地基处理技术中的若干环境岩土工程问题

孙 炎

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200125）

0 引言

地基处理技术作为一种技术手段，被用来解决基础工程施工期或使用期存在的一些特殊地基问题，例如软弱地基的处理，地基变形遏制等。目前，有关以岩土工程技术为基础，结合环境科学而发展起来的环境岩土工程方面的研究与开发应用在国内外受到越来越多的重视，各种新技术的开发和应用取得了丰硕的成果，它主要是应用岩土力学的观点、技术和方法为治理和保护环境服务。本文旨在对地基处理技术中有关环境岩土工程问题进行比较系统的论述，以有利于解决地基处理技术中有关的环境岩土问题,提高环境质量以及发展地基处理技术。

1 地基处理方法中主要的环境岩土工程问题

1.1 地基处理技术中的振动、噪声问题

不少地基处理方法，如强夯法、强夯置换法等地基处理方法是利用夯锤自由下落的冲击波使地基密实。强夯的巨大冲击能量可以使附近的场地下沉和隆起，并以冲击波的形式向外传播，对附近的土体及周围的建筑产生扰动影响，引起场地表面和建筑物不同程度的损伤与破环，对人的身心健康造成危害，并产生振动和噪声等环境公害。这种扰动所引起的环境公害是多方面的，下面仅对强夯引起的土体变形与振动扰动进行论述。

1.1.1 强夯引起的土体变形

强夯对土体的变形性质的扰动可分为沉陷、隆起及振陷。研究表明，在土中强夯，附近地表的变形特性随土质、土的含水量、孔隙比等的差异而变化。土体天然含水量较小时，夯坑深度较大，有的达到5 m，一般为1～2 m（也有的夯坑很浅，只有几毫米），夯坑侧面土的隆起与位移量较小，随后转为下沉及向坑心位移。如果土体天然含水量超过最佳含水量，夯坑相对深度较浅，夯坑侧面土的隆起与位移量较大。

1.1.2 强夯引起的振动

1.1.2.1 强夯的振动特征[1]

强夯施工过程中，在夯锤落地的瞬间，一部分动能转换为冲击波，从夯点以波的形式向外传播，并引起地表震动。其中面波仅在地表传播引起地表振动，其振动强度随着夯点距离的增加而减弱；当夯点周围一定范围内的地表震动强度达到一定数值时，会引起建筑物、构筑物的共振，从而使之产生不同程度的损伤和破坏等公害。研究这种环境扰动公害的目的在于如何合理选定夯击能量与夯击方式，使得强夯所产生的冲击振动不至于危及周围的建筑物和构筑物；同时根据振动特征制定相应的隔振与控制措施。

1.1.2.2 强夯引起的振动对周围建筑物的扰动影响

由上述强夯振动特征可知，强夯所引起的振动与地震明显不同，因此危害也不同。但目前尚未形成对建筑物危害判别的统一标准，而多参照爆破破环的判别标准，其中有的以爆破地震烈度表进行控制，有的则以建筑物附近地面的最大振动速度进行控制。

强夯振动同时产生噪音。大量实测表明，即使在夯点60 m以外，噪音依然超过80 dB，超过国家规定。噪音会对人体产生影响，特别对高层居民影响更大。施工中产生的噪音既干扰人们的交谈，又能引起人的精神烦恼和注意力分散，还能引起人的疲劳，降低施工人员的工作效率。因此在强夯施工时，应采取合理的降低噪音的措施。

1.1.2.3 强夯扰动引起的环境公害控制[2]

在强夯一定范围内的地面，将发生竖向和水平向的位移，还会产生很高的孔隙水压力。大量的土体位移，常导致邻近的建筑物发生裂缝，并引起道路路面损坏、水管破裂、煤气泄漏、通信中断等一系列环境事故。目前，隔振沟仍然是最基本的防护措施之一。隔振沟有两大类：一是主动隔振，即在振源处采用靠近或围绕振源的隔振沟，以减少强夯振源向外辐射的能量；二是被动隔振，即在减振对象附近设置隔振沟以达到保护建筑物和构筑物的目的。

1.2 地基处理技术中的水污染问题

水是工业和日常生活主要能源之一，水质的好坏与人们的生活质量有着密切的关系。尤其是随着人们生活水平的不断提高，水环境的好坏受到人们越来越多的重视。然而，当前的地下工程施工中一般采用化学灌浆法来实现护壁措施或堵漏处理。由于目前使用的化学灌浆材料都具有不同程度的毒性，特别是有机高分子化合物（环氧树脂、乙二醇、苯酚）毒性较大，浆液注入构筑物裂缝与地层空隙时，会通过容滤、离子交换、分解沉淀、聚合等反应，不同程度地污染地下水和地表水，同时也会污染地面，导致公害[3]。

