武汉市岱山垃圾填埋场工程地质特征分析

邓青军，刘亚洲，朱帆济，陈玉茹（.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 43003；.湖北省地质调查院，湖北武汉 430034）

武汉市岱山垃圾填埋场工程地质特征分析

邓青军1∗，刘亚洲1，朱帆济1，陈玉茹2
（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430023；2.湖北省地质调查院，湖北武汉 430034）

为了提高武汉市水土资源的使用效率，提升城市生态文明水平，建设生态宜居和幸福文明城市，武汉市正在积极开展对原有简易垃圾填埋场的生态修复治理。因此查明原有垃圾填埋场的工程地质特征对生态修复设计、施工及管理有非常重要意义。本文旨在以武汉岱山垃圾填埋场为例，从研究区岩土类型及理化性质、水文地质特征、地震效应、渗沥液渗漏与污染运移特征、垃圾堆体量与渗沥液体量、场地稳定性与工程建设适宜性特征等方面分析生态修复过程中面临的工程地质问题，并提出相应的措施建议，为生态修复工程的实施提供参考。

垃圾填埋场；工程地质特征；水文地质条件；渗沥液

1 引 言

随着城市规模的日益扩大，一些原本处于偏僻地区的垃圾填埋场逐渐接近了主城区，已经形成了垃圾包围城市的严重局面。由此产生了土地占用，土壤污染、水体污染、大气污染等环境问题，对周围居民产生急性和慢性的毒性危害，进而引发一系列社会和经济问题［1］。因此，为了解决垃圾填埋场的各种遗留问题并兼顾城市的生态效应，对城市垃圾填埋场进行合理的生态修复刻不容缓［2］。查明原有简易垃圾填埋场工程地质特征及变化规律，对开展生态修复设计、施工及管理有非常重要意义。

20世纪80年代末，武汉市先后修建了金口垃圾场、北洋桥垃圾场、紫霞观垃圾场以及岱山垃圾场等简易垃圾填埋场。为了更好地提高水土资源的使用效率，提升城市生态文明水平，建设生态宜居和幸福文明城市，武汉市正在积极实施对原有简易垃圾填埋场的生态修复治理。本文在研究武汉岱山垃圾填埋场现状的基础上，对其稳定性及工程建设适宜性、岩土类型及理化性质特征、水文地质特征、地震效应、渗漏与污染情况以及垃圾堆体与渗沥液累积量等方面进行工程地质特征与动态变化规律，为生态修复工程的实施提供依据。

2 研究区概况

岱山简易垃圾填埋场位于武汉江岸区后湖乡岱山村，位于武汉城区东北面，汉黄路与堤边路交叉路口附近，张公堤外，毗邻府河与三环线，距府河约 10 m～50 m，场区面积 197 363.59 m2，总占地面积约300亩。1990年正式投入使用，2007年因容量饱和，停止市区生活垃圾进场消纳。

由于其建成时间较早，场底部防渗采取的是天然黏土防渗层，无论是在填埋沼气导排、污水导排、雨污分流、及时覆盖、边坡处理等填埋工程措施，还是在给排水、场内外道路、供配电等配套设施建设上都处于很低的水平，不仅存在安全隐患，还存在严重的环境污染隐患。尤其是该场地邻近府河，填埋产生的污水无法外排，都积存于场区内，在自然与人为破坏作用下，有可能对附近居民及周围水系的生态环境造成极大影响。

场区内地面标高28.50 m～42.00 m，地形起伏较大，增加垃圾堆填体高度约 5.00 m～15.00 m，根据武汉地貌图，拟建场地属于河流堆积平原区，地貌单元为长江Ⅰ～Ⅲ级阶地过渡地段。

3 岩土类型与理化性质分析

3.1 地层岩性与分布

本次研究共测放13个钻探孔，勘探孔间距 100 m ～200 m，孔深 15 m～30 m。在勘探孔所揭露的深度范围内，场地范围内沿线表层覆盖有厚薄不均的建筑垃圾，中部分布有厚层生活垃圾，堆填时间不一，下部主要为厚层的上更新统冲洪积相黏性土。根据区域地质资料，底部基岩以二叠系～三叠系灰岩为主。根据野外钻孔岩性描述和原位测试结果，结合室内土工试验成果综合分析，可将研究区场地勘探深度范围内地层划分为两大层，4个亚层，工程地质分层与岩性特征如表1所示。

