污染基坑施工關鍵技術研究

馬晉

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 概述

隨著國家和社會對環保問題的日益重視，城市污染企業愈來愈少，原廠址更新為符合環保和城市發展要求的商業綜合體。原工業排放的大量“三廢”輸入地下，嚴重破壞了地下生態平衡，土壤和地下水的隱蔽不可見性、地質復雜性和自凈能力難判性導致了生態環境修復的復雜性甚至永遠無法恢復。為保證工程保質保量保工期地交付，基坑施工和污染物治理往往需要同步進行，這個復雜綜合的施工過程需要同時考慮基坑安全和人員健康防護。因此，原化工場地再開發利用的風險規控研究對于城市更新具有非常重要的意義。本文將以上海某在建項目為工程背景有效結合了深基坑施工技術和污染物治理技術。

2 工程概況

2.1 場地簡介

本項目應城市更新需求建設大型商業綜合體，建筑總面積為43萬m2，基坑總面積63300m2，分為5個分區基坑，普遍挖深20.85m，圍護形式為0.8m/1.2m厚地下連續墻和五道混凝土支撐。該場地自上世紀50年代為化工廠和金屬元件廠所在地，20世紀初應城市更新的環保要求，上述工廠拆除、場地閑置。后通過環保方案評審，本場地開展了場地環境調查研究并委托環境治理專業單位進行了地下5m以上的表層土污染物原位凈化處理，包含重金屬、揮發性（VOC）及半揮發性有機污染物（sVOC）。然而，在分區基坑開挖至第三道支撐（地面以下約10m）發現超出風險可接受水平的污染物。為了保證基坑和周邊環境安全以及施工作業人員健康，后續基坑施工須與污染物治理同步進行，這成為了亟待解決的施工難題。

2.2 總體技術路線

場地環境初步調查和詳細調查報告顯示三個分區基坑局部區域存在4~8m的污染水和污染土，鑒于這三個分區基坑的地下連續墻已經完成，場地內污染物防控模式已無法采用圍護結構阻隔模式。兩個分區已經開挖至10m左右深度，長達7個月的污染水和污染土原位處理無法保證長期閑置的基坑安全。因此，綜合考慮基坑和周邊環境安全以及污染物治理合理性，本項目研究并采用了局部污染區域分層分塊開挖—污染物異位處理的模式。

3 污染物治理

場地環境初步調查和詳細調查報告中基坑內污染物主要是苯、氯苯和二氯苯為主的揮發性有機氣體，基坑施工過程中穿插進行的污染物治理工作主要有污染土修復、污染水凈化和基坑內空氣更新三項工作。

3.1 污染水凈化

基坑開挖須先行進行疏干降水，場地調查發現分區基坑內部分區域存在污染水。本項目結合污染水邊界和基坑原疏干井布置圖，重命名或增設污染疏干井、污染邊界觀察井和正常疏干井。為控制污染水流動擴大污染范圍，疏干井運行總體原則為污染井由中心向四周輻射逐次開啟，通過污染邊界觀察井的水位監測情況，再開啟正常疏干井。污染水經專用管道進入凈化水池進行化學氧化還原，經第三方檢測合格后方可納管排放。正常疏干井抽提的坑內水經PID設備檢測無異常后直接排入市政管網。值得注意的是，若遇到雨季，雨水接觸污染土后，須PID監測和雨水抽檢PH值，若指標符合環保要求可直接排入市政管網，否則需轉入凈化水池按污染水處理。

3.2 污染土修復

污染土挖運前根據場地調查報告再進一步抽檢，對于污染邊界內的土壤進一步細分，預檢出污染較重的土壤區域和污染較輕的土壤區域，分別制定了熱脫附和化學氧化還原兩種針對性的異位修復方式。其中，熱脫附修復成本高，每日修復量約為100立方，化學氧化還原修復成本低，每日修復量約為400立方，這樣合理搭配的污染土修復方式有效節約了修復成本和修復時間，又能保證污染土的接受能力，對于控制基坑變形非常有利。修復后的待檢土經第三方檢驗合格后二次轉運至渣土接收點。

3.3 基坑內空氣更新

鑒于污染物以揮發性有機物為主，基坑開挖的人工機械擾動會導致基坑內污染物濃度升高，危害人體健康。為此，設置基坑內空氣更新系統，主要包括大功率風機、碳吸附凈化箱、風管和煙囪等。大功率排風機與碳吸附凈化箱安裝于基坑棧橋上，排風主管道采用鍍鋅鐵皮材質，沿格構柱由地面接至第三道支撐梁上，再由第三道支撐梁的水平干管與各支管連接，接至每個排風口。排風口布置在開挖面以上0.5m左右，隨開挖面變動隨時調整通風排風口位置，污染氣體經碳吸附凈化后經15m高的煙囪排放至大氣中，煙囪口部定期運用PID進行VOC濃度監測。當開挖完分區基坑該層土后，排風主管不變，需在各排風支管增加一段豎向排風管，將排風口送至下一層開挖面。

