岩土工程深基坑施工中酸碱污染修复研究

关键词：岩土工程；深基坑施工；酸碱污染土；酸碱污染修复；土壤应力变形

中图分类号：X53 文献标志码：B

前言

随着中国工业化进程不断加快，装备制造业规模和等级在不断提高，需要建设新的工程或者将老旧的厂房搬迁重建，在此过程会发现酸碱污染问题，这对工程基土的侵蚀非常严重。为此，岩土工程深基坑施工中一旦发现了酸碱污染情况，必须对其进行有效的修复，这对保护工程建筑质量、优化土壤环境有着非常重要的现实意义。

酸碱污染土修复涉及多门科学，关于污染土检测研究较为丰富，而对应的修复手段就相对稀少和单一，例如：张朝阳面对石油污染土地，使用强化生物堆和生物+植物联合修复工艺，历经8个月的实验模拟，可以得出紫花苜蓿草降解石油烃的效率最高，总石油烃污染已经降低到正常范围内，完美地实现了石油污染土修复工作；卞浩针对氯仿工程土壤污染物，使用热脱附法进行修复。经过土壤氯仿脱附动力学分析和层间扩散模型计算，得出在热脱附法300℃，修复持续时间为40分钟后，氯仿污染物的残留量小于0.02mg/kg实现修复。二者针对单一污染物设计的污染修复方案，在实际应用中适用范围小。为此，构建适用于大多数岩土工程深基坑施工的酸碱污染土修复方案，用于修复遭受酸碱腐蚀应力应变性质产生变化的土壤，提高可承载围压。

1酸碱污染土制备和修复技术

1.1岩土工程深基坑土壤采集

选择一处正在施工的岩土工程深基坑，对区域环境的温度和降雨历史监测数据，计算采样区域的大气营力影响范围为0～4米，采样深度为5.0～5.5米，将采集的深基坑岩土样本密封包裹运送到实验室。正在施工的岩土工程深基坑平面图和纵断面图，见图1。

采样点位在深基坑中应均匀分布，深度设为5.0～5.5米以避免大气影响。点位间距根据坑的大小和形状定，确保样本代表性。采样方式应采用土壤钻探法或手动挖掘法。土壤钻探法适于较硬的岩土层，而手动挖掘法适用于较软的岩土层。

预处理是去除样本中的杂质、提高分析的准确性。步骤包括：去除样本中的石块、植物残渣等杂物；将样本破碎至适当的大小，以便后续实验设备的处理；对样本进行干燥、研磨等处理，使其满足实验要求。见表1的仪器设备对岩土样本进行分析。

1.2酸碱污染材料制备

选择HCL作为酸性污染。浸润基坑土壤的浓度基于前人实验和岩土工程实际案例选择4%和10%两种，分别用于模拟低浓度和高浓度的酸性污染土。由于实验对象是深基坑，可排除降雨对污染物的稀释影响。

碱性污染液考虑到周边的化工厂、制造厂、污水处理厂的废弃污水，选用NaOH作为碱性污染。浸润土壤的液体浓度为4%和10%两种。

1.3酸碱污染修复技术

1.3.1岩土工程深基坑施工措施

采用简单的物理修复，如替换或混合干净土壤，以稀释酸碱污染，降低土层应力变化。用于轻度或小范围污染，能彻底清除污染物，不影响工程稳定性。

1.3.2物理化学修复

选用淋洗和固化一稳定技术作为复合修复法。淋洗技术先喷洒淋洗液，转移重金属离子到液体中回收，降低毒性和稳定性影响，可原位或异位修复，使重金属离子向远端转移，降低污染浓度。土壤淋洗技术的机理：通过向受污染的土壤中喷洒特定的淋洗液，利用淋洗液与土壤中的污染物发生溶解、络合、螯合等化学反应，使污染物从固相转移到液相。淋洗液的选择至关重要，要根据污染物的种类和性质来确定，确保有效地将重金属离子等污染物从土壤中洗脱出来。

使用固化-稳定技术。用水泥一类的加固材料与正常土壤相互混合，包裹住经历淋洗技术处理后的酸碱污染土，重新埋于基坑。通过固化形成的稳定物，降低了酸碱二次污染风险，并加固土层结构稳定。固化一稳定技术的机理是一种土壤修复法，通过添加固化剂或稳定剂改变污染物性质，降低其毒性和迁移性，减少对环境及人体的危害。固化剂与污染物发生化学反应形成稳定化合物，而稳定剂则与重金属离子络合或沉淀，降低其溶解度和迁移性。

