南京天井洼垃圾填埋場壩體災害原因及防治

王洪凱 汪要武 楊小君

(江蘇建材地質工程勘察院，江蘇南京 210007)

南京天井洼垃圾填埋場原為在20世紀80年代以前因采石而形成的約31 m的深凹地，現已填埋至原有地面標高。2010年8月份連場大暴雨后，壩體在25 m～28 m標高處出現滲漏現象。滲漏流出的污水流進周邊村民的魚塘，致使魚蝦大面積死亡，給村民的生活帶來極大的安全隱患。本文根據現場場地的地質構造、成因、時代、地層結構、巖土性質、地下水埋藏條件，以及可能存在的斷裂或斷裂破碎帶、構造影響帶、軟弱結構面等的地質情況，對南京天井洼垃圾填埋場壩體滲漏原因進行了分析，并對其防治技術進行了研究。

1 工程概況

1.1 地質概況

天井洼填埋場位于南京市區長江之北，該區域屬低山地貌，地形起伏較大。區內最高山為規劃用地范圍以西的大頂山，海拔標高為246.2 m，山體周邊一般在30 m以下，山體上植被發育，通行和通視條件較差。垃圾焚燒場東北部為天井洼垃圾填埋場，人工開采邊坡坡高15 m～40 m，坡度大于50°。區域內出露地層簡單，主要由震旦系上統黃墟組上段(Z2h2)和第四系全新統(Q4)組成。震旦系上統黃墟組上段(Z2h2):以單斜形式產出，傾向218°～290°、傾角25°～37°，產狀變化較大。巖性為薄層灰巖、泥灰巖、中厚層灰巖互層，夾少量薄層泥巖和頁巖，飽和單軸抗壓強度在15.2 MPa～69.2 MPa，厚度大于80 m。第四系全新統(Q4):主要分布在灰巖頂部，厚0.8 m～6.0 m，巖性為粉質粘土混碎石。區域內地質構造簡單，地層呈向南西傾斜，傾向218°～290°，傾角25°～37°的單斜構造，局部產狀變化較大，有小柔皺發育，區內有三條小斷層分布。該區域地處老山山脈邊緣，場區第四紀全新世以來無活動性斷裂通過，區域地質較穩定。

1.2 水文地質條件

根據鉆探、注水試驗情況來看，場地地下水主要有第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水兩種類型，第四系松散巖類孔隙潛水主要以孔隙水形式賦存于第四系全新統(Q4)粘土、碎石粘土層中，微～弱透水性，地下水水量貧乏。潛水主要由大氣降水入滲補給，蒸發是主要排泄方式。其水位隨季節性變化較大。一般地下水位埋深0.55 m～1.70 m。基巖裂隙水主要以孔隙水形式賦存于震旦系上統黃墟組上段(Z2h2)灰巖、泥灰巖中，弱～不透水性，地下水水量貧乏。主要由大氣降水入滲補給，蒸發和下滲是主要排泄方式。該區域水質類型為SO1HCO3-CaMg或SO1HCO3-Ca型水，地下水對混凝土具弱腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋具弱腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

2 災害原因調查分析

2.1 災害地質調查

垃圾場西側采石場邊坡主要存在地質災害類型為滑坡、崩塌，采石場坡高有10 m～40 m，邊坡傾向250°～280°，坡角70°～80°，邊坡巖性為薄層狀灰巖夾泥頁巖，層理發育，單層厚1 cm～2 cm，屬較軟巖組，一組張節理及兩組閉合，節理發育，巖體較完整，局部較破碎，且順層順坡。結合現場調查，采場邊坡發生崩塌或滑塌的可能性較大，但災害規模一般會比較小。

2.2 邊坡現狀調查分析

通過勘察對邊坡進行調查，調查發現區域內地質構造簡單，地層呈向南西傾斜，傾向218°～290°，傾角25°～44°的單斜構造，局部產狀變化較大，小柔皺較發育，區內有F1，F2～F12十二條小斷層及節理分布。

其中主張性裂隙一組9條:走向50°～60°，寬度0.10 m～1.00 m，裂隙中充填有紫紅色粘土及巖石角礫混粘土，裂隙面近直立并呈波狀，延長30 m～50 m，延深30 m～50 m，具有一定的地下水滲透性。

小閉合節理一組:走向66°～77°，傾向 156°～167°，傾角 62°～66°，延長、延深2 m～5 m，節理面平直。節理密度8條/10 m～10條/10 m。

