武漢市岱山垃圾填埋場工程地質特征分析

鄧青軍，劉亞洲，朱帆濟，陳玉茹（.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 43003；.湖北省地質調查院，湖北武漢 430034）

武漢市岱山垃圾填埋場工程地質特征分析

鄧青軍1?，劉亞洲1，朱帆濟1，陳玉茹2
（1.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023；2.湖北省地質調查院，湖北武漢 430034）

為了提高武漢市水土資源的使用效率，提升城市生態文明水平，建設生態宜居和幸福文明城市，武漢市正在積極開展對原有簡易垃圾填埋場的生態修復治理。因此查明原有垃圾填埋場的工程地質特征對生態修復設計、施工及管理有非常重要意義。本文旨在以武漢岱山垃圾填埋場為例，從研究區巖土類型及理化性質、水文地質特征、地震效應、滲瀝液滲漏與污染運移特征、垃圾堆體量與滲瀝液體量、場地穩定性與工程建設適宜性特征等方面分析生態修復過程中面臨的工程地質問題，并提出相應的措施建議，為生態修復工程的實施提供參考。

垃圾填埋場；工程地質特征；水文地質條件；滲瀝液

1 引 言

隨著城市規模的日益擴大，一些原本處于偏僻地區的垃圾填埋場逐漸接近了主城區，已經形成了垃圾包圍城市的嚴重局面。由此產生了土地占用，土壤污染、水體污染、大氣污染等環境問題，對周圍居民產生急性和慢性的毒性危害，進而引發一系列社會和經濟問題［1］。因此，為了解決垃圾填埋場的各種遺留問題并兼顧城市的生態效應，對城市垃圾填埋場進行合理的生態修復刻不容緩［2］。查明原有簡易垃圾填埋場工程地質特征及變化規律，對開展生態修復設計、施工及管理有非常重要意義。

20世紀80年代末，武漢市先后修建了金口垃圾場、北洋橋垃圾場、紫霞觀垃圾場以及岱山垃圾場等簡易垃圾填埋場。為了更好地提高水土資源的使用效率，提升城市生態文明水平，建設生態宜居和幸福文明城市，武漢市正在積極實施對原有簡易垃圾填埋場的生態修復治理。本文在研究武漢岱山垃圾填埋場現狀的基礎上，對其穩定性及工程建設適宜性、巖土類型及理化性質特征、水文地質特征、地震效應、滲漏與污染情況以及垃圾堆體與滲瀝液累積量等方面進行工程地質特征與動態變化規律，為生態修復工程的實施提供依據。

2 研究區概況

岱山簡易垃圾填埋場位于武漢江岸區后湖鄉岱山村，位于武漢城區東北面，漢黃路與堤邊路交叉路口附近，張公堤外，毗鄰府河與三環線，距府河約 10 m～50 m，場區面積 197 363.59 m2，總占地面積約300畝。1990年正式投入使用，2007年因容量飽和，停止市區生活垃圾進場消納。

由于其建成時間較早，場底部防滲采取的是天然黏土防滲層，無論是在填埋沼氣導排、污水導排、雨污分流、及時覆蓋、邊坡處理等填埋工程措施，還是在給排水、場內外道路、供配電等配套設施建設上都處于很低的水平，不僅存在安全隱患，還存在嚴重的環境污染隱患。尤其是該場地鄰近府河，填埋產生的污水無法外排，都積存于場區內，在自然與人為破壞作用下，有可能對附近居民及周圍水系的生態環境造成極大影響。

場區內地面標高28.50 m～42.00 m，地形起伏較大，增加垃圾堆填體高度約 5.00 m～15.00 m，根據武漢地貌圖，擬建場地屬于河流堆積平原區，地貌單元為長江Ⅰ～Ⅲ級階地過渡地段。

