一种适用于软土地基的污染土修复系统及修复方法

摘要

适用于软土地基的污染土修复系统及修复方法，系统包括负压形成装置、设置在污染土地基中的可循环过滤井和砂井；可循环过滤井中设置有井壁套筒，井壁套筒中有修复桩芯；可循环过滤井的井口处自下而上依次设置有砂垫层、密封膜和封土；砂垫层中埋设有滤水管；可循环过滤井与砂井之间的距离不大于5m；污染土地基的上设置有排水沟槽；负压形成装置分别与滤水管和排水沟槽相贯通；污染土地基中的液体通过可循环过滤井以及负压形成装置流入砂井中；砂井中的液体在可循环过滤井中所形成的负压环境下渗入可循环过滤井中。本发明具有结构简单、适用性强、生态影响小、费用低的优点，能够快速有效的降低软弱土地基中的污染物浓度，达到修复土壤的目的。

说明书

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，涉及一种适用于软土地基的污染土修复系统 及修复方法。

背景技术

近代工业生产产生的废弃物，由于无组织的排放或排放系统失效，使其渗入 土层，导致土的组织、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质及 其分解产物在土壤中逐渐积累，直接影响工程活动或有害于人类健康、动物繁衍、 植物生长的土称为污染土。将污染土挖掘、转运、堆放、净化、再利用是一种常 用的离场异位修复过程。但异位修复不仅处理成本高，而且很难治理深层土壤及 地下水均受污染的场地；因此发展原位修复技术成为近年来一种趋势，如原位蒸 汽浸提技术、化学淋洗技术、原位固定-稳定化技术、原位生物修复技术和原位 纳米零价铁还原技术等，这些修复技术除原位蒸汽浸提技术外大多需要在土壤中 加入修复剂或微生物，从而产生次生污染问题，对土壤结构、土壤肥力产生不可 逆转的影响，而原位蒸汽浸提技术只适用于挥发性污染物质，同时这些修复技术 修复时间长，费用大，风险高，很难满足市场大规模应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，适用性强，生态影响小、费用低的污 染土尤其是适用于软土地基的适用于软土地基的污染土修复系统及修复方法，从 而能够快速有效的降低软弱土地基中的污染物浓度，从而达到修复土壤的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于软土地基的污染土修复系统，其特征在于：所述适用于软土地基 的污染土修复系统包括设置在污染土地基中的可循环过滤井以及填充有中粗砂 的砂井，设置在污染土地基外部的负压形成装置；所述可循环过滤井中设置有井 壁套筒，所述井壁套筒的内部设置有可对污染土进行修复的修复桩芯；所述修复 桩芯与可循环过滤井的顶部平齐；所述可循环过滤井的井口处自下而上依次设置 有砂垫层、密封膜以及封土；所述砂垫层中埋设有滤水管；所述可循环过滤井与 砂井之间的距离不大于5m；所述污染土地基的上表面沿可循环过滤井至砂井方 向设置有排水沟槽；所述负压形成装置分别与滤水管以及排水沟槽相贯通；所述 负压形成装置在工作时在可循环过滤井中形成负压环境；污染土地基中的液体依 次通过可循环过滤井、滤水管、负压形成装置以及排水沟槽流入砂井中；所述砂 井中的液体在可循环过滤井中所形成的负压环境下渗入可循环过滤井中。

作为优选，本发明所采用的修复桩芯包括筒体、反滤土工布、活性炭层、内 套筒以及污染物修复剂；所述筒体套装在内套筒外部；所述筒体与内套筒之间填 充有活性炭层；所述活性炭层与筒体之间设置有反滤土工布；所述内套筒内部填 充有污染物修复剂；所述砂井中的液体在可循环过滤井中所形成的负压环境下依 次通过筒体、反滤土工布、活性炭层、内套筒以及污染物修复剂渗入滤水管中。

