工程勘察中污染土工程特性評(píng)價(jià)及處理方案

田臣龍

(濟(jì)寧市勘測(cè)院 山東濟(jì)寧 272000)

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）[1]對(duì)于污染土的定義是“由于致污物質(zhì)的侵入，使土的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生了顯著變異的土”。如果有致污物質(zhì)的侵入，土的腐蝕性會(huì)發(fā)生變化。而土的結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)并沒有變化，也應(yīng)該定義成污染土。建筑材料腐蝕性的改變是由于成分變化導(dǎo)致了腐蝕性的變化。就污染源而言，工業(yè)領(lǐng)域主要存在兩種形式的污染：一是生產(chǎn)過(guò)程中的原料泄漏；二是生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的附帶廢棄物。這樣的污染主要由一些工廠所產(chǎn)生，如生產(chǎn)酸堿的工廠、造紙廠、冶煉廠等，而農(nóng)業(yè)污染主要來(lái)自于化肥和農(nóng)藥。從污染成分的角度來(lái)看，主要分為有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。其中，有機(jī)物包括落地原油、農(nóng)藥、垃圾淋濾液以及河流疏浚污泥。這些有機(jī)物在污染中起著重要的作用，它們的存在導(dǎo)致了環(huán)境的惡化和資源的浪費(fèi)。相比之下，無(wú)機(jī)物的污染雖然也十分嚴(yán)重，但是在有機(jī)物的影響下往往被掩蓋。因此，在治理污染問(wèn)題的過(guò)程中，必須充分認(rèn)識(shí)到有機(jī)物的威脅，并采取相應(yīng)措施來(lái)降低其對(duì)環(huán)境的損害。放射性物質(zhì)、金屬離子、鹽、酸、堿等都屬于無(wú)機(jī)物的范疇。當(dāng)有污染源滲透入土中時(shí)，污染物就侵蝕了土里的不同礦物，從而讓土體結(jié)構(gòu)發(fā)生了毀滅性的變化。這種變化使土壤內(nèi)出現(xiàn)一些類似蜂窩的空洞，顆粒分散無(wú)序，表面不平，甚至出現(xiàn)了局部空穴；土壤的性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，硬度上會(huì)從剛性或一定的可塑性轉(zhuǎn)變成柔性塑性，甚至呈流動(dòng)狀；土壤的顏色與污染前大為不同，呈多種顏色交織的外觀。建筑物本身可能土壤的變質(zhì)而出現(xiàn)開裂甚至倒塌現(xiàn)象。污染物也會(huì)導(dǎo)致地下水顏色不正常，可能呈現(xiàn)黑色或其他奇怪的色彩，且?guī)в挟愇丁?/p>

1 工程概況、污染土分布

擬建寧安大道快速路（原東外環(huán)）是濟(jì)寧市中心城區(qū)快速路網(wǎng)的重要組成部分，本次實(shí)施內(nèi)容為寧安大道快速路第Ⅱ標(biāo)段，位于濟(jì)寧市任城區(qū)（高新區(qū)），設(shè)計(jì)范圍起點(diǎn)位于如意路（規(guī)劃），終點(diǎn)位于新兗鐵路，樁號(hào)范圍NAK19+226～NAK23+500，長(zhǎng)度約4 274 m。場(chǎng)地NAK17+480～NAK18+660 段局部區(qū)域有污染土，污染土分布不連續(xù)，污染土深度不一，該層局部被污染，系附近工廠將污水排至地下所致，呈黑灰色，具腐臭味。

2 污染土工程特性評(píng)價(jià)

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于污染土的研究主要集中在環(huán)境保護(hù)、調(diào)查以及農(nóng)業(yè)土壤等相關(guān)領(lǐng)域，在巖土工程中研究成果較少，且污染土的研究都是針對(duì)具體工程進(jìn)行的。本次研究以寧安大道快速路具體工程為依托，對(duì)污染土工程特性進(jìn)行分析對(duì)比，根據(jù)工程中土體物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)污染土工程特性進(jìn)行分析對(duì)比。

2.1 取樣及試驗(yàn)方法

在場(chǎng)地NAK17+480～NAK18+660段進(jìn)行布置鉆孔，由于污染土分布不連續(xù)，呈片狀分布，先通過(guò)淺層鉆探圈定污染范圍，選取6組鉆孔數(shù)據(jù)，其中，6個(gè)為污染鉆孔，另外6個(gè)為附近正常土鉆孔，在同一土層共取36件土樣，其中污染土和正常土各一半。嚴(yán)格依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-2019）[2]相關(guān)規(guī)定開展室內(nèi)土工試驗(yàn)，其中剪切試驗(yàn)方法采用直剪與固結(jié)快剪做法。

