孫 炎

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200125）

0 引言

地基處理技術(shù)作為一種技術(shù)手段，被用來(lái)解決基礎(chǔ)工程施工期或使用期存在的一些特殊地基問(wèn)題，例如軟弱地基的處理，地基變形遏制等。目前，有關(guān)以巖土工程技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合環(huán)境科學(xué)而發(fā)展起來(lái)的環(huán)境巖土工程方面的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外受到越來(lái)越多的重視，各種新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用取得了豐碩的成果，它主要是應(yīng)用巖土力學(xué)的觀點(diǎn)、技術(shù)和方法為治理和保護(hù)環(huán)境服務(wù)。本文旨在對(duì)地基處理技術(shù)中有關(guān)環(huán)境巖土工程問(wèn)題進(jìn)行比較系統(tǒng)的論述，以有利于解決地基處理技術(shù)中有關(guān)的環(huán)境巖土問(wèn)題,提高環(huán)境質(zhì)量以及發(fā)展地基處理技術(shù)。

1 地基處理方法中主要的環(huán)境巖土工程問(wèn)題

1.1 地基處理技術(shù)中的振動(dòng)、噪聲問(wèn)題

不少地基處理方法，如強(qiáng)夯法、強(qiáng)夯置換法等地基處理方法是利用夯錘自由下落的沖擊波使地基密實(shí)。強(qiáng)夯的巨大沖擊能量可以使附近的場(chǎng)地下沉和隆起，并以沖擊波的形式向外傳播，對(duì)附近的土體及周圍的建筑產(chǎn)生擾動(dòng)影響，引起場(chǎng)地表面和建筑物不同程度的損傷與破環(huán)，對(duì)人的身心健康造成危害，并產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲等環(huán)境公害。這種擾動(dòng)所引起的環(huán)境公害是多方面的，下面僅對(duì)強(qiáng)夯引起的土體變形與振動(dòng)擾動(dòng)進(jìn)行論述。

1.1.1 強(qiáng)夯引起的土體變形

強(qiáng)夯對(duì)土體的變形性質(zhì)的擾動(dòng)可分為沉陷、隆起及振陷。研究表明，在土中強(qiáng)夯，附近地表的變形特性隨土質(zhì)、土的含水量、孔隙比等的差異而變化。土體天然含水量較小時(shí)，夯坑深度較大，有的達(dá)到5 m，一般為1～2 m（也有的夯坑很淺，只有幾毫米），夯坑側(cè)面土的隆起與位移量較小，隨后轉(zhuǎn)為下沉及向坑心位移。如果土體天然含水量超過(guò)最佳含水量，夯坑相對(duì)深度較淺，夯坑側(cè)面土的隆起與位移量較大。

1.1.2 強(qiáng)夯引起的振動(dòng)

1.1.2.1 強(qiáng)夯的振動(dòng)特征[1]

強(qiáng)夯施工過(guò)程中，在夯錘落地的瞬間，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為沖擊波，從夯點(diǎn)以波的形式向外傳播，并引起地表震動(dòng)。其中面波僅在地表傳播引起地表振動(dòng)，其振動(dòng)強(qiáng)度隨著夯點(diǎn)距離的增加而減弱；當(dāng)夯點(diǎn)周圍一定范圍內(nèi)的地表震動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)引起建筑物、構(gòu)筑物的共振，從而使之產(chǎn)生不同程度的損傷和破壞等公害。研究這種環(huán)境擾動(dòng)公害的目的在于如何合理選定夯擊能量與夯擊方式，使得強(qiáng)夯所產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)不至于危及周圍的建筑物和構(gòu)筑物；同時(shí)根據(jù)振動(dòng)特征制定相應(yīng)的隔振與控制措施。

1.1.2.2 強(qiáng)夯引起的振動(dòng)對(duì)周圍建筑物的擾動(dòng)影響

由上述強(qiáng)夯振動(dòng)特征可知，強(qiáng)夯所引起的振動(dòng)與地震明顯不同，因此危害也不同。但目前尚未形成對(duì)建筑物危害判別的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而多參照爆破破環(huán)的判別標(biāo)準(zhǔn)，其中有的以爆破地震烈度表進(jìn)行控制，有的則以建筑物附近地面的最大振動(dòng)速度進(jìn)行控制。