3 巖土類型與理化性質分析

3.1 地層巖性與分布

本次研究共測放13個鉆探孔，勘探孔間距 100 m ～200 m，孔深 15 m～30 m。在勘探孔所揭露的深度范圍內，場地范圍內沿線表層覆蓋有厚薄不均的建筑垃圾，中部分布有厚層生活垃圾，堆填時間不一，下部主要為厚層的上更新統沖洪積相黏性土。根據區域地質資料，底部基巖以二疊系～三疊系灰巖為主。根據野外鉆孔巖性描述和原位測試結果，結合室內土工試驗成果綜合分析，可將研究區場地勘探深度范圍內地層劃分為兩大層，4個亞層，工程地質分層與巖性特征如表1所示。

? 收稿日期:2015—11—13

作者簡介:鄧青軍（1987—），男，工程師，主要從事巖土工程勘察與設計相關的工作。

工程地質分層與巖性特征 表1

3.2 物理力學性質

研究區內建筑垃圾層和生活垃圾層以下主要沉積一套硬塑狀的老黏土，局部地段分布少量全新統與上更新統過渡黏土，在埋深及厚度有一定變化，性質變化大，地基不均勻。本次研究共采集原狀土樣34組，其中1-1層10組，2-1層16組，2-2層8組，進行室內土工試驗，基底土層物理力學性質檢測結果平均值如表2所示。同時對基底2-1層及2-2層進行標準貫入試驗，其中承載力特征值根據湖北省《建筑地基基礎設計規范》（DB42/242-2014）結合原位測試和室內試驗綜合確定。

基底主要土層物理力學性質 表2

（1）1-1建筑垃圾層:填土堆積時間短，填料成分較復雜，呈稍密～稍密狀態，均勻性差、物質成分復雜，具高壓縮性，承載力較低，屬微透水性土層。

（2）1-2生活垃圾層:填土堆積時間不一，填料成分較復雜，呈松散～稍密狀，均勻性差、物質成分復雜，具高壓縮性，承載力低，屬強透水性土層。

（3）2-1黏土層:埋深不一，較普遍分布，呈可塑局部軟塑狀態，中等承載力，具中壓縮性，屬不透水性土層，為擬建工程較好的隔滲體。

（4）2-2黏土層:埋深不一，較普遍揭露，呈硬塑狀，具中等偏高承載力，具中壓縮性，屬不透水性土層，為擬建工程較好的隔滲體。

4 水文地質條件分析

4.1 地下水類型與賦存條件

研究區周邊地表水較豐富，主要為府河水體，府河水位高程為 19.00 m～22.00 m，府河隨季節變化明顯，5月～9月為豐水期，11月～次年3月為枯水期。

研究區內地下水自上而下分為上層滯水、垃圾滲瀝液。上層滯水分布于場地內建筑垃圾層中，垃圾滲瀝液貯藏于生活垃圾層中。生活垃圾層較松散，孔隙較大，其主要物質成分為紙張、果皮、塑料、毛骨、橡膠皮革、紡織纖維、木質雜草等。其上部為建筑垃圾與黏性土混合而成，根據現場水文地質試驗測得其滲透系數較小，可以視為相對隔水層；其下部為上更新統黏性土層，其滲透系數小，為較好的隔水層。

4.2 補徑排條件分析

上層滯水主要接受大氣降水補給，水位隨季節和地勢變化而變化，無統一水位，上層滯水水量一般較小，以蒸發排泄和側向排泄為主。

垃圾滲漏液賦存于場地內側生活垃圾層中，為一種特殊水體，其成分是復雜的高濃度有機廢水，如果不加以處理直接排入水體和土壤中，會造成嚴重的環境污染。其產生的原因主要為以下三大原因:一是大氣降雨和徑流，二是原有垃圾中含有的水分，三是在垃圾填埋后由于微生物的分解作用而產生的水。根據研究區勘探和調查情況，本場地范圍內無河流、湖泊等地表水徑流通過，且場地深部地下承壓水與垃圾層被厚層黏性土阻隔，無法形成補給通道。同時，府河等地表水的水位均低于垃圾滲瀝液水位標高，垃圾場周邊均填筑有較密實的黏性土防滲堤，周邊地表水不可能逆向補給水給垃圾層。故本場地垃圾滲瀝液的主要來源是大氣降雨，其次來源于垃圾本身所含水分和降解后產生的水，滲瀝液徑流條件較差，通過垃圾滲漏點進行排泄。

