广西垃圾填埋场选址过程中不良地质问题探讨

第３４卷第１期２０１４年２月桂林理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ３４Ｎｏ１Ｆｅｂ　２０１４文章编号：１６７４－９０５７（２０１４）０１－０１１９－０６　　　　　ｄｏｉ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ１６７４－９０５７２０１４０１０２０广西垃圾填埋场选址过程中不良地质问题探讨成官文１，朱宗强１，梁　凌２，梁宁书３，覃许江３（１桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心，广西桂林　５４１００４；２桂林市环境保护局，广西桂林　５４１００２；３广西壮族自治区投资项目评审中心，南宁　５３００００）摘　要：基于广西社会经济现状，绝大部分城镇选择了卫生填埋法处理生活垃圾。但由于广西区域特殊的地质构造，垃圾填埋场选址、建设过程中出现了岩溶、崩塌、滑坡、泥石流、软土等不良地质问题，凸显了广西区域地层及岩性、地质地貌类型、区域构造、岩土工程地质和水文地质对垃圾填埋场选址的影响。在选址中应重视区域地质研究，强化工程地质和水文地质勘察。关键词：垃圾填埋场；地质问题；岩土工程；水文地质中图分类号：Ｘ７０５　　　　　　　　　　　　　　　文献标志码：Ａ为应对城镇化带来的垃圾问题，广西基于区域自然环境、社会经济、垃圾特点、建设和运行成本、国内外垃圾处理进展等具体情况，优选卫生填埋作为当前及今后一段时间城镇生活垃圾处理的主要工艺。但“十一五”期间的实践表明，一些县城垃圾填埋场选址、勘探过程中，出现了岩溶、工程地质、水文地质等问题，对垃圾填埋场的场地稳定性、边坡稳定性、地下防渗等关键问题带来不良影响，甚至不得不改变原有方案或者重新选址，凸显了前期地质勘察工作在垃圾填埋场选址和建设中的重要性［１］。本文拟结合广西部分典型垃圾填埋场选址过程中出现的问题进行探讨。１　垃圾填埋场选址过程中出现的典型问题（１）岩溶。广西是我国岩溶塌陷发育最广泛的省区之一，其在桂西、桂中、桂东北、桂西南及桂东南均有分布，尤以桂林、柳州、来宾、黎塘、玉林、泗顶（融安县）等地最为发育。浅层岩溶与土洞发育区，塌陷常沿构造线（带）分布。由于溶洞和地下管道遍布，地下水丰富［２］，易发生地下水渗漏和垃圾渗滤液渗漏，使选场址的工程地质、水文地质情况难以满足垃圾填埋场选址的基本条件。融水县最初选择的垃圾填埋场在永乐乡下覃村狮子陷，勘探显示隐伏岩溶较为发育（表１），致使最后不得不更换场址，由此耗费了大量的前期工作时间和费用。可见，做好地质调查研究及其勘察工作对垃圾填埋场选址具有重要作用。（２）区域构造。广西区域地质构造作用强烈，在桂北、桂西、桂东南地区区域构造极为发育［３－４］。桂林市龙胜县正好位于桂北区域构造带上，县城附近的拉麻垃圾填埋场选址区断裂构造深切，岩体节理深度发育，岩石强烈破碎和风化，Ｕ型沟谷边坡陡峭，人工开挖场地极易崩塌，并存在滑坡、泥石流的可能性（表１）。选址在构造发育区，岩石裸露，易刺破土工膜，水平防渗、垂直防渗难度大；选址区附近缺少粘土，垃圾填埋覆盖土需外运补充，致使填埋场建设及营运成本偏大。（３）岩土地质问题。广西区域上泥盆系大量发育陆屑滩相沉积，上三叠统至第四系也主要为陆相盆地沉积，形成了泥岩、粉砂质泥岩、页岩等一类较为柔软的泥质岩石［２－３］。广西中部的马山、　收稿日期：２０１３－１２－０５　基金项目：广西壮族自治区发展和改革委员会项目（２０１２００３）　作者简介：成官文（１９６２—），男，博士，教授，环境工程专业，１９８６０１７＠ｇｌｕｔｅｄｕｃｎ。　引文格式：成官文，朱宗强，梁凌等．广西垃圾填埋场选址过程中不良地质问题探讨［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１４，３４（１）：１１９－１２４．