強(qiáng)夯振動(dòng)同時(shí)產(chǎn)生噪音。大量實(shí)測(cè)表明，即使在夯點(diǎn)60 m以外，噪音依然超過(guò)80 dB，超過(guò)國(guó)家規(guī)定。噪音會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生影響，特別對(duì)高層居民影響更大。施工中產(chǎn)生的噪音既干擾人們的交談，又能引起人的精神煩惱和注意力分散，還能引起人的疲勞，降低施工人員的工作效率。因此在強(qiáng)夯施工時(shí)，應(yīng)采取合理的降低噪音的措施。

1.1.2.3 強(qiáng)夯擾動(dòng)引起的環(huán)境公害控制[2]

在強(qiáng)夯一定范圍內(nèi)的地面，將發(fā)生豎向和水平向的位移，還會(huì)產(chǎn)生很高的孔隙水壓力。大量的土體位移，常導(dǎo)致鄰近的建筑物發(fā)生裂縫，并引起道路路面損壞、水管破裂、煤氣泄漏、通信中斷等一系列環(huán)境事故。目前，隔振溝仍然是最基本的防護(hù)措施之一。隔振溝有兩大類：一是主動(dòng)隔振，即在振源處采用靠近或圍繞振源的隔振溝，以減少?gòu)?qiáng)夯振源向外輻射的能量；二是被動(dòng)隔振，即在減振對(duì)象附近設(shè)置隔振溝以達(dá)到保護(hù)建筑物和構(gòu)筑物的目的。

1.2 地基處理技術(shù)中的水污染問(wèn)題

水是工業(yè)和日常生活主要能源之一，水質(zhì)的好壞與人們的生活質(zhì)量有著密切的關(guān)系。尤其是隨著人們生活水平的不斷提高，水環(huán)境的好壞受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。然而，當(dāng)前的地下工程施工中一般采用化學(xué)灌漿法來(lái)實(shí)現(xiàn)護(hù)壁措施或堵漏處理。由于目前使用的化學(xué)灌漿材料都具有不同程度的毒性，特別是有機(jī)高分子化合物（環(huán)氧樹(shù)脂、乙二醇、苯酚）毒性較大，漿液注入構(gòu)筑物裂縫與地層空隙時(shí)，會(huì)通過(guò)容濾、離子交換、分解沉淀、聚合等反應(yīng)，不同程度地污染地下水和地表水，同時(shí)也會(huì)污染地面，導(dǎo)致公害[3]。

灌漿處理時(shí)，應(yīng)首先考慮選用水泥漿材。從環(huán)保角度講，水泥是無(wú)機(jī)物,其主要成分是硅、鈣、鋁、鐵、鎂、鈉、鉀、錳等的氧化物，水泥漿材組分中無(wú)造成環(huán)境污染的有毒化學(xué)物質(zhì),使用起來(lái)比較安全、放心。

由于水泥漿材是顆粒狀懸浮液,在灌細(xì)微裂隙時(shí)的可灌性受到一定限制?；瘜W(xué)漿材是真溶液，可灌性好，凝膠時(shí)間可調(diào)幅度大，粘接強(qiáng)度也高。因此，經(jīng)研究論證認(rèn)為水泥漿材不能解決問(wèn)題的灌漿工程中，多選用化學(xué)漿材。目前化學(xué)灌漿材料的品種很多，而且還在不斷增加，所以在選擇化學(xué)灌漿材料時(shí)，應(yīng)注意材料的毒性和應(yīng)用范圍。應(yīng)盡量選用無(wú)毒或毒性低、對(duì)施工人員和環(huán)境不致造成危害的材料。對(duì)于一般工程而言，在工程基礎(chǔ)允許和滿足工程質(zhì)量要求的前提下，應(yīng)首選水玻璃系列漿材。

