常州地区污染场地勘察问题及解决措施

杨兆兵 陆诗磊 刘 俊

(常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 常州 213001)

1 概述

20世纪80年代以来，随着经济体制改革和对外开放的不断推进，我国工业化、城市化进程逐渐加快，城市出现了大量遗留、遗弃的污染场地，常州作为国家改革开放的先行者，土壤污染问题较为突出，已经聚集了相当数量的癌症高发村[2]。

常州工业化在我国历史上起步较早，一度是我国重要的化工和农药生产基地之一，有机化工产品、农药生产历史达50年。通过专家组对常州地区部分工业用地的检测结果，常州地区土壤污染以有机物污染为主，其主要污染物有六六六、苯、氯苯和二氯甲烷等。因此，对常州地区有机物污染场地的风险管控和修复任务艰巨[3]。

污染场地勘察是污染场地风险管控和修复的重要组成部分。其主要研究内容是通过钻探手段取土、取水并进行原位测试和土工试验来查明、分析、评价污染场地的地质、地理环境特征和岩土工程条件，对污染场地风险管控或修复所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析和论证[4]。在对场地进行调查评估和修复等多个环节中都离不开勘察，根据DB11/T 1311—2015污染场地勘察规范第1.04条，勘察自场地调查的第二阶段介入，贯彻整个场地调查评估、风险管控与修复，对污染场地的评价与治理具有重要意义[4]。

2 常州地区污染场地勘察存在的问题

目前国内污染场地勘察尚处于研究探索阶段，因为各个污染场地的污染源、污染机理、工程影响等因素各不相同，污染情况复杂，其勘察的重点亦不同，需针对具体工程的具体特点，制定不同的勘察方案[2]。

常州地区主要以工业污染为主，其污染场地勘察存在的问题主要在钻探取样及建井方面。常州及其周边地区(盐城、苏州、无锡)按其沉积相类型主要可分为长江沉积区和太湖沉积区。浅部主要沉积有黏性土、粉土和砂土[5]。根据DB11/T 1311—2015污染场地勘察规范第5.2.1条，这种土层适用声波振动钻探，直接推进钻探及回转钻探[4]。

根据以往经验，常州地区污染场地勘察主要采用Geoprobe420M型土壤钻机，采用直接推进取样和回转钻探建井的方法。

其中在直接推进取样的过程中，主要存在以下两个问题：1)如遇到常州地区的硬塑状黏土，其抗剪性较强，常常会出现无法钻进乃至爆管的情况。2)遇到常州地区的密实度较低的粉土、粉砂，直接推进式取样又会导致土的压缩比过高，影响后期试验的精度。并且直接推进式取样因动力有限其孔径较小，无法钻取杂填土，且有时会造成取样量不够的情况。

而在回转钻探建井的主要困难如下：

1)Geoprobe420M型钻机采取钻套取土与套管跟进一体化的钻探模式，设备需要较大的功率推动，受井壁巨大的摩擦力影响，Geoprobe420M型钻机的建井深度只能在15 m左右。而常州地区的污染深度有时在20 m以上，因此不能满足需求。

2)Geoprobe420M型钻机的套管之间采用卡口连接的方式，由于常州地区地下的粉土粉砂颗粒较细，在钻探过程中这些细粒的粉土、粉砂会通过套管卡口之间的缝隙渗入井中，造成钻探后在井底产生较厚的淤土，往往实际建井的深度达不到设计要求。

3 勘察问题的解决措施

通过对常州地区三丰化工、天马化工等多个污染地块进行勘察的不断试验积累。我们对Geoprobe420M型钻机进行不断改进，使之适用于常州地区的土层。这些改进包括了钻探设备和钻探工艺的多重改造方法，从不同的角度对其性能进行了充分的提高。其具体改进方式如下：

首先，在直接推进取样的设备中针对硬塑状黏土抗剪性较强无法钻进甚至爆管的问题，我们在钻头上增设了旋转系统，采用液压直推与旋转并行的方式进行钻探取土。由于旋转钻进和液压直推钻进方式同步进行，解决了黏土抗剪性强的问题，大大提高了钻进效率并减少了爆管等安全问题。

其次，针对密实度较低的粉土、粉砂取样压缩比较高的问题。在直推钻进的过程中必然会对这些密实度较低的粉土、粉砂进行压缩，这是无法避免的，因此我们只能通过增加钻探回次，减少每次的钻探深度的方法来降低其压缩比，从而有效提高钻探精度。之前的钻进回次是3 m/回次，而经过我们对常州土层的了解后，在遇到粉土、粉砂层时，人为操控，将钻探回次降低到1 m/回次，压缩比也从40%降低到了15%左右，达到了工程要求。

最后，杂填土的取土难度主要是杂填土中存在大量的碎石、砖块等建筑垃圾，由于直接推进取土的钻头孔径较小，无法将含大量尺寸较大的建筑垃圾的杂填土取出。故我们通过增大钻头孔径的方式，对杂填土进行取样。而增大钻头孔径对于钻探取土的动力要求也会随之提升，恰好杂填土一般深度较低，原Geoprobe420M型钻机的动力系统尚能满足要求。针对一些建筑垃圾体积特别巨大的杂填土，钻探取土难以达到取样要求，我们只能通过其他取土方式进行取样。

而在回转钻探建井方面，由于Geoprobe420M型钻机动力不足，无法满足常州地区污染水土的深度要求，增加动力系统的成本较高，因此我们放弃使用该设备进行常州地区的建井工作而改用GXY-100型钻机进行无水干钻并同时采用护管跟进，可解决该钻机利用循环水钻探带来的二次污染问题。而由于护管之间为螺纹连接，连接紧密，因此解决了粉土及粉砂从卡口涌入护管的问题。

同时在钻探过程中，其实际钻探深度要比建井深度及设计深度大1 m～2 m，同时迅速放入PVC管至指定深度，防止粉土、粉砂从底部涌入甚至塌孔。针对污染场地钻探中的含水层交叉感染等问题，则通过灌入膨润土进行回填封堵，在封堵完成后再将护管拔出，以达到建井要求，其封堵情况如图1所示。

如图1所示，环保勘察取水孔在建井过程中，打开了地层上下含水层之间的连接通道，为防止各个含水层之间的污染物产生交叉感染，则在隔水层的深度范围采用膨润土进行封堵，这种材料遇水后极具膨胀，将所有孔隙进行填充，阻止污染水体的上下流动，解决了污染窜层问题；而在各个含水层的深度范围则采用石英砂进行充填，石英砂不仅能够起很好的充填和支撑作用而且能够作为很好的过滤层，将大颗粒污染物进行筛离，保证建井的取水质量。则当我们需要采取固定含水层的水样时，只需在相应深度的PVC管处进行射孔，即可将高质量的水样通过水泵轻松抽出。

4 结语

本文通过对Geoprobe420M及GXY-100型钻机的钻头、钻具、钻探工艺进行改进，解决了常州地区污染场地勘察遇到的爆管、土样压缩比过高、取样量较少、建井深度较低、建井淤土较厚、含水层污染物交叉感染等问题，并提出了环保勘察取水孔的建井及封堵方法，对常州及其附近地区污染场地的风险管控和修复具有重要意义。