南京天井洼垃圾填埋场坝体灾害原因及防治

王洪凯 汪要武 杨小君

(江苏建材地质工程勘察院，江苏南京 210007)

南京天井洼垃圾填埋场原为在20世纪80年代以前因采石而形成的约31 m的深凹地，现已填埋至原有地面标高。2010年8月份连场大暴雨后，坝体在25 m～28 m标高处出现渗漏现象。渗漏流出的污水流进周边村民的鱼塘，致使鱼虾大面积死亡，给村民的生活带来极大的安全隐患。本文根据现场场地的地质构造、成因、时代、地层结构、岩土性质、地下水埋藏条件，以及可能存在的断裂或断裂破碎带、构造影响带、软弱结构面等的地质情况，对南京天井洼垃圾填埋场坝体渗漏原因进行了分析，并对其防治技术进行了研究。

1 工程概况

1.1 地质概况

天井洼填埋场位于南京市区长江之北，该区域属低山地貌，地形起伏较大。区内最高山为规划用地范围以西的大顶山，海拔标高为246.2 m，山体周边一般在30 m以下，山体上植被发育，通行和通视条件较差。垃圾焚烧场东北部为天井洼垃圾填埋场，人工开采边坡坡高15 m～40 m，坡度大于50°。区域内出露地层简单，主要由震旦系上统黄墟组上段(Z2h2)和第四系全新统(Q4)组成。震旦系上统黄墟组上段(Z2h2):以单斜形式产出，倾向218°～290°、倾角25°～37°，产状变化较大。岩性为薄层灰岩、泥灰岩、中厚层灰岩互层，夹少量薄层泥岩和页岩，饱和单轴抗压强度在15.2 MPa～69.2 MPa，厚度大于80 m。第四系全新统(Q4):主要分布在灰岩顶部，厚0.8 m～6.0 m，岩性为粉质粘土混碎石。区域内地质构造简单，地层呈向南西倾斜，倾向218°～290°，倾角25°～37°的单斜构造，局部产状变化较大，有小柔皱发育，区内有三条小断层分布。该区域地处老山山脉边缘，场区第四纪全新世以来无活动性断裂通过，区域地质较稳定。

1.2 水文地质条件

根据钻探、注水试验情况来看，场地地下水主要有第四系松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水两种类型，第四系松散岩类孔隙潜水主要以孔隙水形式赋存于第四系全新统(Q4)粘土、碎石粘土层中，微～弱透水性，地下水水量贫乏。潜水主要由大气降水入渗补给，蒸发是主要排泄方式。其水位随季节性变化较大。一般地下水位埋深0.55 m～1.70 m。基岩裂隙水主要以孔隙水形式赋存于震旦系上统黄墟组上段(Z2h2)灰岩、泥灰岩中，弱～不透水性，地下水水量贫乏。主要由大气降水入渗补给，蒸发和下渗是主要排泄方式。该区域水质类型为SO1HCO3-CaMg或SO1HCO3-Ca型水，地下水对混凝土具弱腐蚀性，对混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

2 灾害原因调查分析

2.1 灾害地质调查

垃圾场西侧采石场边坡主要存在地质灾害类型为滑坡、崩塌，采石场坡高有10 m～40 m，边坡倾向250°～280°，坡角70°～80°，边坡岩性为薄层状灰岩夹泥页岩，层理发育，单层厚1 cm～2 cm，属较软岩组，一组张节理及两组闭合，节理发育，岩体较完整，局部较破碎，且顺层顺坡。结合现场调查，采场边坡发生崩塌或滑塌的可能性较大，但灾害规模一般会比较小。

2.2 边坡现状调查分析

通过勘察对边坡进行调查，调查发现区域内地质构造简单，地层呈向南西倾斜，倾向218°～290°，倾角25°～44°的单斜构造，局部产状变化较大，小柔皱较发育，区内有F1，F2～F12十二条小断层及节理分布。

其中主张性裂隙一组9条:走向50°～60°，宽度0.10 m～1.00 m，裂隙中充填有紫红色粘土及岩石角砾混粘土，裂隙面近直立并呈波状，延长30 m～50 m，延深30 m～50 m，具有一定的地下水渗透性。

小闭合节理一组:走向66°～77°，倾向 156°～167°，倾角 62°～66°，延长、延深2 m～5 m，节理面平直。节理密度8条/10 m～10条/10 m。