因此，在灌漿法地基處理技術(shù)中因注意如下幾點(diǎn)：

（1）能用水泥漿材解決工程問(wèn)題的絕不用化學(xué)漿材。

（2）在工程基礎(chǔ)允許并滿足工程質(zhì)量要求的前提下，選用化學(xué)漿材應(yīng)首選無(wú)環(huán)境污染的化學(xué)漿材，如水玻璃等。

（3）化學(xué)漿材應(yīng)嚴(yán)格控制用在非用不可或別無(wú)選擇的關(guān)鍵部位，且用量盡可能少，不要擴(kuò)大范圍。

（4）對(duì)毒性較大的物質(zhì)組成的化學(xué)漿材，建議尋求代用品或停用。

1.3 地基處理技術(shù)中的地面污染問(wèn)題[4]

由于受到地理地質(zhì)條件、施工機(jī)械及施工工藝、施工人員技術(shù)水平等諸多因素的影響，在運(yùn)用振沖碎石樁法、高壓噴射注漿法進(jìn)行地基處理的建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)出現(xiàn)大量的建筑垃圾或污泥漿。這些建筑垃圾大多為固體廢棄物，其基本組成主要是土、渣土、散落的砂漿、化學(xué)漿液和礦渣、碎石等。如不進(jìn)行處理，將造成地面污染，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。

建筑垃圾中的許多廢棄物經(jīng)分揀、剔除或粉碎后，大多是可以作為再生資源重新利用的，如磚、石、混凝土等廢料經(jīng)破碎后，可以代砂，用于砌筑砂漿、抹灰砂漿、打混凝土墊層等，還可以用于制作砌塊、鋪道磚、花格磚等建材制品。另外一些建筑垃圾，如廢鋼筋、廢鐵絲、廢電線和各種廢鋼配件等金屬，經(jīng)分揀、集中、重新回爐后，可以再加工制造成各種規(guī)格的鋼材；廢竹木材則可以用于制造人造木材?？梢?jiàn)，綜合利用建筑垃圾是節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)的有效途徑。在這些方面，日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的許多先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和處理方法值得借鑒。

全國(guó)人大于1995年11月通過(guò)了《城市固體垃圾處理法》，要求產(chǎn)生垃圾的部門必須交納垃圾處理費(fèi)。這是從我國(guó)國(guó)情和現(xiàn)有技術(shù)條件考慮，在現(xiàn)階段采取的一種限制建筑垃圾大量產(chǎn)生和排放的有效措施，但應(yīng)該看到這種收費(fèi)辦法并不能從根本上堵住產(chǎn)生大量建筑垃圾的源頭。

筆者認(rèn)為，要解決這些問(wèn)題，除了從法律角度立法進(jìn)行規(guī)范并按規(guī)范行事外，更關(guān)鍵的問(wèn)題是要提高建筑施工人員的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，要從節(jié)省資源、廢物利用的角度出發(fā)，提高建設(shè)副產(chǎn)品的再生利用率，更好地解決這些問(wèn)題。

1.4 地基處理技術(shù)中的大氣污染問(wèn)題

石灰樁法和深層攪拌法（粉噴法）地基處理技術(shù)中的環(huán)境問(wèn)題主要為大氣污染，主要表現(xiàn)在粉塵污染。粉塵污染主要包括道路揚(yáng)塵污染、施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵（水泥粉、石灰粉）污染等。在施工、生產(chǎn)過(guò)程中，粉末狀物質(zhì)的混合、過(guò)篩、包裝、搬運(yùn)等均可產(chǎn)生粉塵。沉積于工作環(huán)境的降塵由于振動(dòng)或氣流的影響，重又懸浮于空氣中成為二次揚(yáng)塵，也是粉塵的顆粒來(lái)源之一。飄揚(yáng)的粉塵顆粒會(huì)很快沉降下來(lái)，所以其影響大都僅限于排放粉塵的附近地。