基坑內空氣更新系統須在施工作業開始體前1小時開啟，提前進行基坑內空氣換新。根據嚴密的排風量計算，基坑內空氣更新系統每小時換氣4次，保證基坑內空氣質量。

4 基坑施工

4.1 分層分塊施工

分區基坑內部分區域存在不同深度的污染土，考慮基坑變形和周邊環境變化，無法一次性剝離所有污染土。同時考慮異地污染土修復場地每日污染土消納能力，以污染土邊界以及支撐梁的平面位置和標高為基準，制定精細化的分層分塊施工方案。土方開挖和支撐形成原則仍為盆式開挖，中間挖土先形成支撐，逐漸向四周延伸，限時對稱開挖鄰近土方，先形成對撐后形成角撐。

有污染土的區塊提前進行預檢，用紅旗區分出污染和非污染邊界，由污染土專用挖機進行施工，先行剝離污染土，放坡比例為1：1.5。污染土開挖施工至污染邊界線，側壁和坑底的土壤質量驗收合格后，轉由常規挖機進行正常作業。

若部分區域污染土深度較深，本層支撐形成后未完全剝離污染土，需開挖至支撐標高處用HDPE膜覆蓋下一層污染土。

若污染區域因VOC濃度較高，72小時內無法形成支撐，基坑變形超過報警值區域、管線超過報警值區域、基坑變形速率超過報警值區域、管線出現異常突變點區域且這些異常區域監測數據處于非穩定狀態，須采取增設鋼支撐的措施。

4.2 人員健康防護

建立人員健康作業防護標準：（1）VOC濃度≤10ppm，人員佩戴活性炭防塵口罩；（2）10ppm＜VOC濃度≤50ppm，人員穿戴防護服+防毒面罩+防護手套；（2）VOC濃度＞50ppm，人員須立即撤離。現場管理人員手持PID設備，每半小時上報一次VOC濃度，供項目部做出決策。

污染區域防護硬件配備：（1）專用更衣間用于污染區域作業人員防護設備更換，沾有污染物的防護設備嚴禁帶出工地；（2）風淋間、洗鞋池：污染區域作業人員撤離基坑后，經風淋間和洗鞋池清理表面附著的污染物；（3）進出通道設置刷卡機防止非培訓人員誤入污染作業區域；（4）PID監測設備和氧氣監測設備實時監測作業區域VOC濃度和氧氣濃度，氧氣濃度小于15%不得進行電焊作業；（5）全自動霧炮機用于降低VOC濃度和抑制刺激性氣味。

人員健康保障措施：（1）做好污染區域作業人員的施工作業交底和實時現場指導；（2）污染區域作業人員實行2小時輪班制度，管理人員實行8小時輪班制度；（3）加強污染區域作業人員營養配給，增強體質；（4）建立污染區域作業人員定期體檢制度；（5）現場配備24小時常駐醫療團隊，配置應急藥品。（6）鑒于基坑內存在污染區域和非污染區域，非污染區域的人員保護措施也是非常重要的，設置定型化圍欄進行隔離，定期進行VOC濃度監測，如有異常按照污染區域作業防控要求施行。

應急救援：（1）與上海市專業化學應急救援隊伍建立聯動機制；（2）與周邊醫院合同建立緊急綠色通道；（3）現場常備一輛應急救援車輛，緊急運輸受傷人員。

4.3 機械設備管理

機械設備管理對于保證施工效率具有非常重要的意義，基坑施工主要針對基坑降水和土方開挖的機械設備采取必要的管理措施：

基坑降水：根據相似相容原理，污染水檢測出大量的苯、氯苯、二氯苯和一定量的石油烴，對橡膠等有機質品具有較強的溶脹作用，會使水泵中的密封橡膠圈失效，進而破壞水泵。管理人員定期跟蹤檢查水泵正常工作情況，如有損壞，須及時換新水泵配件或者更換水泵。

土方開挖：污染區域和非污染區域須各自使用專用機械，避免交叉污染；所有污染區域作業機械安裝定位裝置，監控污染物挖運機械按方案要求作業；污染土非挖運時段，所有專用機械設備必須停放現場待命；污染區域的專用機械應定期清潔維護。

5 結論

本文依托上海某商業綜合體項目為研究背景，局部污染區域分層分塊開挖和污染物修復處理同步進行，取得以下良好效果。

（1）基坑施工與污染物修復同步進行，盡可能降低了污染物對基坑施工工期的影響，根據監測數據，較好地控制了基坑變形和周邊環境變形。

（2）污染物污染物防控措施有效控制了污染物遷移，PID監測和抽樣檢測結果證明污染物基本未跨入非污染物區域。

（3）防控措施有效地保證了作業人員的健康，分區基坑在基礎底板完成之后未出現人員傷亡情況。