小闭合节理二组:走向 77°～80°，倾向 347°～350°，倾角 40°～66°，延长、延深2 m～5 m，节理面平直。节理密度8条/10 m～10条/10 m。

小闭合节理三组:走向20°，倾向110°，倾角80°。节理密度9条/10 m。

小闭合节理四组:走向355°，倾向 265°，倾角 78°～80°。节理密度9条/10 m。

根据获得的地质资料及边坡失稳模式判别，场地区域内边坡的失稳主要为危岩崩塌型及沿临空结构面组合的塌滑。

危岩卸荷裂隙带受风化作用、地下水作用及人类工程活动等因素作用，裂隙面强度减弱，在上覆岩体自重力作用下向临空方向产生进一步变形，陡倾角裂隙带进一步拉裂扩张将引发危岩体的失稳。根据定性分析表明，危岩体部分块体已处于临界稳定状态，在降水、人类工程活动等外动力因素作用下，将可能出现坠落、倾倒、滑移等失稳破坏。

危岩体裂缝的存在、裂缝的局部张开已经使得整个岩体变成了彼此较弱的组合块体。在静力和动力作用下，都不能保证作为一个整体来考虑，因此，最外侧的被裂缝切割的块体，其底部向外鼓出、下沉从而发生崩塌，并导致后面的块体移动。

2.3 岩质边坡稳定性分析与评价

根据地质调查，一般裂隙率为1条/m，边坡岩体为中厚层灰岩，较完整，局部较破碎，结合面总体来说结合一般，外倾结合面倾角25°～37°，根据 GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范表A-1，属Ⅱ类边坡岩体类型。边坡安全等级为二级［1］。

根据规范中表4.5.4，主要岩层(⑤层石灰岩)的内摩擦角Φ=38.9°，粘聚力C取650 kPa～1 300 kPa。边坡岩体等效内摩擦角可表示为:

其中，θ=63.4°;h 为最高坡高，取40 m;γ =26.5 kN/m3。

经过计算Φd=74°。目前边坡较为陡峭，坡度达70°～80°，有的甚至内倾，致使有些危岩呈利斧状向外凸出，岩层产状外倾呈顺坡状，所夹的薄层泥岩、页岩整体上为不利结构面。根据GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范公式5.2.4，经过对K2，K3剖面验算，K2剖面边坡稳定性系数Ks=0.86，K3剖面边坡稳定性系数Ks=0.68，可判断K2，K3剖面沿结构面的边坡不稳定，应对边坡进行治理。

2.4 渗漏原因分析

坝体病害是由多种因素造成的［2，3］，其中渗漏是主要因素之一。坝体产生渗漏主要有以下原因:1)坝体存在多层节理、断层。岩性为薄层灰岩、泥灰岩、中厚层灰岩互层，夹少量薄层泥岩和页岩。液流腐蚀岩层，导致出现薄弱面;2)流体裹携的固体物质沉积，将导流管道堵塞，致使内部液体无法导出，最终导致水头压力增加;3)坝体未设置防渗帷幕。

3 坝顶垂直防渗方案

在垃圾场与灰岩接触带进行垂直防渗，垂直防渗采用岩石高压灌浆防渗，平面位置在 F4，F5，F6，F7，F8，F9，F10 小断层及节理处，于坝顶每隔1.0 m设置第一排岩石高压灌浆孔(88个灌浆孔)，灌浆孔孔底在坝体底部下方3.0 m即标高+27.00 m处，在小断层及节理处再增设2排岩石高压灌浆孔(第二排65个灌浆孔、第三排32个灌浆孔)。同时在垃圾场下游增加渗流路径，减少水力坡降。

坝基岩石防渗设计采用高压灌浆的方法(见图1)，即在坝体顶部布置第一排连续岩石高压灌浆孔，孔距1 m，孔顶标高为+66.00 m，坝体底部标高为+30.00 m，孔底深入坝体底部3 m，标高为+27.00 m，孔深为39 m［4］。合理布置施工勘察孔(第一排钻孔中每隔2根为施工勘察孔，先施工此孔)，根据施工勘察孔钻孔水位的涌水量测试，摸清次生断裂裂隙的空间分布状况，以调整三排注浆孔设置的位置和间距。