表１　广西部分典型垃圾填埋场选址区的基本情况Ｔａｂｌｅ１　ＢａｓｉｃｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｓｏｍｅｔｙｐｉｃａｌｌａｎｄｆｉｌｌｓｉｔｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｒｅａｉｎＧｕａｎｇｘｉ填埋场融水县垃圾填埋场①马山县垃圾填埋场②鹿寨县垃圾填埋场③龙胜县垃圾填埋场④地形地貌岩溶溶丘，Ｖ型山谷丘陵，Ｖ型山谷丘陵，垄丘谷地低山，Ｕ型山谷谷地坡度／（°）１５～３０２５～５０５～１５６０～７０覆土情况粘土，厚０３～３７ｍ含砾、粉砂粘土，厚２０～４０ｍ粘土，厚１～４０ｍ卵砾石层，厚１２～４０ｍ基岩下石炭统英塘组泥质灰岩、泥灰岩和泥岩泥盆系榴江组泥质页岩泥盆系中统东岗岭组泥岩、粉砂质泥岩、页岩寒武系清溪组碳质页岩、砂岩裂隙与节理发育一般发育一般构造裂隙较发育节理裂隙发育岩土层渗透系数／（ｃｍ·ｓ－１）１０－４～１０－５１０－７１０－６１０－３～１０－５褶皱与断裂浅层可溶岩局部裂隙发育未见断裂角砾岩、糜棱岩未见断裂角砾岩、糜棱岩断裂构造发育地震基本烈度／度６６６６岩溶发育及岩洞有岩溶漏斗和３处岩溶塌陷无无无场地稳定性岩溶塌陷弱发育，隐伏岩溶较为发育不均匀地基，含煤层岩体为极软岩，场地稳定性较差无泥石流、岩溶、地面塌陷边坡稳定性自然边坡较稳定人工开挖时会发生滑坡、崩塌人工开挖会发生滑坡、崩塌水文地质岩溶裂隙水，大气降水补给孔隙水，大气降水补给孔隙水、裂隙水，大气降水补给潜水与拉麻河有水力联系，裂隙水具微承压性地下水渗漏类型库区下渗、坝基与坝邻谷渗漏坝基、绕坝渗漏与邻谷渗漏坝肩、绕坝渗漏坝肩与绕坝渗漏，易水平渗漏　资料来源：①核工业柳州工程勘察院．融水生活垃圾场水文地质、工程地质勘察报告，２００２；②广西基础勘察工程有限责任公司．马山县城垃圾无害化处理场岩土工程初步勘察报告，２００８；③桂林新恒岩土工程有限责任公司．鹿寨县生活垃圾卫生填埋场工程岩土工程勘察报告，２００９；④桂林理工大学勘察设计研究院．龙胜县垃圾填埋场岩土工程勘察报告，２００３。鹿寨（表１），以及钟山、富川、宾阳、象州、来宾、柳城等地垃圾填埋场选址、勘探过程中，均出现了泥岩、粉砂质泥岩、页岩等软岩，甚至出现柔软的煤层、红层和软土，不仅库区及其道路开挖建设存在滑坡、崩塌的可能性，地基近表层岩土遇水后也存在胀缩性，进而发生地裂、不均匀沉降的可能，场地稳定性和坝基稳定性差，场地处理成本高，给当地垃圾处理决策带来影响。如宾阳至今未进行垃圾处理场建设，目前暂时将县城生活垃圾运往来宾焚烧处理。（４）水文地质问题。广西位于亚热带，年降水量大，河流众多，加之强烈的构造作用，岩土的孔隙水、裂隙水、溶洞水普遍发育，地下水的补给、径流、排泄条件、方向、动态特征在各地均较为复杂。当地下水渗入各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩、变质岩时会出现不同程度的软化性，诱发岩土体产生滑移、崩塌、泥石流等不良地质现象。龙胜县拉麻垃圾填埋场位于北东向区域构造带上（表１），选址区断裂发育、岩石破碎，Ｕ型沟谷汇水面积较大，岩土的孔隙水、裂隙水发育，其潜水与拉麻河有水力联系，裂隙水具微承压性，垃圾填埋场建设时不得不开凿隧洞，使河谷水系改道，避免填埋场的水文地质问题。鹿寨县垃圾填埋场构造裂隙较发育，地下水类型为孔隙水、裂隙水，大气降水补给，岩性为泥盆系中统东岗岭组泥岩、粉砂质泥岩、页岩，当地下水顺着发育的构造裂隙渗入这些软岩时，易诱发岩土体产生滑坡、崩塌，给垃圾填埋场选址及其建设带来影响。上述问题表明，地质背景、岩土地质、水文地质等因素显著影响垃圾填埋场的选址、设计、建设、运行及其封场，成为垃圾填埋场选址中的主要影响因素。２　垃圾填埋场选址过程中典型问题的成因２１　区域地质对垃圾填埋场选址、地质勘探的影响２１１　地层及岩性　广西出露的地层自中元古界至第四系［４］。具体如下：（１）前寒武系。主要出露于桂北九万大山至０２１桂　林　理　工　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　２０１４年越城岭一带，包括四堡群、丹洲群和震旦系。前二者之间为不整合接触，由一套海相碎屑岩组成，夹有细碧角斑岩和似层状基性—超基性岩，普遍经受区域变质。