∗ 收稿日期:2015—11—13

作者简介:邓青军（1987—），男，工程师，主要从事岩土工程勘察与设计相关的工作。

工程地质分层与岩性特征 表1

3.2 物理力学性质

研究区内建筑垃圾层和生活垃圾层以下主要沉积一套硬塑状的老黏土，局部地段分布少量全新统与上更新统过渡黏土，在埋深及厚度有一定变化，性质变化大，地基不均匀。本次研究共采集原状土样34组，其中1-1层10组，2-1层16组，2-2层8组，进行室内土工试验，基底土层物理力学性质检测结果平均值如表2所示。同时对基底2-1层及2-2层进行标准贯入试验，其中承载力特征值根据湖北省《建筑地基基础设计规范》（DB42/242-2014）结合原位测试和室内试验综合确定。

基底主要土层物理力学性质 表2

（1）1-1建筑垃圾层:填土堆积时间短，填料成分较复杂，呈稍密～稍密状态，均匀性差、物质成分复杂，具高压缩性，承载力较低，属微透水性土层。

（2）1-2生活垃圾层:填土堆积时间不一，填料成分较复杂，呈松散～稍密状，均匀性差、物质成分复杂，具高压缩性，承载力低，属强透水性土层。

（3）2-1黏土层:埋深不一，较普遍分布，呈可塑局部软塑状态，中等承载力，具中压缩性，属不透水性土层，为拟建工程较好的隔渗体。

（4）2-2黏土层:埋深不一，较普遍揭露，呈硬塑状，具中等偏高承载力，具中压缩性，属不透水性土层，为拟建工程较好的隔渗体。

4 水文地质条件分析

4.1 地下水类型与赋存条件

研究区周边地表水较丰富，主要为府河水体，府河水位高程为 19.00 m～22.00 m，府河随季节变化明显，5月～9月为丰水期，11月～次年3月为枯水期。

研究区内地下水自上而下分为上层滞水、垃圾渗沥液。上层滞水分布于场地内建筑垃圾层中，垃圾渗沥液贮藏于生活垃圾层中。生活垃圾层较松散，孔隙较大，其主要物质成分为纸张、果皮、塑料、毛骨、橡胶皮革、纺织纤维、木质杂草等。其上部为建筑垃圾与黏性土混合而成，根据现场水文地质试验测得其渗透系数较小，可以视为相对隔水层；其下部为上更新统黏性土层，其渗透系数小，为较好的隔水层。

4.2 补径排条件分析

上层滞水主要接受大气降水补给，水位随季节和地势变化而变化，无统一水位，上层滞水水量一般较小，以蒸发排泄和侧向排泄为主。

垃圾渗漏液赋存于场地内侧生活垃圾层中，为一种特殊水体，其成分是复杂的高浓度有机废水，如果不加以处理直接排入水体和土壤中，会造成严重的环境污染。其产生的原因主要为以下三大原因:一是大气降雨和径流，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产生的水。根据研究区勘探和调查情况，本场地范围内无河流、湖泊等地表水径流通过，且场地深部地下承压水与垃圾层被厚层黏性土阻隔，无法形成补给通道。同时，府河等地表水的水位均低于垃圾渗沥液水位标高，垃圾场周边均填筑有较密实的黏性土防渗堤，周边地表水不可能逆向补给水给垃圾层。故本场地垃圾渗沥液的主要来源是大气降雨，其次来源于垃圾本身所含水分和降解后产生的水，渗沥液径流条件较差，通过垃圾渗漏点进行排泄。

4.3 地下水动态分析

上层滞水水位埋深约0.65 m～2.30 m，分布不连续，水位变幅较大，受降水等气候条件影响明显。垃圾渗沥液埋深介于2.60 m ～10.50 m，标高介于27.21 m～34.01 m，垃圾渗沥液的水量和水质受降水、气温等气候因素以及填埋场的地址情况影响，与垃圾成分、垃圾填埋时间关系密切，季节波动大。

5 地震效应分析

武汉地区建设工程抗震设防烈度为6°，设计基本地震加速度值为 0.05 g，设计地震分组为第一组。按武汉市主城规划区地震动参数小区划，研究区场地属为ⅡA区。

研究区沿线覆盖层各土层剪切波速为 120 m/s ～245 m/s，计算等效剪切波 速为132.99 m/s ～145.67 m/s，区域资料反映场地覆盖层厚度一般20 m～40 m，按照《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）规定判定拟建工程场地各土层分别属软弱土～中硬土，建筑场地类别为Ⅲ类。拟建场地沿线因存在厚层疏松垃圾特殊性填土层，均属抗震不利地段。

