受污染地块的深基坑土方开挖及污染土验收流程探究

1、工程概况

规划的场地内原为上海某染化厂，厂区占地面积约68000m2，主要经营黏合剂、建筑化学品、涂料和办公化学品等。该厂的主要构筑物于2010年开始陆续拆除，并于2011年拆除完毕。随后与其周边部分土地空置至2019年。2019年上半年启动工程招标，其招标的场地约90 000 m2（图1）。场地东侧毗邻交通主干道，且道路东侧有学校和商务楼；场地北侧、南侧和西侧均为市政道路，且北侧道路、西侧道路下方均有城市综合管廊。地块的综合开发共分为2个阶段：第1阶段为污染水、污染土的治理，第2阶段为商业办公综合体的建设。

图1工程地理位置

1.1 场地污染土概况

规划的场地内散落分布有埋深0～12 m的污染土。通常，根据污染物种类和污染治理时间的不同，可采用土壤原位处理（即在原始土壤中注射化学药品，处理土壤中原始污染物）、微生物处理（在原状土中释放微生物，对污染物进行处理）、土壤异位处理（污染土壤清挖后，短驳至其他土壤治理工厂进行处理）。其中，前2种处理方式耗时较长（通常以年为单位），同时对重度污染土壤处理效果不太明显。因此，为满足地块综合开发的时限要求，并同时满足污染土壤修复效果的要求，场地内除少部分浅层污染土采用原位处理外，其他污染土壤均采用清挖后异地处理的方式。土壤异位修复合格且达到GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》[4]中第一类用地标准后，将其运回地块用于基坑回填，多余土方作为清洁土直接外运。

根据上海市环境科学研究院（以下简称“环科院”）前期粗略的场地调查和风险评估结论，地块内土壤污染修复量约210 000 m3，土壤中超过风险可接受水平的关注污染物共有三大类：第一类为重金属，包括锑、砷、汞；第二类为挥发性有机物，包括苯、氯苯等；第三类为半挥发性有机物，包括苯胺、邻甲苯胺、3-硝基苯胺等。地块内污染土的分布具有空间差异性、小范围混合性、边界不确定性等特点。

地块内的污染分布如图2所示。对于0～2 m的浅层污染土，清挖时可直接开挖，只需在坑边放坡或简单加强边坡稳定即可；但对于深层污染土的清挖（尤其是超过5 m的深层污染土），需根据污染土的分布范围设计与其深度相匹配的深基坑围护支撑体系，从而保证开挖过程中的深基坑安全。

图2污染土类型及分布范围

1.2 基坑围护概况

为配合地块内深层污染土的清挖，设计时共设置了如图3所示的7个基坑。对比图3与图2（b）发现，地块内设置的深基坑范围可将前期场地调查过程中确定的深层污染土全部包裹。但由于污染土边界线为不规则曲线，基坑边界线为直线，导致基坑所包围的区域要大于污染土分布范围；另外，污染土在深度方向也呈不规则分布。由于上述两方面原因，导致在地块内深基坑土方清挖过程中，除了将污染土（总量210 000 m3）清挖以外，还需清挖150 000 m3理论非污染土（此非污染土仅根据前期场地调查确定，其是否含有污染将根据清挖后效果，由评估单位确定）。

在210 000 m3污染土中，有130 000 m3污染土含有挥发性有机物，此部分挥发性污染物将对周边大气环境造成严重影响。为防止污染土开挖过程中挥发性有毒有害气体的无组织排放，在A1—A4基坑上部设置了深基坑污染防护罩棚（图4），防护罩棚内自设通风换气系统，控制其内部为微负压状态，并且对内部的有毒有害气体进行收集处理后再排放。

图3基坑平面分布

图4深基坑施工污染防护罩棚

A5、A6和B基坑开挖深度较浅，其围护结构均为钢板桩体系。A1—A4的基坑信息如表1所示，且由于开挖深度较深，基坑内部均设置了2道钢筋混凝土支撑。基坑施工过程中，为保证基坑安全，先对地块内0～2 m浅层污染土进行清挖，且在A1—A4区域均形成第1道支撑；A5、A6基坑直接开挖至设计标高，A2、A3和A4基坑清挖至底标高并完成回填后，随后开挖A1基坑的深层土方；B基坑的开挖待A3基坑回填完毕后进行。

