岩土施工技术修复有机物污染土壤的中试研究

(1.上海华谊集团资产管理有限公司，上海 200436；2.上海华谊集团房地产有限公司，上海 200436； 3.上海市地矿建设有限责任公司，上海 200436)

岩土施工技术修复有机物污染土壤的中试研究

王锦淮1，2祝可成3殷俊3

(1.上海华谊集团资产管理有限公司，上海 200436；2.上海华谊集团房地产有限公司，上海 200436； 3.上海市地矿建设有限责任公司，上海 200436)

本文采用高压旋喷注浆法和搅拌桩注浆法对某有机物污染场地进行原位修复研究，比较了对大深度、重污染有机土壤的修复效果，同时也比较了其施工时长、施工难度和修复成本；进一步研究了水泥添加量为土壤质量3%时，对修复效果的影响。中试试验表明，两种方法对土壤中的有机污染物均能达到修复目标，其中高压旋喷注浆法施工时长更短，难度和成本更低；同时，添加水泥后对修复效果无影响，这为解决施工后场地承载力问题提供了方向。

高压旋喷注浆法；搅拌桩注浆法；中试；有机物污染土壤；原位修复

有机物污染场地在我国已经逐渐引起了关注和重视，成为了重大环境问题之一。有机物污染场地常用的修复方法有原位修复和异位修复，而针对大深度、难开挖的有机物污染场地，更多的是采用原位修复技术[1]。常用的原位修复技术有：原位抽提、原位热脱附、原位生物和原位氧化等，相比而言，化学氧化修复法具有去除效率高、修复周期短、二次污染易于控制等优点，近年来取得了较多的成果。张晶等人利用原位多相抽提对某有机复合污染场地地下水进行了修复，并达到了修复目的[2]。刘晓文等人通过向三氯乙烯污染土壤中注入过硫酸钠氧化剂，经过10d氧化，三氯乙烯浓度降低到了10 mg/kg以下[3]。高骏采用高压旋喷注浆法和深层搅拌法对南京燕子矶老工业区有机物污染土壤进行了修复，修复效果良好[4]。但原位化学氧化修复法也存在一些不足，比如化学氧化药剂无法准确到达目标深度，药剂扩散面积有限，和土壤混合不均，这不仅影响其修复效果，且药剂使用量偏大[5]。而应用岩土施工技术(高压旋喷和搅拌注浆)进行注药可以克服上述传统注药法的缺点，同时大大缩短注药时间，提高修复效果和效率，节约成本。虽然关于岩土施工技术在土壤修复中的应用已有报道，但关于氧化药剂对设备的腐蚀和施工后地面承载力的问题仍没有解决。在本研究中，不仅比较了两种岩土施工技术在实际工程中的修复效果和修复的经济性，而且解决了氧化药剂对设备的腐蚀问题，同时也为解决地面承载力问题提供了方向。

1 项目概况

中试项目场地位于上海某开发区，该场地原为某化工企业，占地约为9.3万平方米。项目场地历史利用性质属工业用地，生产装置于2011年底拆除完成，未来规划为商办用地。

1.1 场地地质

根据现场静力触探测试与地质取芯等工勘数据，该场地地面下20.0m深度范围内的土壤类型主要划分为5个主要层次，其组成及特点如下：

(1)浅部①1-1层杂填土含碎砖、碎石等建筑垃圾，夹植物根茎，土质不均匀，层厚约0.9～4.2m；

(2)①2层浜填土含大量黑色有机质，局部夹少量碎石及腐殖质，该层在场地内分布不连续，仅在场地西北部和南部有零星出现，层厚约0.50～1.00m；

(3)第②层褐黄～灰黄色粉质粘土，含氧化铁锈斑及铁锰质结核，局部夹薄层粉性土，可塑～软塑状态，中等～高等压缩性，一般层厚在0.2～4.2m；

(4)第③层灰色淤泥质粉质粘土，含云母、有机质，土质不均匀，流塑状态，高等压缩性，层厚约0.60～3.00m；

(5)第④层灰色淤泥质粘土含云母、有机质，夹极薄层粉砂，土质较均匀。流塑状态，高等压缩性，层厚约0.4～4.2m；

(6)第⑤层灰色粘土层，含云母、有机质，夹泥钙质结核，饱和，流塑状态，高等压缩性，场地内最厚可达6.8m。

地下水稳定水位标高为1.37～2.82m，埋深为0.66～2.03m。

1.2 污染状况

在该污染场地选择了两块4m×4m区域分别作为高压旋喷氧化区域和搅拌桩氧化原位修复区域，如图1所示。根据前期的场地环境调查发现，该区域主要为有机物污染，污染深度约6m，其中土壤中的有机物污染物主要包括：氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯和1，2-二氯苯。其基本理化性质及目标污染物浓度分别见表1。

