岩土施工技术修复有机物污染土壤的中试研究

1、岩土施工技术修复有机物污染土壤的中 试研究王锦淮 祝可成 殷俊 上海华谊集团资产管理有限公司上海华谊集团房地 产有限公司上海市地矿建设有限责任公司摘要：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%吋，对修复效果 的影响。屮试试验表明，两种方法对土壤屮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。关键词：高压旋喷注浆法;搅拌桩注浆法;屮

2、试;有机物污染土壤;原位修复;作者简介：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pilot-scale study on application ofgeotechnical constructiontechnology in organic contaminatedso订wang jinhuai zhu kecheng yin junshanghai huayi group assets management co., ltd;shanghai geological construction company co.,ltd.;abstract：in this paper, i

3、n-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 con lam in ated soil as well as the construction time, construction difficulty and remcdiation costs. meanwhile,

4、 the rcmediation 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 soi1. the construction time of high-pressure rotary jet grouting is shorter, and the construction difficulty and co

5、st is lower. moreover, there is no influence on remcdiation after adding ccmcnt, which provides a direction to solve the problem of ground bearing capacity after construction.keyword：high pressure rotary jet grouting; deep mixing methods; p订ot test; organic contaminated soil; in-situ remediation;有机物

6、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in。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。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 10mg/kg以下rl高骏采用高压旋喷注 浆法和深层搅拌法对南京燕

7、子矶老工业区有机物污染土壤进行了修复，修复效 果良好£11。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，且药剂使用量偏大巨1。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屮的应用已有报道，但关 于氧化药剂对设备的腐蚀和施工后地而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

8、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 77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(1) 1-1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0.94加；(2) (1) 2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. 501. 0

9、0m;(3) 第(2)层褐黄灰黄色粉质粘土，含氧化铁锈斑及铁镒质结核，局部夹薄 层粉性土，可塑软塑状态，屮等高等压缩性，一般层厚在0242n!；(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. 603. 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0.442叭(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. 37'282m,埋深为0. 66、2. 03m。1. 2污染状况在该污

10、染场地选择了两块4mx4m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6rn,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lo表1原位氧化区土壤基本理化性质及目标污染物浓度下载原表图1原位氧化修复区平面示意图下载原图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回, 为了防止过硫酸钠和液碱对设备的腐蚀，将高

11、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高压旋喷原位氧化下载原图(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；(

12、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iz1，每个 孔位影响直径8001000mm,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. 5nim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6叽在下钻的过程中，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下载原图(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2m药剂池，配备有电动搅拌机，电机功率为3k w。

13、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lookgo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 注入污染土壤屮。(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

14、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 排岀，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旋喷施工参数选择下载原表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搅拌桩原位氧化下载原图(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

15、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/mino图5双轴搅拌桩布点示意图下载原图(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

16、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 in、4 in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 下载原表从上表可以看出，旋喷氧化区和搅拌桩氧化区土壤中的目标污染物基木没有检 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

17、，使药剂与污染物充分接触宜。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，和 关情况如下表4所示。表4两种岩土施工技术的比较下载原表从上表可以看出，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桥注浆法，这主要是因为高压旋喷设备对安 全性要求更高。综合考

18、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/m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/m)相较于传统注 药法(800900元/m)血更低，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木上都要优于搅拌桩注浆法，在修复 实践屮可以选择高压旋喷注浆法进行现场修复。参考文献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，2015.2 张晶，张峰，马烈.多相抽提和原位化学氧化联合修复技术应用-某有机复合 污染场地地下水修复工程案例j 环境保护科学，2016, 42 (3) : 154-15&3 刘晓文，李荣飞，李霞，等过硫酸钠原位修复三氯乙烯污染土壤的模拟研 究j 环境科学学报,2013, 33 (11) : 2