1.3.3生物修复

由于施工位置是岩土工程深基坑，坑底距离地面的深度至少是5米，为此不考虑植物修复。在本修复方案中使用微生物-巴氏芽孢八叠球菌（ATCC），一种强化土壤质量的优异菌种进行生态修复。和土壤淋洗技术相辅相成，在土层深处的厌氧环境中，对残留的酸碱污染物质沉淀和吸收，修复受损土壤。

1.4酸碱污染土修复研究实验思路

研究实验的整体思路是将从岩土工程深基坑内采集的正常土壤，浸泡在不同浓度的酸碱腐蚀液中，静置一段时间，令土壤被充分侵蚀。再使用复合修复技术处理酸碱污染土，记录修复后土壤的应力应变性质变化。

将采集的土壤分为5份，1份作为对照，其余4份分别进行4% HCl和10% NaOH的酸碱性腐蚀。使用PVC饱和器常温常压浸泡30天，取出测量应力应变性质。然后，对另外两份腐蚀土进行土壤修复技术处理，包括淋洗、固化和稳定，并添加ATCC菌种溶液，再静止反应30天后测量其应力应变性质。另外1份酸性、1份碱性腐蚀土通过土壤淋洗技术、固化一稳定技术处理，并添加20g ATCC菌种溶液，静止反应30天，取出测量经修复后土壤当前应力应变性质。ATCC菌种溶液的添加在土壤经过淋洗技术或固化一稳定技术处理后，且土壤条件调整到适宜菌种生长的状态下进行。ATCC菌种溶液添加到修复过程中的土壤中机理为：

生物降解：ATCC菌种中的某些微生物能够降解土壤中的有机污染物。

重金属转化：部分菌种具有重金属转化能力，将土壤中的重金属离子转化为低毒或无害的形态。

土壤结构改善：ATCC菌种中的微生物能够分泌胞外多糖等物质，促进土壤团聚体的形成，改善土壤结构。

养分循环：菌种能够促进土壤中养分的循环和转化，提高土壤肥力，有利于植物的生长。

2岩土工程深基坑施工中酸碱污染修复效果实验研究

2.1微观结构分析

通过JSM-6490LV扫描电镜观察，浸泡在酸碱腐蚀液中的土壤微观结构发生明显劣化，颗粒减小、结构松散、边缘模糊。酸性污染导致颗粒更小、结构更疏松，降低土壤负载力；碱性污染则使土壤结构保持完整但变坚硬和脆弱。复合修复方法能紧密土体结构、恢复颗粒与孔隙界限，增强基坑稳定性。

2.2酸碱污染修复效果研究

2.2.1修复前后岩土工程深基坑的主应力应变性质变化对比

经过酸碱污染土壤、原始土壤、复合修复技术处理后的土壤进行固结不排水实验得到相同实验条件下的酸碱污染土壤和修复后土壤的应力应变性质关系，用于验证修复方法性能。结果见图2。

如图2所示，酸性污染浓度增加，土壤的主应力差值也就越大，承受的轴向应变程度越小。碱性污染也会出现土壤软化问题，但随着浓度的加大，应力差值没有酸性污染的大，得出酸性污染对泥土的软化程度高。

2.2.2修复前后岩土工程深基坑的形变模量和围压的变化对比

酸碱污染都会软化土壤，令基坑上方工程建筑容易形变，为此对比形变模量和围压的变化，验证酸碱污染修复技术性能。结果见图3。

通过图像看出，酸碱污染都比正常土壤随围压提高变形模量增加程度要高很多，且酸性污染特性要更明显一些。经过所提修复技术处理后，在相同围压下，土壤变形模量降低很多，证明所提修复方法是有效的。

3结束语

随着工业化的快速发展，岩土工程深基坑施工中酸碱污染问题日益凸显，对土壤质量和工程稳定性构成严重威胁。被酸碱污染后的土壤会出现软化问题，应力应变性质都会变化，容易发生形变，对正在施工的工程稳定性产生严重的影响。为此提出一种岩土工程深基坑施工中酸碱污染修复研究。通过综合应用施工措施、物理化学方法和生物修复技术，开发出一种复合修复方法，旨在从多个角度全面解决酸碱污染问题。实验结果表明，该技术不仅能有效去除酸碱污染，还能显著提高土壤的硬度等级和工程稳定性。这一研究成果对于保障深基坑施工安全、促进土木工程领域的可持续发展具有重要意义，也为酸碱污染修复研究提供新的思路。