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》14.2節(jié)統(tǒng)計(jì)公式進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選，采用華寧17.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為方便計(jì)算與統(tǒng)計(jì)，本次研究中污染前后土的工程特性指標(biāo)均采用平均值，統(tǒng)計(jì)對(duì)比數(shù)據(jù)見表1、表2。根據(jù)分析對(duì)比的需求，選取其中10 個(gè)物理指標(biāo)（含水量、比重、重度、干重度、孔隙比、塑限、液限、塑限指數(shù)、液性指數(shù)和有機(jī)質(zhì)含量）、6 個(gè)力學(xué)指標(biāo)（黏聚力、內(nèi)摩擦角、100～200 kPa 壓力段的壓縮系數(shù)、壓縮模量、垂直滲透系數(shù)以及水平滲透系數(shù)）為分析對(duì)比指標(biāo)。

表2 污染土力學(xué)指標(biāo)對(duì)比表

2.2 污染對(duì)土的工程特性的影響程度判定

污染對(duì)土的工程特性的影響程度的判定主要通過(guò)工程特性指標(biāo)變化率來(lái)判定，公式如下：

式（1）中：D為工程特性指標(biāo)變化率；I0為污染前工程特性指標(biāo)；I1為污染后工程特性指標(biāo)。

根據(jù)式（1）與表3，本次研究污染程度指標(biāo)具體如表4所示。

表3 對(duì)土的工程特性的影響程度分級(jí) （單位：%）

表4 污染對(duì)土的工程特性的影響程度 （單位：%）

通過(guò)表1、表4 發(fā)現(xiàn)：研究中從現(xiàn)場(chǎng)取得受污染的土的含水率、比重、重度、干重度、孔隙比、液限以及塑限指標(biāo)變化不大，工程特性指標(biāo)變化率在0～5.25%之間，影響程度輕微；塑性指數(shù)指標(biāo)有所降低，但工程特性指標(biāo)變化率為8.07%，影響程度還屬輕微級(jí)別；液性指數(shù)降低明顯，工程特性指標(biāo)變化率大于30%，對(duì)土的工程特性的影響程度大；有機(jī)質(zhì)含量指標(biāo)變化最明顯，工程特性指標(biāo)變化率接近50%,說(shuō)明污染對(duì)土的成分進(jìn)行了一定程度改變。從物理指標(biāo)來(lái)看，兩種土有一定的差別，主要體現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)含量與液性指數(shù)方面，說(shuō)明土體受到污染，但對(duì)土體物理質(zhì)變的改變不明顯，這與本區(qū)污染土受侵蝕時(shí)間較短有關(guān)。

通過(guò)表2、表4 可以發(fā)現(xiàn)：該區(qū)從現(xiàn)場(chǎng)取得受污染的土的剪切指標(biāo)未呈現(xiàn)出過(guò)往研究中大幅度降低的情況，除固結(jié)快剪試驗(yàn)中黏聚力指標(biāo)的工程特性指標(biāo)變化率大于10%以外，其余變化率均小于10%，污染對(duì)土的剪切指標(biāo)有一定影響，以輕微影響為主；壓縮指標(biāo)與剪切指標(biāo)情況類似變化率均小于10%，以輕微影響為主；兩種滲透系數(shù)中，對(duì)垂直滲透率影響較大，但總體還在輕微層次。

上述情況表明：本次研究中污染土的力學(xué)指標(biāo)未受到較大影響，主要是污染時(shí)間較短、污染程度較輕，且污染土壤的化學(xué)試劑與土體融合后，土體中孔隙減少，力學(xué)指標(biāo)略有升高，但隨著污染侵蝕時(shí)間、程度加深，污染對(duì)力學(xué)指標(biāo)會(huì)影響程度逐漸增大[3-5]。

3 污染土處理措施

根據(jù)研究顯示，受污染土層與其對(duì)應(yīng)的正常土層的物理力學(xué)性質(zhì)相差不大。根據(jù)本次研究鉆孔揭露，污染土層埋深范圍3.2～14.1 m，如需處理，可采用隔離法、酸堿中和法、挖除換填法以及采用抗腐蝕的建筑材料等，具體可根據(jù)污染土類型和工程要求確定。

