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试析油田小区地基土污染工程危害性

最后更新时间:2024-02-15 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:13987 浏览:59111
论文导读:理措施,为安全性埋下了长期隐患。2.1地基中重金属残留造成的工程危害八大重金属多指铅、汞、镉、铬、锑、钡、砷、硒,当其含量超标时称重金属污染;在地基铺设时,有些施工方会利用电厂及其贮灰场的粉煤灰或其他工程产生的弃渣、炉渣等作为地基回填或填埋层。由于灰渣、炉渣等处理技术不完善,会使重金属离子残留超标。
【摘要】随着油田开采任务外移,越来越多的废弃井区被规划为居民或商业用地。由于污染土地具有极大的潜在危害性,建筑部门应采取必要的治理措施,保证居民健康及建筑工程地下结构的安全。
【关键词】污染类别;反应机理;单桩竖向承载力特征值;工程危害
胜利油田是中国大型石油生产基地,从1961年到2013年,历经50多个年头。随着油田开采任务外移以及城市规划的需要,不少“受污染”土地腾退之后,用于房地产开发,老基地附近越来越多的废弃井区被规划为居民或商业用地。这给建筑工程的地下结构和居民健康带来了一系列的安全隐患。本文将就几个方面分析论述污染土质对居民健康的影响和对地下结构的危害,提出建筑选址中对污染场地进行风险评估及治理的必要性。

1、油田土质的几个主要污染类型

石油开采属于高污染行业,从钻井、采油,井下作业,到外输都有可能存在各种可能的土质污染,如泥浆处理、油品泄漏、原油落地、烃类挥发、化学品药剂使用,有害固废处理、井喷等等。

1.1落地原油对土地的污染

落地原油一是来自作业中井口放喷的原油,另外是由于事故理由在原油集输过程中,由于管线阀门的跑、冒、滴、漏、井喷等产生的落地油。具有凝点高,含蜡高,烷烃含量高,比重低的特性,原油中含有多达几十种的微量金属和非金属元素,其中含量较多和影响比较大的微量元素有镍、钒、铁、铜、钙、钠、砷等,所含的镍、钒俗称重金属元素。当原油向地下渗透时会污染土质,使土地结构发生转变。

1.2固体废弃物对土地的污染

钻井废弃泥浆及钻井岩屑是油田主要固体废弃物,钻井废弃泥浆是钻井过程产生的副产物,具有排放量大、成分复杂、治理难度大、治理成本高的特点。有害物质如石油类、重金属等含量较高,破坏土质严重。钻井岩屑的化学成分主要有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,胜利油田钻井岩屑的处理一般采用固化、填埋、倒运、焚烧或集中堆放、自然风化等方式,由于处理技术落后,易造成土地的二次污染。

1.3含油污泥对土地的污染

石油的地面处理系统会产生大量含油污泥,含油污泥中带有大量的病原菌、寄生虫、盐类以及多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物质以及PAHs、铜、锌、铬、汞等重金属,由于处理技术难度大,往往处理效果不尽人意,排放后易对土地形成二次污染,对环境具有放射性污染。

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内建筑材料的污油田小区地基土污染的工程危害性论文资料由论文网www.7ctime.com提供,转载请保留地址.染那样易于检测,因此开发商出于成本考虑对污染土质很少采取相应的治理措施,为安全性埋下了长期隐患。

2.1地基中重金属残留造成的工程危害

八大重金属多指铅、汞、镉、铬、锑、钡、砷、硒,当其含量超标时称重金属污染;在地基铺设时,有些施工方会利用电厂及其贮灰场的粉煤灰或其他工程产生的弃渣、炉渣等作为地基回填或填埋层。由于灰渣、炉渣等处理技术不完善,会使重金属离子残留超标。当重金属进入体内时,很难被降解排出,而是在体内慢慢积累,当累积量达到一定程度时,就会造成机体病变,导致畸形和癌变,是对人体毒性很强的元素,同样,地基土的重金属残留也会给地下工程造成潜在危害。
下面我们借鉴浙江大学刘刚博士在典型危险废物回转窑热处置特性和技术研究中的污泥重金属析出率试验[1],证明重金属在灰渣中的残留量,从而说明含有炉渣灰渣等处置物的地基土的危害性。
2.

1.1试验部分

以焚烧渣作为试验物料,根据重金属析出率公式:R=100×(1-Am/Cm)
式中:R为析出率;Am为渣中的重金属含量;Cm为电镀污泥中重金属元素的含量。
焚烧温度对重金属析出特性的影响结果如下表:
设定温度(℃)
CdCrCuZnNiPb
50016.25

1.3667.890.000.0026.38

70013.54

1.4367.9514.470.0027.95

9000.003.1068.952

1.050.0029.97

2.