小閉合節理二組:走向 77°～80°，傾向 347°～350°，傾角 40°～66°，延長、延深2 m～5 m，節理面平直。節理密度8條/10 m～10條/10 m。

小閉合節理三組:走向20°，傾向110°，傾角80°。節理密度9條/10 m。

小閉合節理四組:走向355°，傾向 265°，傾角 78°～80°。節理密度9條/10 m。

根據獲得的地質資料及邊坡失穩模式判別，場地區域內邊坡的失穩主要為危巖崩塌型及沿臨空結構面組合的塌滑。

危巖卸荷裂隙帶受風化作用、地下水作用及人類工程活動等因素作用，裂隙面強度減弱，在上覆巖體自重力作用下向臨空方向產生進一步變形，陡傾角裂隙帶進一步拉裂擴張將引發危巖體的失穩。根據定性分析表明，危巖體部分塊體已處于臨界穩定狀態，在降水、人類工程活動等外動力因素作用下，將可能出現墜落、傾倒、滑移等失穩破壞。

危巖體裂縫的存在、裂縫的局部張開已經使得整個巖體變成了彼此較弱的組合塊體。在靜力和動力作用下，都不能保證作為一個整體來考慮，因此，最外側的被裂縫切割的塊體，其底部向外鼓出、下沉從而發生崩塌，并導致后面的塊體移動。

2.3 巖質邊坡穩定性分析與評價

根據地質調查，一般裂隙率為1條/m，邊坡巖體為中厚層灰巖，較完整，局部較破碎，結合面總體來說結合一般，外傾結合面傾角25°～37°，根據 GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范表A-1，屬Ⅱ類邊坡巖體類型。邊坡安全等級為二級［1］。

根據規范中表4.5.4，主要巖層(⑤層石灰巖)的內摩擦角Φ=38.9°，粘聚力C取650 kPa～1 300 kPa。邊坡巖體等效內摩擦角可表示為:

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

經過計算Φd=74°。目前邊坡較為陡峭，坡度達70°～80°，有的甚至內傾，致使有些危巖呈利斧狀向外凸出，巖層產狀外傾呈順坡狀，所夾的薄層泥巖、頁巖整體上為不利結構面。根據GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范公式5.2.4，經過對K2，K3剖面驗算，K2剖面邊坡穩定性系數Ks=0.86，K3剖面邊坡穩定性系數Ks=0.68，可判斷K2，K3剖面沿結構面的邊坡不穩定，應對邊坡進行治理。

2.4 滲漏原因分析

壩體病害是由多種因素造成的［2，3］，其中滲漏是主要因素之一。壩體產生滲漏主要有以下原因:1)壩體存在多層節理、斷層。巖性為薄層灰巖、泥灰巖、中厚層灰巖互層，夾少量薄層泥巖和頁巖。液流腐蝕巖層，導致出現薄弱面;2)流體裹攜的固體物質沉積，將導流管道堵塞，致使內部液體無法導出，最終導致水頭壓力增加;3)壩體未設置防滲帷幕。

3 壩頂垂直防滲方案

在垃圾場與灰巖接觸帶進行垂直防滲，垂直防滲采用巖石高壓灌漿防滲，平面位置在 F4，F5，F6，F7，F8，F9，F10 小斷層及節理處，于壩頂每隔1.0 m設置第一排巖石高壓灌漿孔(88個灌漿孔)，灌漿孔孔底在壩體底部下方3.0 m即標高+27.00 m處，在小斷層及節理處再增設2排巖石高壓灌漿孔(第二排65個灌漿孔、第三排32個灌漿孔)。同時在垃圾場下游增加滲流路徑，減少水力坡降。

壩基巖石防滲設計采用高壓灌漿的方法(見圖1)，即在壩體頂部布置第一排連續巖石高壓灌漿孔，孔距1 m，孔頂標高為+66.00 m，壩體底部標高為+30.00 m，孔底深入壩體底部3 m，標高為+27.00 m，孔深為39 m［4］。合理布置施工勘察孔(第一排鉆孔中每隔2根為施工勘察孔，先施工此孔)，根據施工勘察孔鉆孔水位的涌水量測試，摸清次生斷裂裂隙的空間分布狀況，以調整三排注漿孔設置的位置和間距。

圖1 壩體加固剖面圖

施工時根據第一排巖石高壓灌漿孔注漿量的情況，在主動垃圾場側適當采取有效的降排水措施，以控制污水的水位。增設第二、三排巖石高壓灌漿孔，最大灌漿壓力為1.5 MPa，孔口封閉自上而下分段灌漿。具體步驟如下［5］。