6 渗漏与污染运移分析

垃圾渗滤液对周围环境的影响主要通过填埋场—土壤—作物—人类或填埋场—水体—土壤—作物—人类以及填埋场—水体—水生生物—人类或填埋场—水体—人类等物质循环路径，对人类健康产生危害，同时污染生态环境［3］。渗滤液极易软化岩石的强度，浸泡周围的边坡，形成潜在的滑面，诱发天然边坡失稳，从而引发垃圾处理场的防渗设施的破坏［4］。因此对垃圾填埋场的生态修复必须对渗沥液的渗漏与污染运移规律进行探究。

垃圾渗沥液污染运移的基本方式主要包括:①随水的渗流方向的线性运移；②由于热运动、浓度差等原因而引起的弥散运动［5］。渗沥液运移是受气象、水文、地形、人类活动综合影响的结果，处于不断变化之中，在空间上表现为水平和垂直运移。

（1）水平方向:根据现场调查监测情况，在场地西南侧靠近居民住宅处有一处渗沥液出漏点，且常年有黄灰色、黑色，强刺鼻性臭味液体流出，现场判定该处已经造成附近水、土污染，且沟渠水未经任何处理直接汇入府河，可能造成府河局部污染。同时在北侧斜坡上发现水体浸出带以及雨水冲刷沟槽，沟槽内有垃圾残留，且现状垃圾堆体地势高于府河，当降水量过大时，降落在垃圾堆体上的雨水可直接汇入府河，对周边水体造成污染。场地南侧为张公堤挡水构筑物，可视为隔水层，阻隔垃圾渗滤液的流动，同时场地其余部位，均未发现刺鼻性气味液体流出。场地内垃圾渗沥液污染运移方向为从东向西，从南向北。

（2）垂直方向:首先，渗沥液自降水开始经过多层重叠的垂向运动，建筑垃圾层起减缓渗流作用，吸附和过滤污染因子，而在生活垃圾层中，渗沥液不断接纳新的污染因子，使污染物质浓度增高；同时，在渗沥液和垃圾层之间以及渗沥液中污染因子之间都在不断地发生理化作用，进行转化，使之成为一种极端复杂的动态过程［6］；其次，勘察结果显示堆体下部土层为老黏性土隔水层，未发现承压含水层，场区内无地下水连通道，垃圾渗沥液垂直方向处于封闭状态，无下部渗漏。

7 垃圾体量及渗沥液体量分析

由于垃圾堆体是一种特殊土体，其特性尚处研究阶段，无相关规范明确其内部渗沥液体量计算方法，相关经验数据较少。本次研究采用网格剖分以及插值的方法先对研究区垃圾体量进行计算。在此基础上，假设研究区地下水位以下垃圾空隙饱含渗沥液，生活垃圾经过压实处理的基础上，利用地下水位以下垃圾体量与垃圾孔隙率的乘积估算渗沥液体量。计算公式见式（1）、式（2）。

式中:Q:渗沥液体积；W:水位以下垃圾体量；N:垃圾空隙率；n:垃圾孔隙率；Sr:垃圾饱和度。

根据现状地形图以及勘察钻孔剖面图，分别提取地表高程数据和建筑垃圾层、生活垃圾层底部高程数据。利用南方CASS软件网格剖分以及插值功能，本次计算范围 197 363.59 m2，共剖分成约500个 20 m×20 m计算单元网格，估算得出场地建筑垃圾体积量约为2 312 263.9 m3，生活垃圾体积量约为 1 503 529 m3，估算场地垃圾总量约为 3 815 792.9 m3。

根据钻探揭露情况，渗沥液水位以下垃圾基本处于饱和状态，空隙中以液体充填，根据钻孔水位观测资料，垃圾渗沥液水位大多维持在生活垃圾层顶板附近，少数钻孔垃圾渗沥液有自流现象，表现出微承压性。

根据武汉市金口垃圾填埋场生活垃圾层相关测试数据，本次研究取垃圾孔隙率n=64.7%～68.1%，饱和度Sr=17.4%～35.2%，垃圾空隙率N=41.9%～54.1%。

由于渗沥液液面高度大多在垃圾层顶面以上，且建筑垃圾层渗透系数较小，故水位以下垃圾体量估算值根据生活垃圾层体积量进行计算即W=1 503 529 m3，故渗沥液估算体积Q=631 482.18 m3～811 905.62 m3。