4.3 地下水動態分析

上層滯水水位埋深約0.65 m～2.30 m，分布不連續，水位變幅較大，受降水等氣候條件影響明顯。垃圾滲瀝液埋深介于2.60 m ～10.50 m，標高介于27.21 m～34.01 m，垃圾滲瀝液的水量和水質受降水、氣溫等氣候因素以及填埋場的地址情況影響，與垃圾成分、垃圾填埋時間關系密切，季節波動大。

5 地震效應分析

武漢地區建設工程抗震設防烈度為6°，設計基本地震加速度值為 0.05 g，設計地震分組為第一組。按武漢市主城規劃區地震動參數小區劃，研究區場地屬為ⅡA區。

研究區沿線覆蓋層各土層剪切波速為 120 m/s ～245 m/s，計算等效剪切波 速為132.99 m/s ～145.67 m/s，區域資料反映場地覆蓋層厚度一般20 m～40 m，按照《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）規定判定擬建工程場地各土層分別屬軟弱土～中硬土，建筑場地類別為Ⅲ類。擬建場地沿線因存在厚層疏松垃圾特殊性填土層，均屬抗震不利地段。

6 滲漏與污染運移分析

垃圾滲濾液對周圍環境的影響主要通過填埋場—土壤—作物—人類或填埋場—水體—土壤—作物—人類以及填埋場—水體—水生生物—人類或填埋場—水體—人類等物質循環路徑，對人類健康產生危害，同時污染生態環境［3］。滲濾液極易軟化巖石的強度，浸泡周圍的邊坡，形成潛在的滑面，誘發天然邊坡失穩，從而引發垃圾處理場的防滲設施的破壞［4］。因此對垃圾填埋場的生態修復必須對滲瀝液的滲漏與污染運移規律進行探究。

垃圾滲瀝液污染運移的基本方式主要包括:①隨水的滲流方向的線性運移；②由于熱運動、濃度差等原因而引起的彌散運動［5］。滲瀝液運移是受氣象、水文、地形、人類活動綜合影響的結果，處于不斷變化之中，在空間上表現為水平和垂直運移。

（1）水平方向:根據現場調查監測情況，在場地西南側靠近居民住宅處有一處滲瀝液出漏點，且常年有黃灰色、黑色，強刺鼻性臭味液體流出，現場判定該處已經造成附近水、土污染，且溝渠水未經任何處理直接匯入府河，可能造成府河局部污染。同時在北側斜坡上發現水體浸出帶以及雨水沖刷溝槽，溝槽內有垃圾殘留，且現狀垃圾堆體地勢高于府河，當降水量過大時，降落在垃圾堆體上的雨水可直接匯入府河，對周邊水體造成污染。場地南側為張公堤擋水構筑物，可視為隔水層，阻隔垃圾滲濾液的流動，同時場地其余部位，均未發現刺鼻性氣味液體流出。場地內垃圾滲瀝液污染運移方向為從東向西，從南向北。

（2）垂直方向:首先，滲瀝液自降水開始經過多層重疊的垂向運動，建筑垃圾層起減緩滲流作用，吸附和過濾污染因子，而在生活垃圾層中，滲瀝液不斷接納新的污染因子，使污染物質濃度增高；同時，在滲瀝液和垃圾層之間以及滲瀝液中污染因子之間都在不斷地發生理化作用，進行轉化，使之成為一種極端復雜的動態過程［6］；其次，勘察結果顯示堆體下部土層為老黏性土隔水層，未發現承壓含水層，場區內無地下水連通道，垃圾滲瀝液垂直方向處于封閉狀態，無下部滲漏。

7 垃圾體量及滲瀝液體量分析

由于垃圾堆體是一種特殊土體，其特性尚處研究階段，無相關規范明確其內部滲瀝液體量計算方法，相關經驗數據較少。本次研究采用網格剖分以及插值的方法先對研究區垃圾體量進行計算。在此基礎上，假設研究區地下水位以下垃圾空隙飽含滲瀝液，生活垃圾經過壓實處理的基礎上，利用地下水位以下垃圾體量與垃圾孔隙率的乘積估算滲瀝液體量。計算公式見式（1）、式（2）。