作为优选，本发明所采用的井壁套筒以及筒体的上均开设有透水孔。

作为优选，本发明所采用的修复桩芯的底部设置有端盖。

作为优选，本发明所采用的负压形成装置包括射流泵以及真空主管；所述射 流泵包括液体进口以及液体出口；所述射流泵的液体进口通过真空主管与滤水管 相贯通；所述射流泵的液体出口与排水沟槽相贯通；所述射流泵在工作时在可循 环过滤井中形成负压环境。

作为优选，本发明所采用的射流泵的功率不小于7.5KW，所述密封膜下真空 度要求不小于85KPa。

作为优选，本发明所采用的密封膜是聚乙烯或聚氯乙烯；所述密封膜是一层 或多层；作为优选，所述密封膜底下铺设有塑编布。

作为优选，本发明所采用的砂垫层厚度不小于30cm；所述砂井中的中粗砂 是装入可透水型土工织物长袋装后再填入砂井中；所述滤水管为PPR波纹管。

一种基于如前所述的适用于软土地基的污染土修复系统的污染土修复方法， 其特征在于：所述污染土修复方法包括以下步骤：

1)平整待修复污染土地基所在场地，清除杂物；

2)根据污染土深度、污染程度及工期要求确定可循环过滤井和砂桩的深度 以及可循环过滤井和砂桩之间的间距；

3)在可循环过滤井中装入修复桩芯，在修复桩芯上铺设中粗砂，并将表面 平整，清除尖利杂物；

4)在砂垫层中开槽铺设滤水管；所述滤水管埋在砂垫层下15cm；

5)在砂垫层两边开挖密封沟，在可循环过滤井和砂桩之间开挖排水沟槽；

6)在砂垫层上铺设密封膜，所述密封膜的四边埋入密封沟内，并用粘土回 填；

7)连接真空主管，安装抽真空设备，试抽真空并检查密封膜及密封沟的密 封状态，检查无误后便可进行污染土净化处理；

8)按一定时间间隔检查抽出待修复污染土地基中液体的污染物含量，判断 待修复污染土地基中液体的污染物含量与设计处理标准的关系；若污染物含量指 标低于设计处理标准，则停止对待修复污染土地基进行修复处理；若污染物含量 指标高于设计处理标准，则继续对待修复污染土地基进行修复处理直至污染物含 量指标低于设计处理标准；若污染物含量指标为某一定值或变化幅度较小时，则 更换可循环过滤井中修复桩芯的污染物修复剂，继续对待修复污染土地基进行修 复处理直至污染物含量指标低于设计处理标准。

一种基于如前所述的适用于软土地基的污染土修复系统的适用于软土地基 的污染土修复方法，其特征在于：所述适用于软土地基的污染土修复方法包括以 下步骤：

1)平整待修复污染土地基所在场地，清除杂物；

2)根据污染土深度、污染程度及工期要求确定可循环过滤井和砂桩的深度 以及可循环过滤井和砂桩之间的间距；

3)在可循环过滤井中装入修复桩芯，在修复桩芯上铺设中粗砂，并将表面 平整，清除尖利杂物；

4)在砂垫层中开槽铺设滤水管；所述滤水管埋在砂垫层下15cm；

5)在砂垫层两边开挖密封沟，在可循环过滤井和砂桩之间开挖排水沟槽；

6)在砂垫层上铺设密封膜，所述密封膜的四边埋入密封沟内，并用粘土回 填；

7)连接真空主管，安装抽真空设备，试抽真空并检查密封膜及密封沟的密 封状态，检查无误后便可进行污染土净化处理；

8)按一定时间间隔检查抽出待修复污染土地基中液体的污染物含量，判断 待修复污染土地基中液体的污染物含量与设计处理标准的关系；若污染物含量指 标低于设计处理标准，则停止对待修复污染土地基进行修复处理；若污染物含量 指标高于设计处理标准，则继续对待修复污染土地基进行修复处理直至污染物含 量指标低于设计处理标准；若污染物含量指标为某一定值或变化幅度较小时，则 更换可循环过滤井中修复桩芯的污染物修复剂，继续对待修复污染土地基进行修 复处理直至污染物含量指标低于设计处理标准；

