鄧青軍，劉亞洲，朱帆濟，陳玉茹（.武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 43003；.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北武漢 430034）

武漢市岱山垃圾填埋場工程地質(zhì)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(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430023；2.湖北省地質(zhì)調(diào)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(tài)文明水平，建設(shè)生態(tài)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(tài)修復(fù)治理。因此查明原有垃圾填埋場的工程地質(zhì)特征對生態(tài)修復(fù)設(shè)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(qū)巖土類型及理化性質(zhì)、水文地質(zhì)特征、地震效應(yīng)、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(wěn)定性與工程建設(shè)適宜性特征等方面分析生態(tài)修復(fù)過程中面臨的工程地質(zhì)問題，并提出相應(yīng)的措施建議，為生態(tài)修復(fù)工程的實施提供參考。

垃圾填埋場；工程地質(zhì)特征；水文地質(zhì)條件；滲瀝液

1 引 言

隨著城市規(guī)模的日益擴大，一些原本處于偏僻地區(qū)的垃圾填埋場逐漸接近了主城區(qū)，已經(jīng)形成了垃圾包圍城市的嚴(yán)重局面。由此產(chǎn)生了土地占用，土壤污染、水體污染、大氣污染等環(huán)境問題，對周圍居民產(chǎn)生急性和慢性的毒性危害，進而引發(fā)一系列社會和經(jīng)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(tài)效應(yīng)，對城市垃圾填埋場進行合理的生態(tài)修復(fù)刻不容緩［2］。查明原有簡易垃圾填埋場工程地質(zhì)特征及變化規(guī)律，對開展生態(tài)修復(fù)設(shè)計、施工及管理有非常重要意義。

20世紀(jì)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(tài)文明水平，建設(shè)生態(tài)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(tài)修復(fù)治理。本文在研究武漢岱山垃圾填埋場現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對其穩(wěn)定性及工程建設(shè)適宜性、巖土類型及理化性質(zhì)特征、水文地質(zhì)特征、地震效應(yīng)、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(zhì)特征與動態(tài)變化規(guī)律，為生態(tài)修復(fù)工程的實施提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

岱山簡易垃圾填埋場位于武漢江岸區(qū)后湖鄉(xiāng)岱山村，位于武漢城區(qū)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(huán)線，距府河約 10 m～50 m，場區(qū)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(qū)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(dǎo)排、污水導(dǎo)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(nèi)外道路、供配電等配套設(shè)施建設(shè)上都處于很低的水平，不僅存在安全隱患，還存在嚴(yán)重的環(huán)境污染隱患。尤其是該場地鄰近府河，填埋產(chǎn)生的污水無法外排，都積存于場區(qū)內(nèi)，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(tài)環(huán)境造成極大影響。

場區(qū)內(nèi)地面標(biāo)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(jù)武漢地貌圖，擬建場地屬于河流堆積平原區(qū)，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(zhì)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(nèi)，場地范圍內(nèi)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(tǒng)沖洪積相黏性土。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，底部基巖以二疊系～三疊系灰?guī)r為主。根據(jù)野外鉆孔巖性描述和原位測試結(jié)果，結(jié)合室內(nèi)土工試驗成果綜合分析，可將研究區(qū)場地勘探深度范圍內(nèi)地層劃分為兩大層，4個亞層，工程地質(zhì)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(shè)計相關(guān)的工作。

工程地質(zhì)分層與巖性特征 表1

3.2 物理力學(xué)性質(zhì)

研究區(qū)內(nèi)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(tǒng)與上更新統(tǒng)過渡黏土，在埋深及厚度有一定變化，性質(zhì)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(nèi)土工試驗，基底土層物理力學(xué)性質(zhì)檢測結(jié)果平均值如表2所示。同時對基底2-1層及2-2層進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，其中承載力特征值根據(jù)湖北省《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DB42/242-2014）結(jié)合原位測試和室內(nèi)試驗綜合確定。

基底主要土層物理力學(xué)性質(zhì) 表2

（1）1-1建筑垃圾層:填土堆積時間短，填料成分較復(fù)雜，呈稍密～稍密狀態(tài)，均勻性差、物質(zhì)成分復(fù)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(fù)雜，呈松散～稍密狀，均勻性差、物質(zhì)成分復(fù)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(tài)，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(zhì)條件分析

4.1 地下水類型與賦存條件

研究區(qū)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(jié)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(qū)內(nèi)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(nèi)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(zhì)成分為紙張、果皮、塑料、毛骨、橡膠皮革、紡織纖維、木質(zhì)雜草等。其上部為建筑垃圾與黏性土混合而成，根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)試驗測得其滲透系數(shù)較小，可以視為相對隔水層；其下部為上更新統(tǒng)黏性土層，其滲透系數(shù)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(jié)和地勢變化而變化，無統(tǒng)一水位，上層滯水水量一般較小，以蒸發(fā)排泄和側(cè)向排泄為主。

垃圾滲漏液賦存于場地內(nèi)側(cè)生活垃圾層中，為一種特殊水體，其成分是復(fù)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(yán)重的環(huán)境污染。其產(chǎn)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(chǎn)生的水。根據(jù)研究區(qū)勘探和調(diào)查情況，本場地范圍內(nèi)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(biāo)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(chǎn)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(tài)分析

上層滯水水位埋深約0.65 m～2.30 m，分布不連續(xù)，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(biāo)高介于27.21 m～34.01 m，垃圾滲瀝液的水量和水質(zhì)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(guān)系密切，季節(jié)波動大。

5 地震效應(yīng)分析

武漢地區(qū)建設(shè)工程抗震設(shè)防烈度為6°，設(shè)計基本地震加速度值為 0.05 g，設(shè)計地震分組為第一組。按武漢市主城規(guī)劃區(qū)地震動參數(shù)小區(qū)劃，研究區(qū)場地屬為ⅡA區(qū)。