表1 原位氧化区土壤基本理化性质及目标污染物浓度

注：ND表示未检出，39.3/116*表示上层土壤修复目标值39.3，下层土壤修复目标值116(GB15618-2008)。

图1 原位氧化修复区平面示意图

2 修复中试设计和实施

该中试区域主要为氯苯类污染，为难降解污染物，分别通过高压旋喷和搅拌桩注浆法，将药剂(过硫酸钠和液碱)注入污染土壤中。根据之前的实验研究[6]，为了防止过硫酸钠和液碱对设备的腐蚀，将高压旋喷设备的内外管和喷嘴、搅拌桩的喷头等铁制品替换成了不锈钢制品。

2.1 高压旋喷注浆法

高压旋喷注浆法主要是通过钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后，以20-40MPa的压力把药剂从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，部分细小的土料随着药剂冒出地面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与药剂搅拌混合，药剂与土壤中的污染物发生反应，从而达到去除污染物的目的。

在中试现场，采用的是单管高压旋喷注浆法，其现场中试如图2所示，施工过程主要如下所述：

图2 高压旋喷原位氧化

(1)平整：将污染区域表层渣土进行清挖，对场地表面进行平整，避免土壤表层渣土影响钻井作业；

(2)定位和钻孔：在选定区域进行旋喷试验布点。根据之前的试验经验[7]，每个孔位影响直径800～1000mm，因此每排5个，总布点25个，布点图如图3所示。开启活塞式空气压缩机，工作压力为0.9MPa；开启柱塞式高压注浆泵，泥浆泵压力为25MPa，在确定2.5mm喷嘴完好的情况下，钻机钻头以80r/min的转速开始钻孔，下钻深度6m。在下钻的过程中，依靠高压气体切割的作用，充分扰动下层土壤，加快药剂的扩散。

图3 旋喷注入布点示意图

(4)配制混合药剂溶液：在钻孔前，根据不同的孔将一定量的氧化药剂加入药剂搅拌设备中，搅拌设备为2m3药剂池，配备有电动搅拌机，电机功率为3kW。根据前期的实验室小试结果，其中前两排孔(1-10点位)注入的药剂配量：自来水400kg，过硫酸钠150kg，液碱100kg，水泥100kg。后三排孔(11-25点位)注入的药剂配量：自来水400kg，过硫酸钠150kg，液碱100kg。开启搅拌机，设定转速为30r/min，搅拌均匀。

(5)注射溶液：待氧化剂溶解完毕后，关闭搅拌机，将高压泥浆泵取泥管连接至搅拌桶。具体施工参数如下表2所示。采用边提升边注射的方式将药剂由下往上注入污染土壤中。

(6)拔管及冲洗：旋喷至设计高度5.0m左右后，拔出喷浆管，注浆结束，浆液填入孔中，多余的浆液集中收集处理。当旋喷提升到设计标高后，旋喷即告结束。施工完毕把注浆管等机具设备冲洗干净，使管内机内不残存药剂浆液。再把药剂换成水，对着废液收集池喷射，以便把注浆泵、注浆管软硬管内的药剂全部排出，以免药剂对泵及注浆管造成腐蚀。

(7)养护：待旋喷施工完毕后进行养护管理，养护7d。

表2 旋喷施工参数选择

2.2 搅拌桩注浆法

搅拌桩注浆法是用压缩空气将药剂喷入地基土层中，凭借钻头在原位与土强制性搅拌并充分混合，达到药剂与土壤污染物接触并发生反应的目的，进而去除污染物。

在该中试现场，搅拌桩注浆法的现场中试如下图4所示，施工过程主要如下所述：

图4 搅拌桩原位氧化

(1)平整：将污染区域表层渣土进行清挖，对场

地表面进行平整，避免土壤表层渣土影响施工作业；同时在该区域开挖沟槽，导流搅拌施工中的返浆。

(2)定位和钻孔：在选定区域进行搅拌试验布点，每排4个，总布点24个，每个孔位设计影响直径700mm，相邻两孔位搭接200mm，布点图如图5所示。采用的是双轴搅拌桩，搅拌机预搅拌下沉至6.0m，下沉速度为0.8m/min。