8 场地稳定性及适宜性分析

场地稳定性及适宜性取决于地质体的内在属性即边坡岩土结构、软硬程度、均匀性、软弱结构面等；外在因素如开挖爆破、振动、卸荷、地震和地下水的活动等均可导致场地的不稳定性［7］。

（1）武汉地区受燕山期构造运动影响，形成了一系列褶皱和断层，致使基岩裂隙发育。工程场地地质构造属汉口～新界复背斜，该背斜核部为志留系，两翼由泥盆系～二叠系构成，背斜开阔，北翼正常，倾向北，南翼倒转，倾向北、倾角60°～70°左右。现场勘探资料未显示新构造活动的存在。

（2）研究区及周边无崩塌、滑坡、泥石流等动力地质作用的破坏影响。

（3）填埋场地基总沉降包括弹性沉降、主固结沉降和次固结沉降三部分，研究区毗邻府河，根据钻孔揭露垃圾层情况，其总厚度一般大于 8 m，为地面沉降重点防控区。

（4）根据现场调查情况，场地垃圾堆体边坡坡脚呈45°～60°，高度 5 m～15 m，覆盖有土工薄膜，通过调查未发现有边坡失稳垮塌点。但在场地西侧、北侧等现状边坡属松散堆填状态，坡顶局部出现裂缝，虽然覆盖少量植被，但在受到扰动或持续降水情况下，可能产生边坡局部垮塌。场地内垃圾渗沥液污染运移方向为从东向西，从南向北，在地下水渗流作用下对垃圾堆体边坡稳定产生很大影响。垃圾堆体边坡工程安全等级为Ⅱ级。

（5）研究区地形起伏较大、排水条件较差，存在生活垃圾等特殊填土层，工程地质特性差异较大且不稳定，其中地下水（垃圾渗沥液）对工程影响较大。

（6）研究区垃圾堆体中存在有害沼气，现场勘察中在每个钻孔中埋设长度 10 m～15 m的排水管道（直径 75 mm、PVC材质），以收集气体进行检测。根据沼气（甲烷）检测情况，场地垃圾堆填区甲烷浓度一般介于3%～8%。

按《城乡规划工程地质勘察规范》（CJJ57-2012）有关规定，研究区场地稳定性较差，工程建设适宜性差，需进行专项治理。

9 结论与建议

通过本次研究，对研究区内地层构成与工程特性、水文地质特征、地震效应、渗沥液污染运移特征、垃圾体量与渗沥液体量、稳定性与适宜性有了清晰的认识，主要结论和建议如下:

（1）研究区表层覆盖有厚薄不均的建筑垃圾，中部分布有厚层生活垃圾，堆填时间不一，下部主要为厚层的上更新统冲洪积相黏性土。研究区内无活动性断层、岩溶、土洞、滑坡及液化等不良地质现象，但存在厚层垃圾填土等特殊性土，稳定性较差，工程建设适宜性较差。建议适当增加表层覆土厚度，并增加其密实性，对修复过程中高填方地段形成的人工边坡应采取有效的防范措施，如降低边坡坡度，分台阶护坡，修筑挡土墙［8］。

（2）地下水类型主要为上层滞水、垃圾渗沥液，渗沥液运移是受气象、水文、地形、人类活动综合影响的结果，处于不断的变化之中，在空间上表现为水平和垂直运移。渗沥液对研究区生态修复影响较大，建议研究区内建立地表水-地下水-土壤长期监测网，持续观测垃圾影响范围内水土环境质量动态。

（3）研究区内建筑垃圾体积量约为 2 312 263.9 m3，生活垃圾体积量约为 1 503 529 m3，估算场地垃圾总量约为 3 815 792.9 m3，渗沥液估算体积Q=631 482.18 m3～811 905.62 m3。建议从定量计算角度考虑地下水渗流作用对垃圾堆体边坡稳定性的影响，考虑渗沥液污染物的渗漏与扩散对水源、农业、岩土和生态环境的影响，以便更好地指导场地的生态修复。

［1］周良.垃圾填埋场生态修复技术发展现状及思考［J］.环境科技，2012，25（4）：71～74.

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［8］马文华，张道勇.醴陵市潭湾垃圾卫生填埋场工程地质条件分析［J］.采矿技术，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中图分类号：P642.5

B