【摘要】隨著油田開采任務(wù)外移，越來(lái)越多的廢棄井區(qū)被規(guī)劃為居民或商業(yè)用地。由于污染土地具有極大的潛在危害性，建筑部門應(yīng)采取必要的治理措施，保證居民健康及建筑工程地下結(jié)構(gòu)的安全。

【關(guān)鍵詞】污染類別；反應(yīng)機(jī)理；單樁豎向承載力特征值；工程危害

勝利油田是中國(guó)大型石油生產(chǎn)基地，從1961年到2013年，歷經(jīng)50多個(gè)年頭。隨著油田開采任務(wù)外移以及城市規(guī)劃的需要，不少“受污染”土地騰退之后，用于房地產(chǎn)開發(fā)，老基地附近越來(lái)越多的廢棄井區(qū)被規(guī)劃為居民或商業(yè)用地。這給建筑工程的地下結(jié)構(gòu)和居民健康帶來(lái)了一系列的安全隱患。本文將就幾個(gè)方面分析論述污染土質(zhì)對(duì)居民健康的影響和對(duì)地下結(jié)構(gòu)的危害，提出建筑選址中對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及治理的必要性。

1、油田土質(zhì)的幾個(gè)主要污染類型

石油開采屬于高污染行業(yè)，從鉆井、采油，井下作業(yè)，到外輸都有可能存在各種可能的土質(zhì)污染，如泥漿處理、油品泄漏、原油落地、烴類揮發(fā)、化學(xué)品藥劑使用，有害固廢處理、井噴等等。

1.1落地原油對(duì)土地的污染

落地原油一是來(lái)自作業(yè)中井口放噴的原油，另外是由于事故原因在原油集輸過(guò)程中，由于管線閥門的跑、冒、滴、漏、井噴等產(chǎn)生的落地油。具有凝點(diǎn)高，含蠟高，烷烴含量高，比重低的特性，原油中含有多達(dá)幾十種的微量金屬和非金屬元素，其中含量較多和影響比較大的微量元素有鎳、釩、鐵、銅、鈣、鈉、砷等，所含的鎳、釩俗稱重金屬元素。當(dāng)原油向地下滲透時(shí)會(huì)污染土質(zhì)，使土地結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

1.2固體廢棄物對(duì)土地的污染

鉆井廢棄泥漿及鉆井巖屑是油田主要固體廢棄物，鉆井廢棄泥漿是鉆井過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物，具有排放量大、成分復(fù)雜、治理難度大、治理成本高的特點(diǎn)。有害物質(zhì)如石油類、重金屬等含量較高，破壞土質(zhì)嚴(yán)重。鉆井巖屑的化學(xué)成分主要有SiO2、Fe2O3、Al2O3、FeO、MgO、Na2O、CaO、K2O以及微量元素Mn、Br、B、Cl、Sr、P、Ni、V、Co、Cr、Ga、U、Cu、As、Ti、Zn等，勝利油田鉆井巖屑的處理一般采用固化、填埋、倒運(yùn)、焚燒或集中堆放、自然風(fēng)化等方式，由于處理技術(shù)落后，易造成土地的二次污染。

1.3含油污泥對(duì)土地的污染

石油的地面處理系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量含油污泥，含油污泥中帶有大量的病原菌、寄生蟲、鹽類以及多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物質(zhì)以及PAHs、銅、鋅、鉻、汞等重金屬，由于處理技術(shù)難度大，往往處理效果不盡人意，排放后易對(duì)土地形成二次污染，對(duì)環(huán)境具有放射性污染。

2、地基土污染造成的工程危害

在土木工程建筑中，由于地基土污染不像室內(nèi)建筑材料的污染那樣易于檢測(cè)，因此開發(fā)商出于成本考慮對(duì)污染土質(zhì)很少采取相應(yīng)的治理措施，為安全性埋下了長(zhǎng)期隱患。

2.1地基中重金屬殘留造成的工程危害

八大重金屬多指鉛、汞、鎘、鉻、銻、鋇、砷、硒，當(dāng)其含量超標(biāo)時(shí)稱重金屬污染；在地基鋪設(shè)時(shí)，有些施工方會(huì)利用電廠及其貯灰場(chǎng)的粉煤灰或其他工程產(chǎn)生的棄渣、爐渣等作為地基回填或填埋層。由于灰渣、爐渣等處理技術(shù)不完善，會(huì)使重金屬離子殘留超標(biāo)。當(dāng)重金屬進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，很難被降解排出，而是在體內(nèi)慢慢積累，當(dāng)累積量達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)造成機(jī)體病變，導(dǎo)致畸形和癌變，是對(duì)人體毒性很強(qiáng)的元素，同樣，地基土的重金屬殘留也會(huì)給地下工程造成潛在危害。

下面我們借鑒浙江大學(xué)劉剛博士在典型危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯熱處置特性和技術(shù)研究中的污泥重金屬析出率試驗(yàn)[1]，證明重金屬在灰渣中的殘留量，從而說(shuō)明含有爐渣灰渣等處置物的地基土的危害性。

