某燃机电厂污染土勘察与地基基础方案分析

任亚群，刘益平，陈念军

(江苏省电力设计院，江苏 南京 211102)

1 概述

污染土是指普通地基土受到生产及生活过程中产生的三废污染物(废气、废液、废渣)侵蚀而使土质发生化学变化的一类土。三废污染物主要是在工业生产过程产生的，有酸、碱、煤焦油、石灰渣等。制造污染物的主要有酸碱生产厂、石油化纤厂、煤气厂、污水处理厂、燃料库、印染、造纸、制革等企业，此外某些金属矿、冶炼厂、铸钢厂、弹药库等场地的地基土也可能受到污染。

随着城市建设的发展、产业结构的调整以及人们对居住环境要求的提高，很多原本位于市区内的企业陆续搬迁至市区外。这些企业在以往生产活动期间的污染物排放和泄漏使得场地土、地下水受到不同程度的污染，场地土的颜色、物理力学性状、化学性质、对建筑材料的腐蚀性等发生改变，某些污染物甚至会危害人体健康和生态环境，给类似场地的后续开发与利用带来难题，污染土的勘察与治理也成为岩土工程勘察中的难点。

2 污染土场地的分类

由于各污染土场地的污染源、污染机理、工程影响等各异，不同类型污染土场地的勘察与治理重点亦不同，需针对具体工程的具体特点，制定勘察方案，开展污染土的分析与评价专题。污染土场地通常可按表1进行分类。

表1 污染土场地的分类

场地土对建筑材料的腐蚀性一般有自然与人为两种形成因素。自然因素指由于长期自然作用形成的，如沿海地区、西部地区的盐渍土等，具有范围广、深度大、环境影响小、可借鉴的地区经验多等特点。人为因素指由于场地土受到污染而形成的，如化工、造纸等老厂址，具有分布不均匀、不易圈定、污染深度相对浅、常伴随环境影响、不确定因素多、勘察中易忽略或遗漏等特点。

3 污染土勘察与评价

3.1 工程概况

某燃机电厂位于某市工业园区，拟新建2套180MW级燃气—蒸汽联合循环热电联产机组。厂址原为硫酸生产基地，硫酸厂已于6年前搬迁。根据土壤分析评估结果，场地土已受到一定程度的污染，局部场地土的SO2-4含量超过20000mg/kg，对混凝土结构具有强腐蚀性。拟建厂址属于对建筑材料具有强腐蚀性的已受污染的拟建场地。因此，本工程勘察的重点之一就是分析评价污染导致的对建筑材料的腐蚀性问题。

3.2 场地使用历史调查

场地使用历史调查主要包括以下三个方面：

(1)调查原工厂产品的类型及生产工艺，分析评价污染的类型及对地基基础的影响。

(2)调查原工厂生产建筑物的分布及产品的泄露史等情况，判断污染源的位置，确定污染土勘察的重点区域。

(3)调查原工厂运营期间污染对地基基础的影响情况，如建筑物的不均匀沉降、基础构件的侵蚀等现象，藉此分析场地已受污染影响的程度。

根据历史调查，本工程的场地原为硫酸生产基地，采用接触制酸法生产工艺，该厂建于上世纪60年代，硫酸为主要污染物。根据功能的不同，原工厂可划分为生产区、存储区、办公区、辅助区等几个地段，如图1所示。显然，生产区、存储区是主要的污染源。拆迁期间，发现场地土的颜色并未发生明显变化，但局部伴有轻微刺鼻气味。由于原工厂拆迁已有一段时间，原工厂运营期间污染的影响情况不得而知，因此有待于勘察中查明。

图1 场地历史调查及污染土分区

3.3 勘察方案策划

根据上述分析，结合发电工程各阶段的勘察目的与要求及本工程的特点，制定了如下污染土的勘察方案：

(1)可行性研究阶段：通过调查、搜资，结合室内试验分析，确定污染介质的类型及整个场地污染程度，分析与评价污染土对地基基础选型的影响，并综合评价拟建场地的适宜性。本阶段污染土的勘探点应结合场地使用历史调查结果，主要布置在重点区域，就本工程而言，重点区域为原硫酸厂的硫酸生产区与硫酸储存区，其他区域适量布置勘探点。

(2)初步设计阶段：初步查明污染土分布的平面范围和深度，按污染程度对污染土进行初步分区，根据分区结果建议电厂总平布置的优化方案，并针对污染土对地基基础方案的影响提出治理措施与意见。本阶段污染土的勘探点通常结合常规勘探点，呈网格状布置，在污染源附近适当加密；确定污染土与非污染土的深度界限时，取样间距不大于1.0m。

(3)施工图设计阶段：根据最终电厂总平布置方案，结合前期污染土初步分区结果，查明污染土分布的平面范围和深度，最终确定污染土的分区，针对具体建筑物的地基基础方案提出污染土治理的措施与意见。本阶段污染土的勘探点在初步设计的基础上，结合具体建筑物的布置，适当加密。