灌浆处理时，应首先考虑选用水泥浆材。从环保角度讲，水泥是无机物,其主要成分是硅、钙、铝、铁、镁、钠、钾、锰等的氧化物，水泥浆材组分中无造成环境污染的有毒化学物质,使用起来比较安全、放心。

由于水泥浆材是颗粒状悬浮液,在灌细微裂隙时的可灌性受到一定限制。化学浆材是真溶液，可灌性好，凝胶时间可调幅度大，粘接强度也高。因此，经研究论证认为水泥浆材不能解决问题的灌浆工程中，多选用化学浆材。目前化学灌浆材料的品种很多，而且还在不断增加，所以在选择化学灌浆材料时，应注意材料的毒性和应用范围。应尽量选用无毒或毒性低、对施工人员和环境不致造成危害的材料。对于一般工程而言，在工程基础允许和满足工程质量要求的前提下，应首选水玻璃系列浆材。

因此，在灌浆法地基处理技术中因注意如下几点：

（1）能用水泥浆材解决工程问题的绝不用化学浆材。

（2）在工程基础允许并满足工程质量要求的前提下，选用化学浆材应首选无环境污染的化学浆材，如水玻璃等。

（3）化学浆材应严格控制用在非用不可或别无选择的关键部位，且用量尽可能少，不要扩大范围。

（4）对毒性较大的物质组成的化学浆材，建议寻求代用品或停用。

1.3 地基处理技术中的地面污染问题[4]

由于受到地理地质条件、施工机械及施工工艺、施工人员技术水平等诸多因素的影响，在运用振冲碎石桩法、高压喷射注浆法进行地基处理的建设现场，会出现大量的建筑垃圾或污泥浆。这些建筑垃圾大多为固体废弃物，其基本组成主要是土、渣土、散落的砂浆、化学浆液和矿渣、碎石等。如不进行处理，将造成地面污染，会对周围环境产生很大的影响。

建筑垃圾中的许多废弃物经分拣、剔除或粉碎后，大多是可以作为再生资源重新利用的，如砖、石、混凝土等废料经破碎后，可以代砂，用于砌筑砂浆、抹灰砂浆、打混凝土垫层等，还可以用于制作砌块、铺道砖、花格砖等建材制品。另外一些建筑垃圾，如废钢筋、废铁丝、废电线和各种废钢配件等金属，经分拣、集中、重新回炉后，可以再加工制造成各种规格的钢材；废竹木材则可以用于制造人造木材。可见，综合利用建筑垃圾是节约资源、保护生态的有效途径。在这些方面，日本、美国、德国等工业发达国家的许多先进经验和处理方法值得借鉴。

全国人大于1995年11月通过了《城市固体垃圾处理法》，要求产生垃圾的部门必须交纳垃圾处理费。这是从我国国情和现有技术条件考虑，在现阶段采取的一种限制建筑垃圾大量产生和排放的有效措施，但应该看到这种收费办法并不能从根本上堵住产生大量建筑垃圾的源头。

笔者认为，要解决这些问题，除了从法律角度立法进行规范并按规范行事外，更关键的问题是要提高建筑施工人员的环境保护意识，要从节省资源、废物利用的角度出发，提高建设副产品的再生利用率，更好地解决这些问题。

1.4 地基处理技术中的大气污染问题

石灰桩法和深层搅拌法（粉喷法）地基处理技术中的环境问题主要为大气污染，主要表现在粉尘污染。粉尘污染主要包括道路扬尘污染、施工现场粉尘（水泥粉、石灰粉）污染等。在施工、生产过程中，粉末状物质的混合、过筛、包装、搬运等均可产生粉尘。沉积于工作环境的降尘由于振动或气流的影响，重又悬浮于空气中成为二次扬尘，也是粉尘的颗粒来源之一。飘扬的粉尘颗粒会很快沉降下来，所以其影响大都仅限于排放粉尘的附近地。

对于大气的影响，由于粉尘固体颗粒总是以气溶胶的形式出现，而气溶胶是大气污染烟、雾形成的主要原因。粉尘对施工人员的身心健康也有很大的影响：粉尘颗粒进入人体内具有局部刺激作用，可引起不同的病变，时间长了可以引起呼吸道炎症；刺激性强的粉尘(如石灰粉)可引起鼻粘膜糜烂、溃疡等[5]。

针对上述情况，有必要及时对施工区大气质量状况进行监控，对于施工产生的扬尘，应增加施工现场的洒水次数，也可以通过改进施工方法，如钻孔施工改干钻法为湿钻法等，以减少扬尘。在冬季以机械除尘为主，施工路面机械铲平，铺上不含泥土的细石子，同时向路面洒上氯化钙等除尘剂。