1.2结果分析

从上述实验可以看出,Ni是典型的不挥发性重金属,Cr的吸出率也相当低,Cr元素残留在灰渣中的比率高达97%,Cr6+具有剧毒性,这两种重金属元素受焚烧条件影响非常小,这两种物质大部分留在灰渣中,Cr通常会与Zn、Co等元素反应生成ZnCr2O4或CoCr2O4,胜利油田的落地原油中Zn的含量远远超出国家标准。这些重金属很多会残留在灰渣中,我们知道,地下结构多为钢筋混凝土结构,污染地基中的重金属会与混凝土及钢筋反应产生腐蚀,影响地基强度。

2.2污染地基中其他元素造成的工程危害

2.1化学反应机理

石油中含有多种烃类、非烃类及磷、硫、钒、氮、氧等元素,其中的很多元素可以与钢筋混凝土反应,以硫元素为例,原油中所含的活性硫或硫化物能与钢筋混凝土反应产生腐蚀,化学反应为:
H2S+Fe→FeS
HS+Fe→FeS
RSH+Fe→FeS+不饱和烃
在酸性环境下,与水泥中CaO反应
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+H2S→CaS↓+2H2O
H2S(气体)→H++HS-=2H++S2-
硫氢酸属二元弱酸,能溶解碳酸钙,其反应式为
2CaCO3+H2S=Ca(HCO3)2+CaS↓CaS+H2S=Ca(HS)2
从上式看出,地基土中硫离子含量越多,混凝土中的钙离子析出越多,硫化钙和碳酸钙(难溶的)被转变为硫氢酸钙及碳酸氢钙(易溶的)流失,导致混凝土桩体表面腐蚀损坏。

2.2对地下结构承载力影响

含石油类污染物较多的地基土,被污染后土的颗粒、孔隙和胶体形态发生变化,结构连接减弱,压缩性和凝聚力增加(增加约15kPa--20kPa),摩擦角减小(减小5b左右)[2],剪切参数变化的理由与土壤受油田小区地基土污染的工程危害性论文资料由论文网www.7ctime.com提供,转载请保留地址.油论文导读:表面发生腐蚀脱落时,桩周尺寸明显减小,如果不考虑其他因素的变化,假设经过长期腐蚀,桩周尺寸降为直径1.1m计算被污染土质单桩竖向承载力特征值Ra2Ra2=UpΣqsiali+qpaAp=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=97

5.6+1424.8=2400.4KN由计算

类浸润有关。
下面我们采集同一地区已被污染和未被污染的原状土进行试验,证明污染土质对地基承载力的影响。
根据单桩竖向承载力特征值计算公式Ra=UpΣqsiali+qpaAp
式中Ra-单桩竖向承载力特征值(KN)
μP-桩的周长(m)
qsia-侧阻力特征值(kpa)
qpa-桩端地基土未经修正的地基承载力特征值(kpa)
a-桩端天然地基土的承载力折减系数
Ap-桩端截面面积(m2)
li-桩周第i层土的厚度
假设桩直径

1.2m、桩长9.00m、设计±0.00m为30.80m,桩的各层埋深如下表:

岩土名称埋深(m)钻孔灌注桩
qsia(KPa)qpa(KPa)
杂填土0.257/
粉质黏土

1.311/

含黏性土角砾

1.824/

强风化泥岩

4.96451500

计算未被污染的原状土单桩竖向承载力特征值Ra1
Ra1=UpΣqsiali+qpa
Ap=2×0.60×3.14×(7×0.25+11×

1.3+24×8+45×4.96)+1500×3.14×0.62

=1.2×3.14×(1.75+14.3+43.2+223.2)+169

5.6=1064.3+1696=2759.9KN

当水泥桩表面发生腐蚀脱落时,桩周尺寸明显减小,如果不考虑其他因素的变化,假设经过长期腐蚀,桩周尺寸降为直径1.1m
计算被污染土质单桩竖向承载力特征值Ra2
Ra2=UpΣqsiali+qpa
Ap=2×0.55×3.14×(7×0.25+11×

1.3+24×8+45×4.96)+1500×3.14×0.552

=1.1×3.14×(1.75+14.3+43.2+223.2)+1424.8=97

5.6+1424.8=2400.4KN

由计算可知:Ra23、结论
通过对比桩周尺寸变化前后单桩竖向承载力特征值可以看出,污染土壤影响地基土的力学特性,随着腐蚀程度加大,桩周尺寸减小,单桩竖向承载力特征值变小,地基承载力降低,从而影响地下结构强度及耐久性。
因此在石油污染土地进行开发利用时,应考虑地基污染对建筑物基础结构的长期影响,相关部门应对污染地基采取治理修复措施以保证地下结构的稳定性和耐久性。