3.4 场地土、水腐蚀性及相关性分析

厂址浅层的场地土由第四系全新统人工堆积成因的杂填土及全新统冲积成因的粉质黏土、粉土夹粉质黏土组成，具体如表2所示。

表2 浅层场地土组成及渗透特性

从表中可以看出，层②～④1属弱～微透水层。根据地层的渗透系数估算污染介质在地层中的扩散性，以层②中扩散速度为例，扩散速度仅0.05m/a。因此，本工程的污染介质SO2-4离子在地层中不易扩散，污染区域主要集中在污染源(生产区、存储区)附近，且场地土受污染区域与地下水受污染区域应基本一致，同一地点的土试样与地下水试样的试验结果应基本一致，可相互验证。

对受污染区域同一采样点的土样、水样分别进行易溶盐和水质简分析，并判别对建筑材料的腐蚀性，结果见表3。从表中可以看出，在强污染范围内，水位以下场地土的腐蚀性一般强于地下水的腐蚀性；在弱污染范围内，水位以下场地土的腐蚀性一般弱于地下水的腐蚀性。对于未污染场地，水位以下一般仅取水样进行腐蚀性判别即可。而对于类似本工程的污染场地，应同时采取土样、水样进行试验分析，判别对建筑材料的腐蚀性。

表3 无干湿交替条件下同一取样点土样、水样试验结果

3.5 污染土分区原则与分区

为了确定污染土治理方案，需查明污染土分布的平面范围和深度，划分污染等级，并按污染等级进行分区。污染土的空间分布一般均匀性差、污染程度变化大，应针对具体工程的情况，如污染土作用机理、污染程度等，制定相应的污染土分区方法。综合各方面因素，本工程的污染土分区原则为：①场地污染源的分布情况；②黏性土场地的场地土受污染区域与地下水受污染区域基本一致；③污染对工程的影响方式及影响程度；④电厂的总平布置方案；⑤各种可行的污染土治理方案。根据上述原则，对污染土的分布进行分区，结果见图1。

3.6 污染土工程特性分析

除对建筑材料的腐蚀性外，场地土经酸性介质污染后，其工程特性(如强度、变形等指标)一般会变差。《岩土工程勘察规范》[2]规定采用“工程特性指标变化率”来评价污染对场地土的工程特性的影响程度。本工程重点关注的是污染对场地土的强度与变形模量的影响，这里通过比较污染区与非污染区标准贯入试验的锤击值N的变化来分析污染对场地土的工程特性的影响程度，如表4所示。

表4 污染前后场地土标贯值的变化

从表4可以看出，本工程场地土污染前后标贯值N的变化幅度小于10%，污染对场地土的工程特性的影响程度为轻微。鉴于燃机电厂重要建筑物的基础埋深较大，承台底一般超过污染深度界限，综合认为地基基础设计时可以忽略污染对场地土的工程特性的影响。

3.7 发展趋势预测与场地适宜性

场地浅部土层主要为弱～微渗透性的黏性土，污染介质SO2-4离子向周围环境扩散的范围有限，污染的影响限于有限的深度范围内，且该范围内污染介质的浓度稀释较慢。另外，原硫酸厂已搬迁6年之久，已无新的污染源持续污染场地，且场地空置时间较长，原有污染介质对场地的影响(对建筑材料的腐蚀性)已基本稳定，故污染无进一步恶化的趋势。通过采用适当的防腐措施，可以有效减小污染土的腐蚀性对地基基础的影响，故拟建场地综合评价为基本适宜。

4 地基基础方案分析与污染土治理

4.1 地基基础方案选型与总平面优化建议

本工程场地浅层地基土以可塑状黏性土为主，其下为厚层软塑状黏性土，而燃机电厂主厂房等重要建筑物荷重均较大。因此，本工程的重要建筑物均不能采用天然地基方案，可考虑采用桩基方案。

从图1可以看出，受污染区域最大污染深度为4.80m，污染范围内的场地土、水对混凝土结构具中～强腐蚀性。因此，在确定电厂总平面布置方案时可根据污染土的分区情况进行优化，建议主厂房等荷重较大、需采用桩基方案的建筑物尽量避开强腐蚀性的污染区域。

4.2 污染土治理重点

根据江苏软土地区电力工程多年设计、施工经验，PHC管桩在施工速度、质量控制、造价和环境保护等方面具有明显的优势，已经积累了较为成熟的设计和施工经验，是本工程桩基方案的首选桩型。

根据现行《工业建筑防腐蚀设计规范》表4的规定，场地土、水中SO2-4离子对混凝土结构具强腐蚀性时，PHC管桩不适用。因此，本工程污染土治理的重点是通过合理、有效的治理措施，确保电厂的重要建筑物采用PHC管桩方案的可行性。

4.3 污染土治理方案分析与建议

一般而言，污染土的治理有如下四种方案：①被动防腐措施，即工程防护方案；②主动防腐措施，即全面换土方案；③土壤改良方案；④局部主动防腐措施，即局部换土联合工程防护方案。