图5 双轴搅拌桩布点示意图

(3)提升和喷浆：双轴搅拌桩采用两喷三搅工艺，以0.5m/min的速度提升，同时喷入药剂，每个桩喷入的药剂量和配比与高压旋喷一样。提升至地桩顶标高(5.0m左右)后，重复下沉搅拌和提升喷药及搅拌。

(4)拔管及冲洗：施工完毕后把注浆管等机具设备冲洗干净，确保管内机内不残存药剂浆液，以免药剂对泵及注浆管造成腐蚀。

(5)养护：待搅拌施工完毕后，养护7d。

3 修复效果

高压旋喷和搅拌桩氧化修复区养护结束后，对修复区内掺入水泥和未掺入水泥区域各采集土壤样品三个，土壤取样深度分别为2 m、4 m和6 m，送至第三方检测单位进行检测分析。分析结果如下表3所示。

表3 旋喷和搅拌桩氧化后土壤中污染物残留量

注：ND表示未检出，39.3/116*表示上层土壤修复目标值39.3，下层土壤修复目标值116(GB15618-2008)。

从上表可以看出，旋喷氧化区和搅拌桩氧化区土壤中的目标污染物基本没有检出，且均远远低于修复目标值，说明高压旋喷注药法和搅拌桩注药法对该场地的氯苯类污染土壤具有很好的修复效果，主要原因是高压旋喷注药法和搅拌桩注药法可以使土壤与氧化药剂混合均匀，使药剂与污染物充分接触[8]。同时发现添加土壤质量3%的水泥后，氧化药剂对土壤中的目标污染物去除效果没有影响，证明添加少量水泥不会影响修复效果，这为高压旋喷和搅拌桩原位氧化修复工艺在后续施工中解决场地承载力问题提供了研究方向。

4 经济性评价

为了在下一步的场地修复中选择更合适的修复方法，比较了高压旋喷注浆法和搅拌桩注浆法在整个原位氧化修复过程中的施工周期、施工难度和修复成本，相关情况如下表4所示。

表4 两种岩土施工技术的比较

从上表可以看出，高压旋喷注浆法从施工周期、和修复成本上都要优于搅拌桩注浆法，但是其施工难度略高于搅拌桩注浆法，这主要是因为高压旋喷设备对安全性要求更高。综合考虑，高压旋喷注浆法更适合该有机污染场地的修复。虽然修复成本达到了400元/m3以上，但是如果采用该种方法进行大面积大规模修复，成本将更低。

5 结 论

(1)中试实践证明，高压旋喷注浆法和搅拌桩注对该场地大深度、重污染有机土壤具有良好的修复效果。

(2)水泥添加量为土壤质量3%时，对两种岩土施工技术的修复效果没有影响，这为高压旋喷和搅拌桩原位氧化修复工艺在后续施工中解决场地承载力问题提供了研究方向。

(3高压旋喷注浆法和搅拌桩注浆法修复成本(不超过500元/m3)相较于传统注药法(800～900元/m3)[4]更低，同时施工周期短、效率高、修复效果好。

(4)高压旋喷注浆法从施工周期和修复成本上都要优于搅拌桩注浆法，在修复实践中可以选择高压旋喷注浆法进行现场修复。

[1]苗竹，魏丽，吕正勇，等.原位化学氧化技术在有机污染场地的应用[C].中国环境科学学会年会，2015.

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[7]宋刚练，牌卫卫，江建斌.应用于污染场地原位修复的旋喷工艺设计研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2017，7(44)：85-89.

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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

王锦淮，工商管理硕士，高级工程师，研究方向为污染土壤修复

文献格式：王锦淮 等.岩土施工技术修复有机物污染土壤的中试研究[J].环境与可持续发展，2017，42(6)：77-80.

X21

A

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