污染基坑施工关键技术研究

马晋

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 概述

随着国家和社会对环保问题的日益重视，城市污染企业愈来愈少，原厂址更新为符合环保和城市发展要求的商业综合体。原工业排放的大量“三废”输入地下，严重破坏了地下生态平衡，土壤和地下水的隐蔽不可见性、地质复杂性和自净能力难判性导致了生态环境修复的复杂性甚至永远无法恢复。为保证工程保质保量保工期地交付，基坑施工和污染物治理往往需要同步进行，这个复杂综合的施工过程需要同时考虑基坑安全和人员健康防护。因此，原化工场地再开发利用的风险规控研究对于城市更新具有非常重要的意义。本文将以上海某在建项目为工程背景有效结合了深基坑施工技术和污染物治理技术。

2 工程概况

2.1 场地简介

本项目应城市更新需求建设大型商业综合体，建筑总面积为43万m2，基坑总面积63300m2，分为5个分区基坑，普遍挖深20.85m，围护形式为0.8m/1.2m厚地下连续墙和五道混凝土支撑。该场地自上世纪50年代为化工厂和金属元件厂所在地，20世纪初应城市更新的环保要求，上述工厂拆除、场地闲置。后通过环保方案评审，本场地开展了场地环境调查研究并委托环境治理专业单位进行了地下5m以上的表层土污染物原位净化处理，包含重金属、挥发性（VOC）及半挥发性有机污染物（sVOC）。然而，在分区基坑开挖至第三道支撑（地面以下约10m）发现超出风险可接受水平的污染物。为了保证基坑和周边环境安全以及施工作业人员健康，后续基坑施工须与污染物治理同步进行，这成为了亟待解决的施工难题。

2.2 总体技术路线

场地环境初步调查和详细调查报告显示三个分区基坑局部区域存在4~8m的污染水和污染土，鉴于这三个分区基坑的地下连续墙已经完成，场地内污染物防控模式已无法采用围护结构阻隔模式。两个分区已经开挖至10m左右深度，长达7个月的污染水和污染土原位处理无法保证长期闲置的基坑安全。因此，综合考虑基坑和周边环境安全以及污染物治理合理性，本项目研究并采用了局部污染区域分层分块开挖—污染物异位处理的模式。

3 污染物治理

场地环境初步调查和详细调查报告中基坑内污染物主要是苯、氯苯和二氯苯为主的挥发性有机气体，基坑施工过程中穿插进行的污染物治理工作主要有污染土修复、污染水净化和基坑内空气更新三项工作。

3.1 污染水净化

基坑开挖须先行进行疏干降水，场地调查发现分区基坑内部分区域存在污染水。本项目结合污染水边界和基坑原疏干井布置图，重命名或增设污染疏干井、污染边界观察井和正常疏干井。为控制污染水流动扩大污染范围，疏干井运行总体原则为污染井由中心向四周辐射逐次开启，通过污染边界观察井的水位监测情况，再开启正常疏干井。污染水经专用管道进入净化水池进行化学氧化还原，经第三方检测合格后方可纳管排放。正常疏干井抽提的坑内水经PID设备检测无异常后直接排入市政管网。值得注意的是，若遇到雨季，雨水接触污染土后，须PID监测和雨水抽检PH值，若指标符合环保要求可直接排入市政管网，否则需转入净化水池按污染水处理。

3.2 污染土修复

污染土挖运前根据场地调查报告再进一步抽检，对于污染边界内的土壤进一步细分，预检出污染较重的土壤区域和污染较轻的土壤区域，分别制定了热脱附和化学氧化还原两种针对性的异位修复方式。其中，热脱附修复成本高，每日修复量约为100立方，化学氧化还原修复成本低，每日修复量约为400立方，这样合理搭配的污染土修复方式有效节约了修复成本和修复时间，又能保证污染土的接受能力，对于控制基坑变形非常有利。修复后的待检土经第三方检验合格后二次转运至渣土接收点。

3.3 基坑内空气更新

鉴于污染物以挥发性有机物为主，基坑开挖的人工机械扰动会导致基坑内污染物浓度升高，危害人体健康。为此，设置基坑内空气更新系统，主要包括大功率风机、碳吸附净化箱、风管和烟囱等。大功率排风机与碳吸附净化箱安装于基坑栈桥上，排风主管道采用镀锌铁皮材质，沿格构柱由地面接至第三道支撑梁上，再由第三道支撑梁的水平干管与各支管连接，接至每个排风口。排风口布置在开挖面以上0.5m左右，随开挖面变动随时调整通风排风口位置，污染气体经碳吸附净化后经15m高的烟囱排放至大气中，烟囱口部定期运用PID进行VOC浓度监测。当开挖完分区基坑该层土后，排风主管不变，需在各排风支管增加一段竖向排风管，将排风口送至下一层开挖面。