(1)被动防腐措施(工程防护方案)

被动防腐措施对污染土不处理，仅通过提高材料标准、提高设计要求、加强表面防护等措施解决基础结构及桩基的防腐问题。被动防腐措施具有工期影响小、防腐效果可靠、费用较低等优点。其中，提高材料标准包括提高混凝土等级、添加防腐外加剂等；提高设计要求包括提高裂缝控制标准、增加基础结构与桩基保护层厚度、加大基础埋深等；加强表面防护指在基础结构及桩基的外表面涂抹防腐涂层。就本工程而言，污染区范围内采用天然地基方案的建筑物的基础结构均可采用被动防腐措施。对于污染区范围内荷重较大、采用PHC管桩方案的重要建筑物，可考虑加大桩基埋深等方案，使桩基位于污染范围以下。

(2)主动防腐措施(全面换土方案)

主动防腐措施对污染区范围内的污染土采取全面换土作业，将污染深度范围内的受污染土全部用非污染土置换，以达到更好的防腐效果。全面换土直接、快捷地解决了污染土问题，且全面换土后，相应区域内无需再采取其它防腐措施。主动防腐措施比较适用于小面积污染土的治理，不足之处是要有合适的弃土场所，且处理费用较高。本工程污染土分布范围较大，全面换土工程量大，工期长，且换出的弃土需进行处理或运至专门的场地堆放，费用高。

(3)土壤改良方案

土壤改良方案指采用挖掘结合固化/稳定化填埋、原位电化学修复、土壤冲洗等方法，在原地对污染土进行处理、改良。该方案比较适用于较大面积污染区域的集中处理，若污染土改良后土壤腐蚀性消除，则其它被动防腐措施可以不做。在土壤改良方案具体实施前，应由专业单位对污染土改良方案的效果和时效等进行试验研究，且改良后仍需进行水、土腐蚀性的验收性检测。因此，土壤改良方案明显不足之处是治理周期长，有可能会影响工程进度。另外，若采取土壤改良方案后，仍有部分区域腐蚀性较强，则该区域的基础结构、桩基仍需采用相应的被动防腐措施。

土壤改良方案在国内仍处于理论研究层面，实际应用尚少，缺乏相关业绩，治理费用较高，工期较长，防腐效果可靠性低，且需待处理评估完成后方能进行基础结构及桩基的施工，难以满足本工程的进度要求，故不建议采用该方案。

(4)局部主动防腐措施(局部换土联合工程防护方案)

采用天然地基方案的建筑物的基础结构采用被动防腐措施即可满足防腐要求。但是，对于需采用PHC管桩方案的重要建筑物，仅采用被动防腐措施是不适用的。局部主动防腐措施对强腐蚀区域内桩身周围一定范围内具强腐蚀的污染土用非污染土置换，同时在桩身涂抹防腐涂层，以确保PHC管桩方案可行。当强腐蚀性污染土下方尚存在中腐蚀性污染土时，可采用被动防腐措施，对中腐蚀范围内的桩身涂抹防腐涂层即可。

综上所述，本工程污染土治理的目的是解决污染土的腐蚀性问题。对于受污染区域内采用天然地基方案的建筑物，建议采用加强表面防护措施，即在基础结构的外表面涂抹防腐涂层。对于受污染区域内采用PHC管桩方案的建筑物，建议加大桩基埋深，使桩基位于污染范围以下，同时对桩基承台的外表面涂抹防腐涂层。

5 结论与建议

通过对该燃机电厂污染土的专项勘察，解决了污染土场地上新建工程中的相关难题，本成果可供类似工程借鉴，并得出了如下几点结论：

(1)污染土场地一般具有污染范围分布不均匀、不易圈定、不确定因素多等特点，策划污染土专项勘察方案时应予以充分注意。

(2)污染土勘察中应注重场地历史情况的调查工作，为明确各勘察阶段污染土勘察的目的与要求提供依据，以确保勘察方案的可靠性、完善性、针对性。

(3)对于黏性土场地，污染介质在地层中不易扩散，污染区域一般集中在污染源附近，且场地土受污染区域与地下水受污染区域基本一致。与非污染场地不同，判别污染场地土、地下水的腐蚀性时，应同时采取土样、水样进行试验分析。

(4)污染土分区时应综合考虑场地的使用历史、场地土的类别、污染对工程的具体影响以及拟采用的治理方案等因素，并根据分区结果优化电厂总平面布置方案。

(5)制定污染土治理方案时应综合考虑工程质量、造价、工期及环境保护等方面的要求，以确保治理方案的经济性、合理性、便捷性。

[1]傅世法，林颂恩.污染土的岩土工程问题[J].工程勘察，1989.

[2]GB 50021－2001，岩土工程勘察规范(2009年版)[S].

[3]中新苏州工业园区清城环境发展有限公司.苏州工业园区北部燃机项目土壤分析评估报告[R].