2.1.1試驗(yàn)部分

以焚燒渣作為試驗(yàn)物料，根據(jù)重金屬析出率公式：R=100×（1-Am/Cm）

式中：R為析出率；Am為渣中的重金屬含量；Cm為電鍍污泥中重金屬元素的含量。

焚燒溫度對(duì)重金屬析出特性的影響結(jié)果如下表：

設(shè)定溫度（℃）

CdCrCuZnNiPb

50016.251.3667.890.000.0026.38

70013.541.4367.9514.470.0027.95

9000.003.1068.9521.050.0029.97

2.1.2結(jié)果分析

從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，Ni是典型的不揮發(fā)性重金屬，Cr的吸出率也相當(dāng)?shù)?，Cr元素殘留在灰渣中的比率高達(dá)97%，Cr6+具有劇毒性，這兩種重金屬元素受焚燒條件影響非常小，這兩種物質(zhì)大部分留在灰渣中，Cr通常會(huì)與Zn、Co等元素反應(yīng)生成ZnCr2O4或CoCr2O4，勝利油田的落地原油中Zn的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這些重金屬很多會(huì)殘留在灰渣中，我們知道，地下結(jié)構(gòu)多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，污染地基中的重金屬會(huì)與混凝土及鋼筋反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，影響地基強(qiáng)度。

2.2污染地基中其他元素造成的工程危害

2.2.1化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

石油中含有多種烴類、非烴類及磷、硫、釩、氮、氧等元素，其中的很多元素可以與鋼筋混凝土反應(yīng)，以硫元素為例，原油中所含的活性硫或硫化物能與鋼筋混凝土反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，化學(xué)反應(yīng)為：

H2S+Fe→FeS

HS+Fe→FeS

RSH+Fe→FeS+不飽和烴

在酸性環(huán)境下，與水泥中CaO反應(yīng)

CaO+H2O→Ca（OH）2

Ca（OH）2+H2S→CaS↓+2H2O

H2S（氣體）→H++HS-=2H++S2-

硫氫酸屬二元弱酸，能溶解碳酸鈣，其反應(yīng)式為

2CaCO3+H2S=Ca（HCO3）2+CaS↓

CaS+H2S=Ca（HS）2

從上式看出，地基土中硫離子含量越多，混凝土中的鈣離子析出越多，硫化鈣和碳酸鈣（難溶的）被轉(zhuǎn)變?yōu)榱驓渌徕}及碳酸氫鈣（易溶的）流失，導(dǎo)致混凝土樁體表面腐蝕損壞。

2.2.2對(duì)地下結(jié)構(gòu)承載力影響

含石油類污染物較多的地基土，被污染后土的顆粒、孔隙和膠體形態(tài)發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)連接減弱，壓縮性和凝聚力增加（增加約15kPa--20kPa），摩擦角減?。p小5b左右）[2]，剪切參數(shù)變化的原因與土壤受油類浸潤(rùn)有關(guān)。

下面我們采集同一地區(qū)已被污染和未被污染的原狀土進(jìn)行試驗(yàn)，證明污染土質(zhì)對(duì)地基承載力的影響。

根據(jù)單樁豎向承載力特征值計(jì)算公式Ra=UpΣqsiali+qpaAp

式中Ra-單樁豎向承載力特征值（KN）

μP-樁的周長(zhǎng)（m）

qsia-側(cè)阻力特征值（kpa）

qpa-樁端地基土未經(jīng)修正的地基承載力特征值（kpa）

a-樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)

Ap-樁端截面面積（m2）

li-樁周第i層土的厚度

假設(shè)樁直徑1.2m、樁長(zhǎng)9.00m、設(shè)計(jì)±0.00m為30.80m，樁的各層埋深如下表：

巖土名稱埋深（m）鉆孔灌注樁

qsia（KPa）qpa（KPa）

雜填土0.257/

粉質(zhì)黏土1.311/

含黏性土角礫1.824/

強(qiáng)風(fēng)化泥巖4.96451500

計(jì)算未被污染的原狀土單樁豎向承載力特征值Ra1

Ra1=UpΣqsiali+qpa

Ap=2×0.60×3.14×（7×0.25+11×1.3+24×1.8+45×4.96）+1500×3.14×0.62

=1.2×3.14×（1.75+14.3+43.2+223.2）+1695.6=1064.3+1695.6=2759.9KN

當(dāng)水泥樁表面發(fā)生腐蝕脫落時(shí)，樁周尺寸明顯減小，如果不考慮其他因素的變化，假設(shè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期腐蝕，樁周尺寸降為直徑1.1m

計(jì)算被污染土質(zhì)單樁豎向承載力特征值Ra2

Ra2=UpΣqsiali+qpa

Ap=2×0.55×3.14×（7×0.25+11×1.3+24×1.8+45×4.96）+1500×3.14×0.552

=1.1×3.14×（1.75+14.3+43.2+223.2）+1424.8=975.6+1424.8=2400.4KN

由計(jì)算可知：Ra2

3、結(jié)論

通過(guò)對(duì)比樁周尺寸變化前后單樁豎向承載力特征值可以看出，污染土壤影響地基土的力學(xué)特性，隨著腐蝕程度加大，樁周尺寸減小，單樁豎向承載力特征值變小，地基承載力降低，從而影響地下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐久性。

因此在石油污染土地進(jìn)行開發(fā)利用時(shí)，應(yīng)考慮地基污染對(duì)建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期影響，相關(guān)部門應(yīng)對(duì)污染地基采取治理修復(fù)措施以保證地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。