9)待修复污染土地基中液体的污染物含量低于设计处理标准时，抽出修复 桩芯，在可循环过滤井中注入固化剂，形成竖向增强体加固软土地基。

本发明提供了一种污染土尤其是适用于软土地基的污染土修复系统及修复 方法，该方法根据土壤污染深度，在软土地基上按一定间距成排布置可循环过滤 井和砂桩，采用射流泵在可循环过滤井内部形成真空负压，使软土地基的污染土 中含有有害物质的水分浸入可循环过滤井桩芯内净化，再排入周围砂桩，通过水 体循坏，逐渐降低污染土中有害物质浓度。具体而言，本发明具有以下优点：

1、本方法属于污染土原位处治技术，方法简单，施工操作方便，避免了污 染土的挖掘、搬运、净化及再利用等过程，而且所需修复时间较短。

2、将污染物修复剂存放于可循环过滤井桩芯内，不仅可以根据污染物性质 填放相应的修复剂，可重复更换桩芯，提高污染土修复效率；同时避免了修复剂 浸入土中造成的二次污染。

3、污染土修复过程中水分可得到重复利用，不会额外排放废水等有害物质。

4、污染土修复过程中通过测定抽出水体中的污染物含量，可以实时监测污 染土修复效果。

5、污染土修复完毕后在可循环过滤井内添加固化剂，使其形成竖向增强体， 从而起到快速提高地基承载力的效果。

采取本发明可有效清除软弱地基土壤中的污染物，结构简单，适用性强，生 态影响小，修复效率高，且成本较低，在修复过程中无任何风险，可以满足大面 积软弱地基中不同污染物的修复要求。

附图说明

图1为本发明所提供的修复系统的使用状态参考图；

图2为本发明所提供的修复系统的俯视结构示意图；

图3为本发明所采用的可循环过滤井的剖面结构示意图；

图4为本发明所采用的井壁套筒的结构示意图；

其中：

1-污染土地基；2-井壁套筒；3-可循环过滤井；4-砂垫层；5-密封膜；6-滤水 管；7-封土；8-砂井；9-射流泵；10-真空主管；11-排水沟槽；12-污染物修复剂； 13-内套筒；14-活性炭；15-反滤土工布；16-筒体；17-端盖。

具体实施方式

参见图1以及图2，本发明提供了一种适用于软土地基的污染土修复系统，根 据污染土深度、污染程度及工期要求，在软土地基上按一定间距成排布置可循环 过滤井3和砂桩，一般情况下桩间距不应大于5m。可循环过滤井3上依次铺设滤 水管6、砂垫层4、密封膜5和封土7，并在可循环过滤井3和砂桩之间开挖排水沟 槽11。负压形成装置分别与滤水管6以及排水沟槽11相贯通；负压形成装置在工 作时在可循环过滤井中形成负压环境；污染土地基中的液体依次通过可循环过滤 井、滤水管、负压形成装置以及排水沟槽流入砂井中；砂井中的液体在可循环过 滤井中所形成的负压环境下渗入可循环过滤井中。

可循环过滤井3成孔过程中放入井壁套筒2，桩芯由内向外依次为污染物修复 剂12，内套筒13，活性炭14，反滤土工布15和筒体16，井壁套筒2和桩芯筒体16 上打有小孔，当内外桶身的小孔重合时可允许水分浸入，若扭转桩芯使内外桶身 小孔交错时，则桩芯密闭，水分无法浸入。

可循环过滤井3桩芯中的修复剂可根据污染土有害成分填装，且地基中有害 物质过滤效果逐渐降低后可更换桩芯，待清除土体中有害物质后可在桩体中加入 固化剂形成竖向增强体。