基坑内空气更新系统须在施工作业开始体前1小时开启，提前进行基坑内空气换新。根据严密的排风量计算，基坑内空气更新系统每小时换气4次，保证基坑内空气质量。

4 基坑施工

4.1 分层分块施工

分区基坑内部分区域存在不同深度的污染土，考虑基坑变形和周边环境变化，无法一次性剥离所有污染土。同时考虑异地污染土修复场地每日污染土消纳能力，以污染土边界以及支撑梁的平面位置和标高为基准，制定精细化的分层分块施工方案。土方开挖和支撑形成原则仍为盆式开挖，中间挖土先形成支撑，逐渐向四周延伸，限时对称开挖邻近土方，先形成对撑后形成角撑。

有污染土的区块提前进行预检，用红旗区分出污染和非污染边界，由污染土专用挖机进行施工，先行剥离污染土，放坡比例为1：1.5。污染土开挖施工至污染边界线，侧壁和坑底的土壤质量验收合格后，转由常规挖机进行正常作业。

若部分区域污染土深度较深，本层支撑形成后未完全剥离污染土，需开挖至支撑标高处用HDPE膜覆盖下一层污染土。

若污染区域因VOC浓度较高，72小时内无法形成支撑，基坑变形超过报警值区域、管线超过报警值区域、基坑变形速率超过报警值区域、管线出现异常突变点区域且这些异常区域监测数据处于非稳定状态，须采取增设钢支撑的措施。

4.2 人员健康防护

建立人员健康作业防护标准：（1）VOC浓度≤10ppm，人员佩戴活性炭防尘口罩；（2）10ppm＜VOC浓度≤50ppm，人员穿戴防护服+防毒面罩+防护手套；（2）VOC浓度＞50ppm，人员须立即撤离。现场管理人员手持PID设备，每半小时上报一次VOC浓度，供项目部做出决策。

污染区域防护硬件配备：（1）专用更衣间用于污染区域作业人员防护设备更换，沾有污染物的防护设备严禁带出工地；（2）风淋间、洗鞋池：污染区域作业人员撤离基坑后，经风淋间和洗鞋池清理表面附着的污染物；（3）进出通道设置刷卡机防止非培训人员误入污染作业区域；（4）PID监测设备和氧气监测设备实时监测作业区域VOC浓度和氧气浓度，氧气浓度小于15%不得进行电焊作业；（5）全自动雾炮机用于降低VOC浓度和抑制刺激性气味。

人员健康保障措施：（1）做好污染区域作业人员的施工作业交底和实时现场指导；（2）污染区域作业人员实行2小时轮班制度，管理人员实行8小时轮班制度；（3）加强污染区域作业人员营养配给，增强体质；（4）建立污染区域作业人员定期体检制度；（5）现场配备24小时常驻医疗团队，配置应急药品。（6）鉴于基坑内存在污染区域和非污染区域，非污染区域的人员保护措施也是非常重要的，设置定型化围栏进行隔离，定期进行VOC浓度监测，如有异常按照污染区域作业防控要求施行。

应急救援：（1）与上海市专业化学应急救援队伍建立联动机制；（2）与周边医院合同建立紧急绿色通道；（3）现场常备一辆应急救援车辆，紧急运输受伤人员。

4.3 机械设备管理

机械设备管理对于保证施工效率具有非常重要的意义，基坑施工主要针对基坑降水和土方开挖的机械设备采取必要的管理措施：

基坑降水：根据相似相容原理，污染水检测出大量的苯、氯苯、二氯苯和一定量的石油烃，对橡胶等有机质品具有较强的溶胀作用，会使水泵中的密封橡胶圈失效，进而破坏水泵。管理人员定期跟踪检查水泵正常工作情况，如有损坏，须及时换新水泵配件或者更换水泵。

土方开挖：污染区域和非污染区域须各自使用专用机械，避免交叉污染；所有污染区域作业机械安装定位装置，监控污染物挖运机械按方案要求作业；污染土非挖运时段，所有专用机械设备必须停放现场待命；污染区域的专用机械应定期清洁维护。

5 结论

本文依托上海某商业综合体项目为研究背景，局部污染区域分层分块开挖和污染物修复处理同步进行，取得以下良好效果。

（1）基坑施工与污染物修复同步进行，尽可能降低了污染物对基坑施工工期的影响，根据监测数据，较好地控制了基坑变形和周边环境变形。

（2）污染物污染物防控措施有效控制了污染物迁移，PID监测和抽样检测结果证明污染物基本未跨入非污染物区域。

（3）防控措施有效地保证了作业人员的健康，分区基坑在基础底板完成之后未出现人员伤亡情况。