研究區(qū)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(qū)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(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010）規(guī)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(huán)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(zhì)循環(huán)路徑，對人類健康產(chǎn)生危害，同時污染生態(tài)環(huán)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(fā)天然邊坡失穩(wěn)，從而引發(fā)垃圾處理場的防滲設(shè)施的破壞［4］。因此對垃圾填埋場的生態(tài)修復(fù)必須對滲瀝液的滲漏與污染運移規(guī)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(jié)果，處于不斷變化之中，在空間上表現(xiàn)為水平和垂直運移。

（1）水平方向:根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查監(jiān)測情況，在場地西南側(cè)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(xiàn)場判定該處已經(jīng)造成附近水、土污染，且溝渠水未經(jīng)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(cè)斜坡上發(fā)現(xiàn)水體浸出帶以及雨水沖刷溝槽，溝槽內(nèi)有垃圾殘留，且現(xiàn)狀垃圾堆體地勢高于府河，當(dāng)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(cè)為張公堤擋水構(gòu)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(fā)現(xiàn)刺鼻性氣味液體流出。場地內(nèi)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(jīng)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(zhì)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(fā)生理化作用，進行轉(zhuǎn)化，使之成為一種極端復(fù)雜的動態(tài)過程［6］；其次，勘察結(jié)果顯示堆體下部土層為老黏性土隔水層，未發(fā)現(xiàn)承壓含水層，場區(qū)內(nèi)無地下水連通道，垃圾滲瀝液垂直方向處于封閉狀態(tài)，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(guān)規(guī)范明確其內(nèi)部滲瀝液體量計算方法，相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)較少。本次研究采用網(wǎng)格剖分以及插值的方法先對研究區(qū)垃圾體量進行計算。在此基礎(chǔ)上，假設(shè)研究區(qū)地下水位以下垃圾空隙飽含滲瀝液，生活垃圾經(jīng)過壓實處理的基礎(chǔ)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(jù)現(xiàn)狀地形圖以及勘察鉆孔剖面圖，分別提取地表高程數(shù)據(jù)和建筑垃圾層、生活垃圾層底部高程數(shù)據(jù)。利用南方CASS軟件網(wǎng)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(wǎng)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(jù)鉆探揭露情況，滲瀝液水位以下垃圾基本處于飽和狀態(tài)，空隙中以液體充填，根據(jù)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(shù)鉆孔垃圾滲瀝液有自流現(xiàn)象，表現(xiàn)出微承壓性。

根據(jù)武漢市金口垃圾填埋場生活垃圾層相關(guān)測試數(shù)據(jù)，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(shù)較小，故水位以下垃圾體量估算值根據(jù)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(wěn)定性及適宜性分析

場地穩(wěn)定性及適宜性取決于地質(zhì)體的內(nèi)在屬性即邊坡巖土結(jié)構(gòu)、軟硬程度、均勻性、軟弱結(jié)構(gòu)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(dǎo)致場地的不穩(wěn)定性［7］。

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

（2）研究區(qū)及周邊無崩塌、滑坡、泥石流等動力地質(zhì)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(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分，研究區(qū)毗鄰府河，根據(jù)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(qū)。

（4）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)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(diào)查未發(fā)現(xiàn)有邊坡失穩(wěn)垮塌點。但在場地西側(cè)、北側(cè)等現(xiàn)狀邊坡屬松散堆填狀態(tài)，坡頂局部出現(xiàn)裂縫，雖然覆蓋少量植被，但在受到擾動或持續(xù)降水情況下，可能產(chǎn)生邊坡局部垮塌。場地內(nèi)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(wěn)定產(chǎn)生很大影響。垃圾堆體邊坡工程安全等級為Ⅱ級。

（5）研究區(qū)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(zhì)特性差異較大且不穩(wěn)定，其中地下水（垃圾滲瀝液）對工程影響較大。

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

按《城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（CJJ57-2012）有關(guān)規(guī)定，研究區(qū)場地穩(wěn)定性較差，工程建設(shè)適宜性差，需進行專項治理。

9 結(jié)論與建議

通過本次研究，對研究區(qū)內(nèi)地層構(gòu)成與工程特性、水文地質(zhì)特征、地震效應(yīng)、滲瀝液污染運移特征、垃圾體量與滲瀝液體量、穩(wěn)定性與適宜性有了清晰的認識，主要結(jié)論和建議如下:

（1）研究區(qū)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(tǒng)沖洪積相黏性土。研究區(qū)內(nèi)無活動性斷層、巖溶、土洞、滑坡及液化等不良地質(zhì)現(xiàn)象，但存在厚層垃圾填土等特殊性土，穩(wěn)定性較差，工程建設(shè)適宜性較差。建議適當(dāng)增加表層覆土厚度，并增加其密實性，對修復(fù)過程中高填方地段形成的人工邊坡應(yīng)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(jié)果，處于不斷的變化之中，在空間上表現(xiàn)為水平和垂直運移。滲瀝液對研究區(qū)生態(tài)修復(fù)影響較大，建議研究區(qū)內(nèi)建立地表水-地下水-土壤長期監(jiān)測網(wǎng)，持續(xù)觀測垃圾影響范圍內(nèi)水土環(huán)境質(zhì)量動態(tài)。

（3）研究區(qū)內(nèi)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(wěn)定性的影響，考慮滲瀝液污染物的滲漏與擴散對水源、農(nóng)業(yè)、巖土和生態(tài)環(huán)境的影響，以便更好地指導(dǎo)場地的生態(tài)修復(fù)。

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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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