滤水管6为PPR波纹管，周身打满小孔并用滤布包裹。真空主管10与真空支 管通过三通相连。真空支管与滤水管6相贯通。

砂垫层4和砂井8要选用中粗砂，且要将砂子内的锐利杂物清理干净。砂垫层 4厚度不小于30cm，并应铺设均匀；砂井8为防止泥土渗入，可采用透水型土工 织物长袋装中粗砂，再填入砂井8中。

密封膜5采用聚乙烯或聚氯乙烯材料，在工厂按照区域面积热合一次成型， 在运输和铺设过程中切不可划伤损坏；为保证密封效果，可铺设两层密封膜5， 或在密封膜5下加铺一层塑编布。

射流泵9功率不小于7.5KW，密封膜5下真空度要求不小于85KPa。

本发明在提供一种适用于软土地基的污染土修复系统的同时，还提供了一种 基于该适用于软土地基的污染土修复系统的污染土修复方法，该方法包括以下步 骤：

A)平整场地，清除石块等杂物。

B)根据污染土深度、污染程度及工期要求确定可循环过滤井3和砂桩的深 度及桩间距，桩机就位后进行成孔施工，并保证桩的垂直度；可循环过滤井3可 边成孔边放入井壁套筒2，砂桩则在成孔后填入中粗砂。

C)在可循环过滤井3中装入桩芯，其上铺设中粗砂，并将表面平整，清除 尖石、硬块及其他尖利杂物。

D)在砂垫层4中开槽铺设滤水管6，滤水管6铺设时不能扭结，须顺直、自 然铺设，并确保埋在砂垫层4下15cm。

E)在砂垫层4两边开挖密封沟，在可循环过滤井3和砂桩之间开挖排水沟槽 11。

F)在砂垫层4上铺设密封膜5，密封膜5四边应埋入密封沟内，并用粘土回填。

G)连接真空主管10，安装抽真空设备，试抽真空并检查密封膜5及密封沟的 密封状态，检查无误后便可进行污染土净化处理。

H)按一定时间间隔检查抽出水体中的污染物含量，若污染物含量指标已低 于设计处理标准，便可停止处理；若污染物含量指标为某一定值或变化幅度较小 时，可从桩体中提出桩芯更换污染物修复剂，然后重复以上步骤，直至污染物含 量指标低于设计处理标准。

同时，本发明还提供了一种基于如前所提及的适用于软土地基的污染土修复 系统的适用于软土地基的污染土修复方法，该方法包括以下步骤：

A)平整场地，清除石块等杂物。

B)根据污染土深度、污染程度及工期要求确定可循环过滤井3和砂桩的深 度及桩间距，桩机就位后进行成孔施工，并保证桩的垂直度；可循环过滤井3可 边成孔边放入井壁套筒2，砂桩则在成孔后填入中粗砂。

C)在可循环过滤井3中装入桩芯，其上铺设中粗砂，并将表面平整，清除 尖石、硬块及其他尖利杂物。

D)在砂垫层4中开槽铺设滤水管6，滤水管6铺设时不能扭结，须顺直、自 然铺设，并确保埋在砂垫层4下15cm。

E)在砂垫层4两边开挖密封沟，在可循环过滤井3和砂桩之间开挖排水沟槽 11。

F)在砂垫层4上铺设密封膜5，密封膜5四边应埋入密封沟内，并用粘土回填。

G)连接真空主管10，安装抽真空设备，试抽真空并检查密封膜5及密封沟的 密封状态，检查无误后便可进行污染土净化处理。

H)按一定时间间隔检查抽出水体中的污染物含量，若污染物含量指标已低 于设计处理标准，便可停止处理；若污染物含量指标为某一定值或变化幅度较小 时，可从桩体中提出桩芯更换污染物修复剂，然后重复以上步骤，直至污染物含 量指标低于设计处理标准。