表1深基坑施工信息

2、现有修复效果评估方式

2.1 施工现场参与单位

在地块内施工过程中，除勘察、设计单位以外，施工现场的主要参与单位包括工程监理单位、环境监理单位、施工单位和环科院。施工单位的主要工作，一方面为根据勘察、设计图纸，对基坑围护进行施工，并对污染土进行清挖；另一方面，对运至异地处理场地的污染土进行治理，达标后运回至现场回填。工程监理的主要职责为对地块内的土建施工进行安全、质量监督；环境监理的主要职责为对场地内污染土方放线、开挖等步骤进行监督。环科院的主要职责为前期对地块进行场地调查，确定污染土范围，施工过程中对送检的土方样本进行检测化验，从而为污染边界及治理后的清洁土提供验收依据。

2.2 现有效果评估方案

污染土的全套开挖验收流程称之为效果评估方案。根据HJ 25.5—2018《污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则（试行）》[5]中的有关规定，传统的污染治理工程中，其污染土开挖验收流程如图5所示。

图5污染土开挖验收流程

基坑污染范围内污染土清挖完成后，其清理效果评估采样点需满足如下要求：1）污染土壤清理后遗留在基坑底部与侧壁，应在基坑清理之后、回填之前进行采样。2）若基坑侧壁采用基础围护，则宜在基坑清理的同时进行基坑侧壁采样，或于基础围护实施后在围护设施外边缘采样。3）可根据工程进度对基坑进行分批次采样[5]。污染土边界侧壁取样验收现场如图6所示。同时，各部位采样点需满足表2的数量要求。

图6污染土边界侧壁取样验收

2.3 土方开挖方案

为满足污染治理的相关需求，对场地内污染区域的土方进行开挖时，主要有如下要求：

1）根据不同污染物种类的分布对其边界进行放线，开挖时的边界线即为污染边界的截弯取直线（由于污染边界线不规则，因此在小范围内采用直线包络污染边界）。

表2基坑底部和侧壁推荐最少采样点数量

2）为便于后期针对不同污染物进行处理，土方开挖过程中需对不同类型的污染土方分别进行开挖装车外运（若含不同污染因子的污染土混装，需对其所含的所有污染因子进行修复，增加了土壤修复的费用）。

3）开挖至污染边界线后，需先将基坑放置一段时间，待不同污染因子分界面侧壁和坑底检测结果出来后再对其进行开挖。

4）若基坑侧壁、坑底检测仍然超标，需对侧壁及坑底进行扩挖，且每次扩挖范围为0.5 m。对于土建施工过程中大面积深基坑土方开挖工作，如图7所示，通常选用分区块多级放坡开挖，对撑形成后再逐渐退挖至基坑边界。为减少基坑暴露时间[6]，对撑形成前通常采用24 h连续作业的方式，从而保证基坑安全。

图7深基坑土方开挖立面工况

2.4 矛盾冲突点

根据2.3节中的土方开挖方式，对于开挖深度不深的基坑（开挖深度小于3 m，且无需设置围护体系），尚可根据相关要求进行开挖；但对于开挖深度较深的基坑，尤其是基坑安全等级为一级的深基坑，基坑暴露时间过长即会增加围护体的累计变形量，从而增加基坑的潜在安全风险，同时根据污染边界线开挖污染土的方式与深基坑分层放坡、逐层退挖的方式相冲突。综合考虑深基坑内土方清挖的方式，分别从污染治理与土建施工安全的角度进行分析对比，存在如下的矛盾冲突点：

1）开挖时间。对于污染治理，根据图5所示开挖验收流程，其一次开挖检测的周期约为15 d，若侧壁、坑底超标，则执行扩挖流程；而对于土建施工，深基坑开挖过程中，须按分层分段、多级放坡退挖的形式作业，尽快形成对撑，减少基坑暴露时间。

2）开挖边界线。污染治理过程中，需根据不同污染因子的边界线分别开挖，不同的污染因子不可混合，且污染因子边界线需留出侧壁和坑底待检。但土建施工过程中，在分层分段、多级放坡开挖的工况下，无法保证污染因子空间分界面的完整。

3）边界线扩挖。污染治理过程中，污染土边界线侧壁检测超标时，需要在水平方向外扩挖0.5 m，扩挖范围有可能超出基坑围护体系；同时，开挖过程中也涉及深度方向的竖向扩挖。浅层污染土设计深度为2 m，如果扩挖深度超过3 m，即变为深基坑，基坑的安全性将受到严重影响。浅层污染土（0～2 m）开挖尚可等待检测和扩挖指令，但深基坑开挖过程中不可长时间暴露；扩挖深度超过3 m时，需编制专项施工方案，深度超过5 m时，需请求变更设计方案，组织专家评审，重新做围护后再扩挖。