3.1 鉆孔

1)孔徑為120 mm，鉆孔采用巖石錨桿鉆機(MD-60型)，利用12 m3空氣壓縮機的空氣力帶動錨桿機上的潛孔錘沖擊成孔，采用潛孔錘成孔較采用金剛石鉆頭泥漿鉆孔速度快，利用氣壓還可以疏通小斷層及節理處的填充物，為有效灌漿提供保障。

2)所有鉆孔必須統一編號，注明孔序。鉆孔過程中詳細完整的記錄巖層、巖性和各種異常情況，如破碎、夾泥、漏氣等。

3)灌漿孔的開孔孔位符合施工要求，偏差不得大于10 cm。因故變更孔位應征得監理工程師的同意，并記錄實際孔位。

3.2 鉆孔沖洗和壓水試驗

灌漿孔段均應進行灌前沖洗，采用導管通入大流量水流從孔底向孔外沖洗的方法。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力，壓力超過1 MPa時，采用1 MPa;沖洗風壓采用50%灌漿壓力，壓力超過0.5 MPa時，采用0.5 MPa。裂隙沖洗應沖至回水澄清后10 min結束，且總沖洗時間要求單孔不少于30 min，串通孔不少于2 h。對回水達不到澄清要求的孔段，應繼續進行沖洗，孔內殘存的沉積物厚度不得超過20 cm。注意當鄰近的正在灌漿的孔或鄰近灌漿孔結束不足24 h時，不得進行裂隙沖洗。灌漿孔(段)裂隙沖洗后，該孔(段)應立即連續進行灌漿作業，因故中斷時間間隔超過24 h的，應在灌漿前重新進行裂隙沖洗。在裂隙沖洗后即可進行簡易壓水試驗。壓力為灌漿壓力的80%，該值若大于1 MPa時，采用1 MPa;壓水20 min，每5 min測讀一次壓水流量，取最后的流量值作為計算流量，其成果以透水率表示。對帷幕灌漿先導孔采用分段卡塞進行單點法壓水試驗，其他各次序孔的各灌漿段可進行簡易壓水試驗。檢查孔應采用單點法壓水試驗。

3.3 灌漿

采用孔口封閉分段灌漿，孔口無涌水的孔段灌漿結束后可不待凝。但在斷層、破碎帶等地質條件復雜地區則宜待凝，待凝時間應根據地質條件確定。為防止巖石面抬動，當灌注接觸段吸漿量較大時應控制灌漿壓力。水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

漿液水灰比和變漿標準:1)按灌漿試驗確定的水灰比3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1 施灌，灌漿漿液應由稀到濃逐級變換。當灌漿壓力保持不變，注入率持續減小時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不得改變水灰比。2)當某一比級漿液注入量已達300 L以上，或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，應換濃一級水灰比漿液灌注;當注入率大于30 L/min時，應根據施工具體情況，可越級變濃。

注漿過程中要有可靠的封口措施，設置單向閥(逆止閥)、壓力表等以控制壓漿壓力、壓漿量、壓漿速度。

灌漿結束及封孔:在規定壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續灌注60 min，或不大于1 L/min時，繼續灌漿即可結束。灌漿孔封孔采用水灰比0.5∶1的濃水泥漿進行分段壓力灌漿封孔。

4 結語

本文分析了壩體發生滲漏的原因，并根據研究成果對壩體防漏進行了設計和施工。加固完成后，經歷了2011年、2012年連場大雨后，該壩體未出現任何滲漏現象，本壩體滲漏防治技術得到了理想效果。一般來說壩體裂縫、滲漏產生的原因是多方面的，一旦發生裂縫、滲漏，必須及時予以處理。壩體滲透的原因錯綜復雜，必須加強檢查觀測，及時認真分析研究，以便查明滲透產生的原因，有針對性的加以處理。同時應相應地做好設計、施工和管理運行方面的工作，使壩體的使用壽命延長，更好的為人民造福，促進經濟的發展。

［1］耿計計.土石壩繞壩滲流分析方法及防滲措施研究［J］.水資源與水工程學報，2009(5):21-23.

［2］謝 莉.滑坡監測與土石壩安全監測的關系淺析［J］.水利水文自動化，2009(3):39-40.

［3］白永年，劉憲奎.土壩壩體和堤防灌漿［M］.北京:水利電力出版社，1982.

［4］高鐘璞.大壩基礎防滲墻［M］.北京:中國電力出版社，2000.

［5］周永喜.易門縣岔河水庫除險加固工程攔河壩及基礎帷幕灌漿施工管理工作報告［R］.2005:11.