I)待修复污染土地基中液体的污染物含量低于设计处理标准时，抽出修复 桩芯，在可循环过滤井中注入固化剂，形成竖向增强体加固软土地基。

本发明所提供的污染土尤其是适用于软土地基的适用于软土地基的污染土 修复系统及修复方法，该方法可有效清除软弱地基土壤中的污染物，结构简单， 适用性强，生态影响小，修复效率高，且成本较低，在修复过程中无任何风险， 可以满足大面积软弱地基中不同污染物的修复要求。

下面以一个具体实施例对本发明所提出的修复方法进行详细的说明：

实施例1：

某工厂建筑场地面积23650m²，地基天然含水量达到60％，天然孔隙比大于 1.1，勘察结果表明，场地受重金属汞、镉污染，其中镉含量更是超过20mg/kg， 严重超标，污染深度达到3.5m。如果不清除污染物直接进行地基处理及建筑物 施工，污染土壤会对人体健康造成极大危害，因此决定对该场地进行污染土处治。

由于工厂建筑施工期较紧，且需避免所采用的处治技术对地基造成的二次污 染等问题。因此根据现场情况，采用本发明所提供的污染土修复方法对其进行污 染土修复，参见图1、图2，由于地基土污染物含量严重超标，且工期较紧，因此 采用较密的可循环过滤井3和砂桩布置间距，桩径均为80cm，桩间距3.0m，桩 长穿透污染土层，定为5.0m，可循环过滤井3桩芯填装能与汞、镉产生中和反应 将其吸附的修复剂。

由于土壤天然含水量较大，为满足排水量需求，砂垫层4高度定为50cm，滤 水管6采用直径15cm的PPR波纹管；为保证密封效果，砂垫层4上铺设双层密封 膜5；在可循环过滤井3和砂桩之间开挖排水沟槽11，沟槽深20cm，沟底用土工 布覆盖。

其修复方法的具体实施步骤如下：

A)平整场地，清除石块等杂物。

B)桩机就位后进行成孔施工，成孔过程中要保证桩的垂直度；井壁套筒2 随成孔过程逐段放入，砂桩则在成孔后填入袋装中粗砂。

C)在可循环过滤井3中装入桩芯，其上铺设中粗砂，并将表面平整，清除桩 体周围尖石、硬块及其他尖利杂物。

D)在砂垫层4中开槽铺设滤水管6，滤水管6铺设时不能扭结，须顺直、自然 铺设，并确保埋在砂垫层4下15cm。

E)在砂垫层4两边开挖密封沟，在可循环过滤井3和砂桩之间开挖排水沟槽 11。

F)在砂垫层4上铺设密封膜5，密封膜5四边应埋入密封沟内，并用粘土回填。

G)连接真空主管10，安装抽真空设备，试抽真空并检查密封膜5及密封沟的 密封状态，检查无误后便可进行污染土净化处理。

H)每间隔1小时检测抽出水体中的汞、镉含量，由于污染物含量较大，其间 更换了3次桩芯，经过5天的循环修复，水体中的汞、镉含量明显降低，基本达到 预期的设计处理标准。

实施效果：经过净化处理后的地基污染物含量明显降低，由于污染土面积较 大，且含水量高，经过一段时间后地基土中镉含量又略有升高，达到1.6mg/kg， 但仍满足设计处理标准。其后为提高地基承载力，以场地中的砂井8作为竖向排 水通道进行真空预压处理，待地基固结完成后，向可循环过滤井3内填入CFG桩 混合料，并边振动边缓慢提起井壁套筒2，在可循环过滤井3内形成CFG桩体，最 后铺设20cm级配砂石作为复合地基的褥垫层。经过复合地基静载荷试验测定， 场地的地基承载力达到350kPa，满足地基设计承载力要求。由该工程证明此种 软土地基的污染土修复方法，质量易控制，生态影响小，修复效率高，造价低， 经济、环境效益明显。