4）测量控制。在进行地块污染治理时，需准确界定不同的污染因子边界，同时需确定污染土与非污染土边界。但对于土方施工的作业队伍来说，扩挖标高难以控制，不同污染因子的空间分界线难以确认，非污染土与污染土的界限也难以控制。

3 修复效果评估方式的改进

3.1 改进的评估方式

为保证地块内基坑安全，同时减少污染土治理修复的成本并缩短工期，采用了改进的效果评估方式，其具体的开挖验收流程如图8所示。图5所示传统的效果评估方式，基坑暴露主要是为等待土壤取样检测，因此，图8中将污染土与非污染土全数开挖，并于异地处理场地打堆待检（图9），从而给深基坑施工留出了工作面，保证了深基坑施工的连续性，进而保证了其安全性。

图8 改进的土方开挖验收流程

3.2 改进的挖土方案

与2.3节对比，为满足图8的开挖验收流程要求，在挖土方案上做了如下改进，从而保证深基坑安全：

1）基坑内不同污染因子的边界线仍然采用截弯取直方式放线，但在开挖过程中，以多级放坡方式开挖，坑内不同污染土边界线不验边，将污染土清挖短驳至异地场地后，对潜在污染因子进行全数检测，从而确定污染土修复方式。

2）深基坑内土方直接开挖至围护体边界，超出围护体系的污染土不做检测。

3）基坑内的理论非污染土与污染土一起清挖，并且非污染土在异地场地采用打堆的形式（见图9），每个采样单元（每个样品代表的土方量）不应超过500 m3，并且对理论非污染土均进行检测，若检测合格，则确定为清洁土；若检测有污染因子超标，则作为污染土进行治理。

4）深基坑开挖至设计标高后，对基坑底部和基坑侧壁进行整体验收，坑底、坑壁取样结束后即采用HDPE膜对其进行覆盖，并对基坑进行回填，保证基坑安全。

图9 场外打堆效果图

3.3 效益评估

3.3.1 时间效益

对深基坑内的土方进行一次性全部清挖，减少了传统效果评估方式中验边和扩挖的等待时间，从而大大缩短了基坑暴露时间。与传统深基坑土方开挖相比，在受污染地块内进行开挖时，仅需对不同污染因子的污染土在施工机械允许的条件下分别开挖，并同时注意污染土与理论非污染土的边界。因此，土建施工中劳动力和机械安排均与常规深基坑类似，从而减少了窝工和赶工的现象，并同时保证了深基坑在既定进度计划内完成开挖与回填，减少了深基坑安全风险。同时，深基坑工程的顺利推进，对于保证项目的关键工期节点尤为重要。

3.3.2 经济效益

采用改进的效果评估方式，其增加的费用包括：理论非污染土的场外打堆费用；不同污染因子分界线处污染土检测费用（由单一污染因子检测变为复合污染因子检测）。若采用传统的效果评估方式，潜在增加的费用包括：扩挖少量土方的机械台班费；等待检测结果期间的人员窝工费；防止土方暴露期间二次污染的措施费；工期延误导致的建设方罚款等。

对比2种效果评估方式，采用改进的开挖验收方案：一方面减少了机械和人工的窝工、抢工费用，同时减少了由于工期延误导致的潜在罚款风险；另一方面减少了深基坑内土方二次污染的风险（由于施工方导致土方二次污染，其治理费用由施工方承担）。

3.3.3 社会效益

深基坑的长时间暴露对地块周边的地下管线、地下交通管 、邻近建筑物、市政道路等均会造成巨大的影响。同时，污染土中含有挥发性和半挥发性的有毒有害气体，也会对地块周边的大气环境造成污染（尤其是学校、医院等场所），从而造成不可估量的损失。采用改进的效果评估方式，减少了深基坑暴露所带来的潜在风险，也减少了污染气体对周边环境的危害。

4 结语

参考文献

[1] 黎明,张洁.城市搬迁企业土壤修复产业化探究[J].环境保护与循环经济,2017,37(2):10-11.

[2] 刘云忠.上海某污染场地基坑工程设计与实践[J].岩土工程技术, 2019,33(1):59-62.

[3] 高爱辉,张锐,何智,等.污染土环境修复挖运、储存、再利用施工技术[J].建筑技术开发,2017,44(16):87-90.

[4] 生态环境部.土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试 行):GB 36600—2018[S].北京:中国环境出版社,2018.

[5] 生态环境部.污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则(试 行):HJ 25.5—2018[S].北京:中国环境出版社,2018.

[6] 上海星宇建设集团有限公司,郑州大学.建筑深基坑工程施工安全技术规范:JGJ 311—2013[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.