（1）針對(duì)該工程道路拓寬區(qū)段，可采用土性改良或隔離法鋪設(shè)一定厚度的設(shè)置防滲墊層，來(lái)消除污染土對(duì)路面的影響。采取換土措施，便是將受污染的土壤徹底清除，替換為正常優(yōu)質(zhì)土，或者選用能抵御酸堿的沙礫作為回填物質(zhì)。

（2）針對(duì)擋土墻工程與排水管道工程，當(dāng)基礎(chǔ)持力層位于污染土上時(shí)，厚度不大時(shí)可采取換填處理，厚度較大時(shí)可增加擋土墻基礎(chǔ)和排水管道管材的抗腐蝕措施，并在基底設(shè)置防滲墊層等隔離法，并應(yīng)做好防、隔水處理。

（3）針對(duì)橋梁工程，樁基設(shè)計(jì)時(shí)，需注意污染土對(duì)鉆孔灌注樁的腐蝕性，以混凝土樁身插入污染土層，必須堅(jiān)固樁基或使用水泥進(jìn)行加固。同時(shí)不可忽視保護(hù)混凝土樁身的防腐措施，如可采用礦渣水泥、抗硫酸鹽水泥、瀝青或高分子樹脂膜涂覆等，以確保樁身的永久性和牢固性。

（4）要特別重視對(duì)已經(jīng)挖出的污染土進(jìn)行及時(shí)處理或?qū)ｉT儲(chǔ)存，以避免再次造成環(huán)境污染。在進(jìn)行化學(xué)處理時(shí)，切記要杜絕二次污染的發(fā)生。這些污染無(wú)論是對(duì)環(huán)境還是人體健康都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，務(wù)必采取必要的措施來(lái)避免化學(xué)品的濺灑、泄漏、混合等不正常情況的發(fā)生。只有保持高度的警惕性和安全意識(shí)，才能確保化學(xué)處理的效果和安全性。同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)積極倡導(dǎo)綠色、環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展理念，為人類的未來(lái)和社會(huì)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量[6-8]。

4 結(jié)論

（1）研究中從現(xiàn)場(chǎng)取得受污染的土的含水率、比重、重度、干重度、孔隙比、液限以及塑限指標(biāo)變化不大，工程特性指標(biāo)變化率在0～5.25%之間，影響程度輕微；塑性指數(shù)指標(biāo)有所降低，但工程特性指標(biāo)變化率為8.07%，影響程度為輕微；液性指數(shù)指標(biāo)變化率大于30%，有機(jī)質(zhì)含量指標(biāo)變化率接近50%，污染對(duì)這兩種工程特性指標(biāo)影響較大；除固結(jié)快剪試驗(yàn)中黏聚力指標(biāo)的工程特性指標(biāo)變化率大于10%以外，其余變化率均小于10%，污染對(duì)土的剪切指標(biāo)有一定影響，以輕微影響為主；壓縮指標(biāo)與剪切指標(biāo)情況類似變化率均小于10%，以輕微影響為主；兩種滲透系數(shù)中，對(duì)垂直滲透率影響較大，但總體還在輕微層次。

（2）本次研究的污染土由于污染侵蝕時(shí)間較短、侵蝕程度較低，污染對(duì)土的工程特性指標(biāo)影響程度以輕微為主，局部為中等到大。但隨著污染侵蝕時(shí)間、程度加深，污染對(duì)力學(xué)指標(biāo)會(huì)影響程度逐漸增大，工程中應(yīng)對(duì)污染土進(jìn)行處理。

（3）根據(jù)污染土研究，道路拓寬區(qū)段，可采用土性改良或隔離法鋪設(shè)一定厚度的設(shè)置防滲墊層。擋土墻工程與排水管道工程，當(dāng)基礎(chǔ)持力層位于污染土上時(shí)，厚度不大時(shí)可采取換填處理，厚度較大時(shí)可增加擋土墻基礎(chǔ)和排水管道管材的抗腐蝕措施，并在基底設(shè)置防滲墊層等隔離法，并應(yīng)做好防、隔水處理。橋梁工程，樁基設(shè)計(jì)時(shí)，以混凝土樁身插入污染土層，必須堅(jiān)固樁基或使用水泥進(jìn)行加固，同時(shí)對(duì)樁身進(jìn)行滲入及涂抹防腐材料。處理時(shí)，應(yīng)避免二次污染。