式中:Q:滲瀝液體積；W:水位以下垃圾體量；N:垃圾空隙率；n:垃圾孔隙率；Sr:垃圾飽和度。

根據現狀地形圖以及勘察鉆孔剖面圖，分別提取地表高程數據和建筑垃圾層、生活垃圾層底部高程數據。利用南方CASS軟件網格剖分以及插值功能，本次計算范圍 197 363.59 m2，共剖分成約500個 20 m×20 m計算單元網格，估算得出場地建筑垃圾體積量約為2 312 263.9 m3，生活垃圾體積量約為 1 503 529 m3，估算場地垃圾總量約為 3 815 792.9 m3。

根據鉆探揭露情況，滲瀝液水位以下垃圾基本處于飽和狀態，空隙中以液體充填，根據鉆孔水位觀測資料，垃圾滲瀝液水位大多維持在生活垃圾層頂板附近，少數鉆孔垃圾滲瀝液有自流現象，表現出微承壓性。

根據武漢市金口垃圾填埋場生活垃圾層相關測試數據，本次研究取垃圾孔隙率n=64.7%～68.1%，飽和度Sr=17.4%～35.2%，垃圾空隙率N=41.9%～54.1%。

由于滲瀝液液面高度大多在垃圾層頂面以上，且建筑垃圾層滲透系數較小，故水位以下垃圾體量估算值根據生活垃圾層體積量進行計算即W=1 503 529 m3，故滲瀝液估算體積Q=631 482.18 m3～811 905.62 m3。

8 場地穩定性及適宜性分析

場地穩定性及適宜性取決于地質體的內在屬性即邊坡巖土結構、軟硬程度、均勻性、軟弱結構面等；外在因素如開挖爆破、振動、卸荷、地震和地下水的活動等均可導致場地的不穩定性［7］。

（1）武漢地區受燕山期構造運動影響，形成了一系列褶皺和斷層，致使基巖裂隙發育。工程場地地質構造屬漢口～新界復背斜，該背斜核部為志留系，兩翼由泥盆系～二疊系構成，背斜開闊，北翼正常，傾向北，南翼倒轉，傾向北、傾角60°～70°左右?，F場勘探資料未顯示新構造活動的存在。

（2）研究區及周邊無崩塌、滑坡、泥石流等動力地質作用的破壞影響。

（3）填埋場地基總沉降包括彈性沉降、主固結沉降和次固結沉降三部分，研究區毗鄰府河，根據鉆孔揭露垃圾層情況，其總厚度一般大于 8 m，為地面沉降重點防控區。

（4）根據現場調查情況，場地垃圾堆體邊坡坡腳呈45°～60°，高度 5 m～15 m，覆蓋有土工薄膜，通過調查未發現有邊坡失穩垮塌點。但在場地西側、北側等現狀邊坡屬松散堆填狀態，坡頂局部出現裂縫，雖然覆蓋少量植被，但在受到擾動或持續降水情況下，可能產生邊坡局部垮塌。場地內垃圾滲瀝液污染運移方向為從東向西，從南向北，在地下水滲流作用下對垃圾堆體邊坡穩定產生很大影響。垃圾堆體邊坡工程安全等級為Ⅱ級。

（5）研究區地形起伏較大、排水條件較差，存在生活垃圾等特殊填土層，工程地質特性差異較大且不穩定，其中地下水（垃圾滲瀝液）對工程影響較大。

（6）研究區垃圾堆體中存在有害沼氣，現場勘察中在每個鉆孔中埋設長度 10 m～15 m的排水管道（直徑 75 mm、PVC材質），以收集氣體進行檢測。根據沼氣（甲烷）檢測情況，場地垃圾堆填區甲烷濃度一般介于3%～8%。