（２）下古生界。桂北、桂东北及桂东南有大面积出露，在桂西南、桂西亦有零星出现。其中，寒武系在桂北、桂东和桂东南为复理式建造的砂页岩、黑色页岩夹薄层硅质岩。桂西仅出露中—上寒武统，由砂岩、页岩、泥质条带状灰岩、鲕状灰岩、白云岩组成。奥陶系在桂北为浅海相含笔石的砂泥质复理式沉积，局部夹碳质页岩、泥质灰岩和灰岩等；桂东南为滨海、浅海相碎屑岩，主要是细砂岩、页岩。志留系在桂北区仅出露下统，为砂、页岩；桂东南为陆源细砂岩、粉砂岩、页岩和碳质页岩，局部为含砾砂岩或夹灰岩、白云岩。（３）上古生界。早泥盆世早期大部分地区为陆屑滩相沉积，由底部砾岩、砾状砂岩向上过渡为砂岩、粉砂岩、泥质灰岩、白云岩；上部主要为台地相沉积的白云质灰岩、白云岩、泥灰岩。中泥盆早期桂西北属台沟相和浅海盆地相的黑色泥岩、页岩、黑色灰岩和细砂岩；桂西南属台地边缘相沉积，为灰黑色灰岩夹白云岩；桂中为局限台地相和滨海陆屑滩相沉积的灰岩、生物碎屑灰岩及泥岩。桂西北晚期为台沟相沉积的灰黑色钙质泥岩、页岩与泥质灰岩、灰岩互层。上泥盆统基本可分为台地边缘相、开阔台地相沉积的浅色灰岩夹白云岩、泥质灰岩夹页岩，下部浅海盆地相沉积的硅质岩夹页岩。石炭系以海相碳酸盐岩为主，次为海陆交互相碎屑岩，局部为硅质岩。其中，下统岩相变化较大，主要为深灰色灰岩、泥质灰岩、生物灰岩夹白云岩等，在广西广泛出露，桂北夹煤层；上统以深灰或灰白色灰岩为主，次为白云岩。二叠系下统主要为灰岩夹白云质灰岩或白云岩、礁灰岩，局部夹薄层煤。上统为灰黑色灰岩、隧石灰岩，局部夹铝土矿和煤层。（４）中、新生代除了早、中三叠世仍为海相沉积外，晚三叠世至第四纪主要为陆相盆地沉积。其中，下三叠统分为碳酸盐台地和较深水碎屑岩两种沉积：前者主要为灰色灰岩、白云岩夹泥岩、泥质灰岩、砂页岩；后者主要为深灰、灰绿色泥岩夹泥质灰岩、砂岩。中三叠统为砂岩、泥岩。晚三叠世至第四纪主要为内陆盆地沉积，沉积了万余米厚的红色复陆屑中酸性火山岩建造，以及少量含煤、含膏盐建造，个别盆地有海陆交互相沉积。可见，广西区域分布地层中，存在桂北地区前寒武系的变质岩、桂东南志留系为陆源碎屑岩、下泥盆统下部区域性陆屑滩相沉积、桂北石炭系煤层、二叠系上统的铝土矿和煤层、晚三叠世至第四纪的陆相盆地沉积等不利于垃圾填埋场选址的地层及其夹层。２．１．２　地质地貌类型　根据地形地貌、地层岩性、岩土条件，广西可分为岩浆岩、变质岩、碎屑岩低山谷地型与垄岗丘陵谷地等５种主要地质类型，各类地质类型对填埋场选址影响［４］如下：岩浆岩、变质岩、碎屑岩低山谷地型。该类型场址地形成库条件优越，岩土体的地基承载力特征值高，基底稳定性好；库底地基岩土体的渗透性较弱，多为弱透水—微透水，天然防渗条件良好。该类型的场址选择的空间范围很大，但在场址建设和运营过程中可能会引发山体滑坡、崩塌，尤其是变质岩区。岩浆岩、变质岩、碎屑岩垄岗丘陵谷地或洼地型。该类型场址地形成库条件较优越，因地势较低，运输操作方便，其他同上。但在红层盆地的丘陵垄岗谷地、洼地中，其岩类和土层属强—中等胀缩性土，可能会遭受地裂灾害。该类型场址选择的空间范围一般。碳酸盐岩与碎屑岩互层弱岩溶化溶岭谷地、洼地型。该类型场址地形成库条件较优越，基底稳定性亦较好；有弱发育透水良好的裂隙溶洞，其间夹有相对隔水的不透水层，天然防渗条件一般。在岩溶岩体夹层分布部位，其上土层可能发育有土洞，且基岩面起伏不平，土层厚薄不均，当填埋高度逐渐增高后，垃圾堆积体的荷载作用可能会引发或遭受地面塌陷和地基不均匀沉降灾害，破坏人工防渗系统。此类场址选择的空间较差。碳酸盐岩强—中等岩溶化峰丛、峰林谷地、孤峰谷地型。该类型场址地形成库条件优越，但岩体强—中等岩溶化，溶沟、溶槽发育，基岩面起伏大，土层厚薄不均，有隐伏土洞存在，在垃圾堆积体荷载作用下易引发地面塌陷和地基不均匀沉降，天然防渗条件极差，易引发或遭受滑坡、１２１第１期　　　　　　　　　　　　成官文等：广西垃圾填埋场选址过程中不良地质问题探讨崩塌灾害。此类型稳定性、安全性和防渗性均较差，选址较为困难。松散砂、砾、粘性土类滨海平原型。该类型地形平坦，成库条件差。虽有垄岗谷地，