對(duì)于大氣的影響，由于粉塵固體顆?？偸且詺馊苣z的形式出現(xiàn)，而氣溶膠是大氣污染煙、霧形成的主要原因。粉塵對(duì)施工人員的身心健康也有很大的影響：粉塵顆粒進(jìn)入人體內(nèi)具有局部刺激作用，可引起不同的病變，時(shí)間長(zhǎng)了可以引起呼吸道炎癥；刺激性強(qiáng)的粉塵(如石灰粉)可引起鼻粘膜糜爛、潰瘍等[5]。

針對(duì)上述情況，有必要及時(shí)對(duì)施工區(qū)大氣質(zhì)量狀況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于施工產(chǎn)生的揚(yáng)塵，應(yīng)增加施工現(xiàn)場(chǎng)的灑水次數(shù)，也可以通過(guò)改進(jìn)施工方法，如鉆孔施工改干鉆法為濕鉆法等，以減少揚(yáng)塵。在冬季以機(jī)械除塵為主，施工路面機(jī)械鏟平，鋪上不含泥土的細(xì)石子，同時(shí)向路面灑上氯化鈣等除塵劑。

由以上所述可知，與某些地基處理方法有關(guān)的環(huán)境污染問(wèn)題主要是噪音、地下及地表水質(zhì)污染、地面位移、振動(dòng)、大氣污染，以及施工現(xiàn)場(chǎng)漿液及污水排放等。幾種地基處理方法可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響問(wèn)題見(jiàn)表1[1]。

表1 幾種主要地基處理方法可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響

2 環(huán)境巖土工程問(wèn)題的主要防治對(duì)策[6-7]

環(huán)境巖土工程學(xué)是因?yàn)槿祟愔匾暛h(huán)境問(wèn)題而逐步發(fā)展起來(lái)的，它是環(huán)境科學(xué)與巖土工程互相交叉的結(jié)果。隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境、化學(xué)、生物等的相互交叉作用對(duì)興建土木工程造成復(fù)雜的影響，引起諸多環(huán)境巖土工程問(wèn)題。因此，加強(qiáng)環(huán)境巖土工程問(wèn)題的研究是巖土地基工程地質(zhì)研究的新內(nèi)容，也是重點(diǎn)內(nèi)容。對(duì)于環(huán)境巖土工程問(wèn)題的研究，應(yīng)注重以下幾方面：

（1）加強(qiáng)環(huán)境巖土工程學(xué)的學(xué)科理論研究。環(huán)境巖土工程學(xué)是是一門新興的跨學(xué)科的邊緣學(xué)科，自1986年在美國(guó)里海大學(xué)召開(kāi)了第一次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議以后，才得到迅猛的發(fā)展。由于發(fā)展歷史短，理論體系不健全，許多理論問(wèn)題，如環(huán)境巖土工程學(xué)的內(nèi)涵、科學(xué)性質(zhì)；環(huán)境巖土工程學(xué)的研究?jī)?nèi)容、研究對(duì)象等等，均需要較深入的研究。

（2）建立環(huán)境巖土工程管理法規(guī)，使環(huán)境巖土工程研究成果具有法理性。環(huán)境巖土工程問(wèn)題的防治，應(yīng)建立環(huán)境巖土工程管理法規(guī)，依靠法律管理來(lái)衡量人們行為的合理性與合法性，克服人們?cè)诃h(huán)境管理中的片面性，提高巖土工程質(zhì)量。其研究成果也應(yīng)具有法理性，因?yàn)榄h(huán)境巖土工程的研究成果要得到最終的實(shí)施，還必須得到法律法規(guī)的承認(rèn)和支持。

（3）加強(qiáng)環(huán)境巖土工程問(wèn)題的監(jiān)測(cè)工作。環(huán)境巖土工程問(wèn)題一旦發(fā)生，往往會(huì)造成嚴(yán)重的危害。在環(huán)境巖土工程問(wèn)題發(fā)生以前，開(kāi)展環(huán)境巖土工程問(wèn)題變異的監(jiān)測(cè)，不僅可以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)環(huán)境巖土工程問(wèn)題的發(fā)生與發(fā)展情況，而且也有利于環(huán)境巖土工程問(wèn)題的防治。

