環境巖土工程的變形和污染機理問題，在許多方面還是比較模糊的，如考慮施工作用影響的土體環境理論與控制，開挖爆破、地震對巖土高邊坡穩定影響問題，土壤與環境的相互作用，污染土體的識別和性質特征鑒定等等都是今后有待深入研究的重要課題。

表2 環境巖土工程問題預測模型

（6）倡導環境保護的巖土工程規劃設計。環境巖土工程學是巖土工程與環境科學密切結合的一門新科學，是應用巖土工程的觀點、技術和方法為治理和保護環境服務。為此在巖土工程的規劃設計時，應該從環保的角度出發，考慮結構的穩定和安全問題，注意巖土工程引起的環境變化，有針對性地進行規劃和設計。

（7）積極采用環境保護的巖土工程施工工藝。工程活動對周圍環境的影響問題，已經日益引起建設者的注意，有時還會涉及到政治、經濟和法律。因此，在巖土工程施工時必須詳細研究環境保護問題，其中采用先進的施工工藝是十分重要的。如為了減少打樁對周圍環境的影響，可以采用鉆孔灌注樁、靜力壓樁；為了減少打樁的擠土影響，可采取預鉆孔取土打樁，設置排水沙井、防擠孔，合理安排打樁流程、控制打樁速率等施工工藝。

（8）研制環境巖土工程問題控制新技術。環境巖土工程問題中的變形、失穩、污染等，對環境產生的影響是巨大的，對工程建設和社會經濟帶來的危害也是不可估量的，為此，巖土工程活動應積極利用并研制環境巖土工程控制新技術，使危害減小到最小程度，如利用堆載、預壓、夯實、膠結、加筋等地基處理新工藝對地基進行加固；深基坑開挖中各種形式的擋土墻和板樁墻等支擋結構的應用；利用大直徑抗滑樁防止巖土滑動；采用填埋法、堆肥法和焚燒法處理城市垃圾技術等，這些技術在改善地基變形、防止邊坡失穩、控制環境污染等方面發揮著重要作用。

3 結語

隨著社會的不斷發展，環境問題必然受到人們越來越多的重視。而一種地基處理方法對環境的影響是受到諸多因素影響的。所以，在確定地基處理方案時，需結合具體情況進行具體分析。環保問題政策性、地區性很強，一定要了解、研究、熟悉施工現場所在地環境保護的有關法律法規和施工現場周圍條件、施工工藝，以便選用合適的地基處理方法。