图1 坝体加固剖面图

施工时根据第一排岩石高压灌浆孔注浆量的情况，在主动垃圾场侧适当采取有效的降排水措施，以控制污水的水位。增设第二、三排岩石高压灌浆孔，最大灌浆压力为1.5 MPa，孔口封闭自上而下分段灌浆。具体步骤如下［5］。

3.1 钻孔

1)孔径为120 mm，钻孔采用岩石锚杆钻机(MD-60型)，利用12 m3空气压缩机的空气力带动锚杆机上的潜孔锤冲击成孔，采用潜孔锤成孔较采用金刚石钻头泥浆钻孔速度快，利用气压还可以疏通小断层及节理处的填充物，为有效灌浆提供保障。

2)所有钻孔必须统一编号，注明孔序。钻孔过程中详细完整的记录岩层、岩性和各种异常情况，如破碎、夹泥、漏气等。

3)灌浆孔的开孔孔位符合施工要求，偏差不得大于10 cm。因故变更孔位应征得监理工程师的同意，并记录实际孔位。

3.2 钻孔冲洗和压水试验

灌浆孔段均应进行灌前冲洗，采用导管通入大流量水流从孔底向孔外冲洗的方法。冲洗水压采用80%的灌浆压力，压力超过1 MPa时，采用1 MPa;冲洗风压采用50%灌浆压力，压力超过0.5 MPa时，采用0.5 MPa。裂隙冲洗应冲至回水澄清后10 min结束，且总冲洗时间要求单孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20 cm。注意当邻近的正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足24 h时，不得进行裂隙冲洗。灌浆孔(段)裂隙冲洗后，该孔(段)应立即连续进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24 h的，应在灌浆前重新进行裂隙冲洗。在裂隙冲洗后即可进行简易压水试验。压力为灌浆压力的80%，该值若大于1 MPa时，采用1 MPa;压水20 min，每5 min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。对帷幕灌浆先导孔采用分段卡塞进行单点法压水试验，其他各次序孔的各灌浆段可进行简易压水试验。检查孔应采用单点法压水试验。

3.3 灌浆

采用孔口封闭分段灌浆，孔口无涌水的孔段灌浆结束后可不待凝。但在断层、破碎带等地质条件复杂地区则宜待凝，待凝时间应根据地质条件确定。为防止岩石面抬动，当灌注接触段吸浆量较大时应控制灌浆压力。水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

浆液水灰比和变浆标准:1)按灌浆试验确定的水灰比3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 施灌，灌浆浆液应由稀到浓逐级变换。当灌浆压力保持不变，注入率持续减小时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。2)当某一比级浆液注入量已达300 L以上，或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注;当注入率大于30 L/min时，应根据施工具体情况，可越级变浓。

注浆过程中要有可靠的封口措施，设置单向阀(逆止阀)、压力表等以控制压浆压力、压浆量、压浆速度。

灌浆结束及封孔:在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min，或不大于1 L/min时，继续灌浆即可结束。灌浆孔封孔采用水灰比0.5∶1的浓水泥浆进行分段压力灌浆封孔。

4 结语

本文分析了坝体发生渗漏的原因，并根据研究成果对坝体防漏进行了设计和施工。加固完成后，经历了2011年、2012年连场大雨后，该坝体未出现任何渗漏现象，本坝体渗漏防治技术得到了理想效果。一般来说坝体裂缝、渗漏产生的原因是多方面的，一旦发生裂缝、渗漏，必须及时予以处理。坝体渗透的原因错综复杂，必须加强检查观测，及时认真分析研究，以便查明渗透产生的原因，有针对性的加以处理。同时应相应地做好设计、施工和管理运行方面的工作，使坝体的使用寿命延长，更好的为人民造福，促进经济的发展。

［1］耿计计.土石坝绕坝渗流分析方法及防渗措施研究［J］.水资源与水工程学报，2009(5):21-23.

［2］谢 莉.滑坡监测与土石坝安全监测的关系浅析［J］.水利水文自动化，2009(3):39-40.

［3］白永年，刘宪奎.土坝坝体和堤防灌浆［M］.北京:水利电力出版社，1982.

［4］高钟璞.大坝基础防渗墙［M］.北京:中国电力出版社，2000.

［5］周永喜.易门县岔河水库除险加固工程拦河坝及基础帷幕灌浆施工管理工作报告［R］.2005:11.