由以上所述可知，与某些地基处理方法有关的环境污染问题主要是噪音、地下及地表水质污染、地面位移、振动、大气污染，以及施工现场浆液及污水排放等。几种地基处理方法可能对环境产生的影响问题见表1[1]。

表1 几种主要地基处理方法可能对环境产生的影响

2 环境岩土工程问题的主要防治对策[6-7]

环境岩土工程学是因为人类重视环境问题而逐步发展起来的，它是环境科学与岩土工程互相交叉的结果。随着人口的增长和经济的发展，环境、化学、生物等的相互交叉作用对兴建土木工程造成复杂的影响，引起诸多环境岩土工程问题。因此，加强环境岩土工程问题的研究是岩土地基工程地质研究的新内容，也是重点内容。对于环境岩土工程问题的研究，应注重以下几方面：

（1）加强环境岩土工程学的学科理论研究。环境岩土工程学是是一门新兴的跨学科的边缘学科，自1986年在美国里海大学召开了第一次国际学术会议以后，才得到迅猛的发展。由于发展历史短，理论体系不健全，许多理论问题，如环境岩土工程学的内涵、科学性质；环境岩土工程学的研究内容、研究对象等等，均需要较深入的研究。

（2）建立环境岩土工程管理法规，使环境岩土工程研究成果具有法理性。环境岩土工程问题的防治，应建立环境岩土工程管理法规，依靠法律管理来衡量人们行为的合理性与合法性，克服人们在环境管理中的片面性，提高岩土工程质量。其研究成果也应具有法理性，因为环境岩土工程的研究成果要得到最终的实施，还必须得到法律法规的承认和支持。

（3）加强环境岩土工程问题的监测工作。环境岩土工程问题一旦发生，往往会造成严重的危害。在环境岩土工程问题发生以前，开展环境岩土工程问题变异的监测，不仅可以预测预报环境岩土工程问题的发生与发展情况，而且也有利于环境岩土工程问题的防治。

（4）环境岩土工程问题的预测和评价。对某种自然过程的预报预测，一般是指其发生演变的相应空间预测及其时间预测。工程地质与其他事件一样，其演化既有简单的一面又有复杂的一面。预测采用的数学模型有确定性和非确定性两大类。实际上，由于环境岩土工程问题的复杂性，许多问题目前还无法或难于用准确的数学模型来评价。所以对于预测模型的理解以广义的为好。环境岩土工程问题预测模型见表2。

（5）开展岩土变形失稳与污染机理的研究[8]。环境岩土工程的变形和污染机理问题，在许多方面还是比较模糊的，如考虑施工作用影响的土体环境理论与控制，开挖爆破、地震对岩土高边坡稳定影响问题，土壤与环境的相互作用，污染土体的识别和性质特征鉴定等等都是今后有待深入研究的重要课题。

表2 环境岩土工程问题预测模型

（6）倡导环境保护的岩土工程规划设计。环境岩土工程学是岩土工程与环境科学密切结合的一门新科学，是应用岩土工程的观点、技术和方法为治理和保护环境服务。为此在岩土工程的规划设计时，应该从环保的角度出发，考虑结构的稳定和安全问题，注意岩土工程引起的环境变化，有针对性地进行规划和设计。

（7）积极采用环境保护的岩土工程施工工艺。工程活动对周围环境的影响问题，已经日益引起建设者的注意，有时还会涉及到政治、经济和法律。因此，在岩土工程施工时必须详细研究环境保护问题，其中采用先进的施工工艺是十分重要的。如为了减少打桩对周围环境的影响，可以采用钻孔灌注桩、静力压桩；为了减少打桩的挤土影响，可采取预钻孔取土打桩，设置排水沙井、防挤孔，合理安排打桩流程、控制打桩速率等施工工艺。

（8）研制环境岩土工程问题控制新技术。环境岩土工程问题中的变形、失稳、污染等，对环境产生的影响是巨大的，对工程建设和社会经济带来的危害也是不可估量的，为此，岩土工程活动应积极利用并研制环境岩土工程控制新技术，使危害减小到最小程度，如利用堆载、预压、夯实、胶结、加筋等地基处理新工艺对地基进行加固；深基坑开挖中各种形式的挡土墙和板桩墙等支挡结构的应用；利用大直径抗滑桩防止岩土滑动；采用填埋法、堆肥法和焚烧法处理城市垃圾技术等，这些技术在改善地基变形、防止边坡失稳、控制环境污染等方面发挥着重要作用。

3 结语

随着社会的不断发展，环境问题必然受到人们越来越多的重视。而一种地基处理方法对环境的影响是受到诸多因素影响的。所以，在确定地基处理方案时，需结合具体情况进行具体分析。环保问题政策性、地区性很强，一定要了解、研究、熟悉施工现场所在地环境保护的有关法律法规和施工现场周围条件、施工工艺，以便选用合适的地基处理方法。