（4）環(huán)境巖土工程問(wèn)題的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。對(duì)某種自然過(guò)程的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)，一般是指其發(fā)生演變的相應(yīng)空間預(yù)測(cè)及其時(shí)間預(yù)測(cè)。工程地質(zhì)與其他事件一樣，其演化既有簡(jiǎn)單的一面又有復(fù)雜的一面。預(yù)測(cè)采用的數(shù)學(xué)模型有確定性和非確定性兩大類。實(shí)際上，由于環(huán)境巖土工程問(wèn)題的復(fù)雜性，許多問(wèn)題目前還無(wú)法或難于用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)評(píng)價(jià)。所以對(duì)于預(yù)測(cè)模型的理解以廣義的為好。環(huán)境巖土工程問(wèn)題預(yù)測(cè)模型見(jiàn)表2。

（5）開(kāi)展巖土變形失穩(wěn)與污染機(jī)理的研究[8]。環(huán)境巖土工程的變形和污染機(jī)理問(wèn)題，在許多方面還是比較模糊的，如考慮施工作用影響的土體環(huán)境理論與控制，開(kāi)挖爆破、地震對(duì)巖土高邊坡穩(wěn)定影響問(wèn)題，土壤與環(huán)境的相互作用，污染土體的識(shí)別和性質(zhì)特征鑒定等等都是今后有待深入研究的重要課題。

表2 環(huán)境巖土工程問(wèn)題預(yù)測(cè)模型

（6）倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)的巖土工程規(guī)劃設(shè)計(jì)。環(huán)境巖土工程學(xué)是巖土工程與環(huán)境科學(xué)密切結(jié)合的一門新科學(xué)，是應(yīng)用巖土工程的觀點(diǎn)、技術(shù)和方法為治理和保護(hù)環(huán)境服務(wù)。為此在巖土工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該從環(huán)保的角度出發(fā)，考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全問(wèn)題，注意巖土工程引起的環(huán)境變化，有針對(duì)性地進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

（7）積極采用環(huán)境保護(hù)的巖土工程施工工藝。工程活動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響問(wèn)題，已經(jīng)日益引起建設(shè)者的注意，有時(shí)還會(huì)涉及到政治、經(jīng)濟(jì)和法律。因此，在巖土工程施工時(shí)必須詳細(xì)研究環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，其中采用先進(jìn)的施工工藝是十分重要的。如為了減少打樁對(duì)周圍環(huán)境的影響，可以采用鉆孔灌注樁、靜力壓樁；為了減少打樁的擠土影響，可采取預(yù)鉆孔取土打樁，設(shè)置排水沙井、防擠孔，合理安排打樁流程、控制打樁速率等施工工藝。

（8）研制環(huán)境巖土工程問(wèn)題控制新技術(shù)。環(huán)境巖土工程問(wèn)題中的變形、失穩(wěn)、污染等，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響是巨大的，對(duì)工程建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的危害也是不可估量的，為此，巖土工程活動(dòng)應(yīng)積極利用并研制環(huán)境巖土工程控制新技術(shù)，使危害減小到最小程度，如利用堆載、預(yù)壓、夯實(shí)、膠結(jié)、加筋等地基處理新工藝對(duì)地基進(jìn)行加固；深基坑開(kāi)挖中各種形式的擋土墻和板樁墻等支擋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；利用大直徑抗滑樁防止巖土滑動(dòng)；采用填埋法、堆肥法和焚燒法處理城市垃圾技術(shù)等，這些技術(shù)在改善地基變形、防止邊坡失穩(wěn)、控制環(huán)境污染等方面發(fā)揮著重要作用。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題必然受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。而一種地基處理方法對(duì)環(huán)境的影響是受到諸多因素影響的。所以，在確定地基處理方案時(shí)，需結(jié)合具體情況進(jìn)行具體分析。環(huán)保問(wèn)題政策性、地區(qū)性很強(qiáng)，一定要了解、研究、熟悉施工現(xiàn)場(chǎng)所在地環(huán)境保護(hù)的有關(guān)法律法規(guī)和施工現(xiàn)場(chǎng)周圍條件、施工工藝，以便選用合適的地基處理方法。