按《城鄉規劃工程地質勘察規范》（CJJ57-2012）有關規定，研究區場地穩定性較差，工程建設適宜性差，需進行專項治理。

9 結論與建議

通過本次研究，對研究區內地層構成與工程特性、水文地質特征、地震效應、滲瀝液污染運移特征、垃圾體量與滲瀝液體量、穩定性與適宜性有了清晰的認識，主要結論和建議如下:

（1）研究區表層覆蓋有厚薄不均的建筑垃圾，中部分布有厚層生活垃圾，堆填時間不一，下部主要為厚層的上更新統沖洪積相黏性土。研究區內無活動性斷層、巖溶、土洞、滑坡及液化等不良地質現象，但存在厚層垃圾填土等特殊性土，穩定性較差，工程建設適宜性較差。建議適當增加表層覆土厚度，并增加其密實性，對修復過程中高填方地段形成的人工邊坡應采取有效的防范措施，如降低邊坡坡度，分臺階護坡，修筑擋土墻［8］。

（2）地下水類型主要為上層滯水、垃圾滲瀝液，滲瀝液運移是受氣象、水文、地形、人類活動綜合影響的結果，處于不斷的變化之中，在空間上表現為水平和垂直運移。滲瀝液對研究區生態修復影響較大，建議研究區內建立地表水-地下水-土壤長期監測網，持續觀測垃圾影響范圍內水土環境質量動態。

（3）研究區內建筑垃圾體積量約為 2 312 263.9 m3，生活垃圾體積量約為 1 503 529 m3，估算場地垃圾總量約為 3 815 792.9 m3，滲瀝液估算體積Q=631 482.18 m3～811 905.62 m3。建議從定量計算角度考慮地下水滲流作用對垃圾堆體邊坡穩定性的影響，考慮滲瀝液污染物的滲漏與擴散對水源、農業、巖土和生態環境的影響，以便更好地指導場地的生態修復。

［1］周良.垃圾填埋場生態修復技術發展現狀及思考［J］.環境科技，2012，25（4）：71～74.

［2］李云貴.城市生活垃圾焚燒填埋工程與地質環境效應分析［J］.成都理工學院學報，2000，，27（S）：154～157.

［3］李秀蘭.山地城市垃圾填埋場滲濾液運移規律研究［D］.重慶大學碩士學位論文，2005.05.

［4］霍志強.蚌埠市生活垃圾填埋場工程地質勘察［J］.城市勘測，2013，2（1）：167～171.

［5］孔德坊.生活垃圾衛生填埋及地質環境效應概論［J］.地質災害與環境保護，1999，10（S）：1～11.

［6］Tang D H，Frind E A，Sudicky，Contaminant Transport in Fractured Porous Media：Analytical Solution for a Single Fracture［J］.Water Resources，1981，17（3）：555～658.

［7］華錫昌.垃圾衛生填埋場選址與勘察設計技術綜述［J］.資源環境與工程，2009，23（1）：52～56.

［8］馬文華，張道勇.醴陵市潭灣垃圾衛生填埋場工程地質條件分析［J］.采礦技術，2008，8（4）：56～58.

The Analysis on Engineering Geological Characteristics of Dai Shan Landfill in Wuhan

Deng Qingjun1，Liu Yazhou1，Zhu Fanji1，Chen Yuru2
（1.Wuhan Municipal Engineering Design and Research Institute Co.，Ltd，Wuhan 430023，China；2.Hubei Geological Survey，Wuhan 430034，China）

In order to improve the use efficiency of water and soil resources，enhance the level of urban ecological civilization and construct the ecological livable and happiness city，it is actively carrying out ecological restoration for the original simple landfill site in Wuhan，so it has very important significance on ecological restoration design，construction and management to find out the engineering geological characteristics.The purpose of the paper is to take Dai Shan landfill for example，it analysises of engineering geological problems on ecological restoration based on the formation lithology characteristics，the hydrogeological characteristics，seismic effect，garbage leachate pollution migration features，site stability features，engineering construction suitability and etc，putting forward reasonable measures on ecological restoration，providing certain scientific basis for the implementation of ecological restoration engineering.

landfill；engineering geological characteristics；hydrogeological characteristics；leachate

1672-8262（2016）02-172-05中圖分類號：P642.5

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