广西平果铝厂平南赤泥堆场的岩溶渗漏研究与治理

广西平果铝厂平南赤泥堆场的岩溶渗漏研究与治理 广西平果铝厂平南赤泥堆场的岩溶渗漏研 究与治理 2006年第1期 2006年2月 {}I电 MINERALRES0URCESANDGEOLOGY 第20卷 总第113期 广西平果铝厂平南赤泥堆场的岩溶渗漏研究与治理? 陈新华,彭振斌 (1.中南大学地学与环境学院,湖南长沙410083; 2.中国有色金属工业长沙勘察设计研究院,湖南长沙410011) 摘要:为了治理广西平果铝矿氧化铝厂赤泥堆场的岩溶渗漏的环境问题,阐述了堆场的岩土工程地质 条件,岩溶发育特征与规律及岩溶渗漏的途径与方向.对岩溶渗漏对周围环境的影响作了评价,并提出 了岩溶渗漏的防治.研究认为,赤泥堆场的岩溶渗漏治理措施是切实可行的,治理效果是良好的. 关键词:赤泥堆场;岩溶;渗漏;治理 中图分类号:TV223.33文献标识码:A文章编号:1001—5663(2006)01--0073—04 1工程概况 广西平果铝矿氧化铝厂的废弃固体物赤泥堆场 位于厂区南部相距约2km的平南屯附近(下称"平 南赤泥堆场"),一,二期工程占地0.60km.,三期工 程占地约1.2km.,采用管道布料分块轮换逐层堆置 法,预计的赤泥堆置高度为50,80m,进入堆场的赤 泥含水量为89,赤泥容重为2.lt/m.,赤泥附液含 碱量(按Na.0计)为4kg/t,堆场渗漏附液含碱总量 不大于8g/s.由此可见,堆场赤泥含水量高,且为强 碱水,赤泥附液的渗漏势必会对附近村屯,地下岩溶 水,水源,农田,溪流,工程设施等产生不良影响.因 此,查明堆场岩溶发育特征及岩溶渗漏的,途径,方向 是堆场岩土工程勘察和渗漏治理的主要问题. 2堆场的岩土工程条件 2.1场地位置与地形地貌 研究区位于广西平果县右江南岸的新安镇子南 屯境内(图1),如平南屯北西侧为1堆场,南东侧为 2堆场,从地形上来看,场地呈NW—SE向展布.除 岜泽,岜横两个孤丘之外,其他地形波状起伏,场地标 高变化于110.00,123.00m之间.地貌上为右江南 岸溶蚀准平原的I一?级剥蚀阶地. 图1平南赤泥堆场位置示意图 Fig.1Sketchoflateritedumping locationinPingnan 1一钻孔及编号2一抽水井及编号3一天窗及编号4一溶潭及 编号5一下降泉及编号6一村庄7一断层 2.2地层岩性 平南赤泥堆场1,2场地出露的地层除第四系 外,主要以下三叠统北泅组白云质灰岩夹白云岩,灰 ?收稿日期:2005--08--15作者简介:陈新华(1963--),男,高级工程师,主要从事岩土 工程勘查,设计与施工方面的研究. 73 岩为主,此外还有下三叠统罗楼组灰岩.现自老至新 叙述如下: (1)下三叠统罗楼组(T)以灰岩为主,主要分 布在1堆场南西边缘,为F.断层的下盘(南西盘), 深一浅灰色,中一厚层状构造,细一中晶质结构,倾向 NE,倾角平缓,层理清晰,节理裂隙较发育,地溶蚀 现象较发育. (2)下三叠统北泗组中段(Tb.)以白云质灰岩 为主,夹灰岩及白云岩,厚度>70m,白云质灰岩为本 场地基岩的主体,呈浅灰一灰白色,中厚层状构造,隐 晶质结构,岩性较脆,节理裂隙发育,且多为闭合状, 裂面上常被铁质氧化物浸染而呈紫红色;灰岩和白云 岩均呈夹层状产出.该层地表露头上,溶蚀现象特别 发育,常见有溶沟和溶槽. (3)第四系残积层(Q)是由白云质灰岩和白 云岩风化溶蚀的残余物质原地堆积而成,状如粉砂, 灰黄一浅灰色,常夹有碎石一角砾状的风化岩碎屑, 土质在天然埋藏条件下较密实,但被水浸泡时易崩解 湿化.此层土一般呈鸡窝状存在于基岩顶面,产状很 不规则. (4)第四系坡残积层(Q?)以粘土为主,褐黄 色,黄褐色,上部一般含有褐色豆粒状铁锰结核,往下 含量逐减,直至质纯,稍湿,硬塑一坚硬状态,在接近 灰岩表面时,局部呈可塑状态.该层通常沿溶沟,溶槽 或溶蚀洼地呈条带分布,在垂直溶沟(糟)方向的范围 内,其厚度可在近距离内发生很大变化,局部地段形 成较大面积的连续覆盖,分别被开垦成旱地,水田,一 般厚度为0.40~10.50m. (5)第四系冲积层(Q)以粘土为主,褐色一褐 灰色,局部夹薄层粉土,湿,可塑状态,主要见于大的 )之内,勘察揭露的最大厚度达51.70m. 溶沟(槽 2.3地质构造 堆场的构造受区域构造的控制,次一级构造较为 发育,其主要构造线方向为290.,310.,在构造位置 上,位于局祥复式背斜的南西翼,区域性断层F和 F.之间.堆场为单斜构造,产状较平缓,倾向SW,倾 角多在8.,20.之间. 受区域构造的影响,场地内白云质灰岩的节理裂 隙较发育,主要有三组,其走向分别为40.,70.,290. , 310.,340.,350.. 2.4水文地质 2.4.1地表水 场地内地表水系不发育,1,2堆场内各有两条 大小不等的干谷(沟),是堆场间歇性地表水排泄的主 要通道.其水源主要来自峰丛区的泉水及大气降水, 74 其动态变化很大,大部分时间无水,雨季流量较大.这 些干谷(沟)水流均沿局祥附近的落水洞和溶沟(槽) 流入地下,由明流变为暗流,然后经地下岩溶通道,向 右江排泄.堆场内无一干谷(沟)直达右江. 2.4.2地下水 从区域上分析,本场地处于地下水的迳流一排泄 区,主要以下三叠统北泗组(Tb.)白云质灰岩为其含 水体.地下水的补给来源:一是大气降水直接补给,二 是西南峰丛区的岩溶水补给.场地内地下水主要赋存 于岩溶通道和基岩裂隙中,特别在2堆场已明显地 发现了地下水集中渗流的通道,场地内地下水属溶洞 一 裂隙水类型,该区的岩溶水属重碳酸钙型水(HCO. -- Ca型水). 通过地下水示踪试验,查明了堆场内外的地下水 水力联系特征.试验结果表明,场地地下水以岩溶渗 漏和断层导水为主,其中1堆场的地下水主要呈SE 向流动,2堆场内的地下水主要以"岩溶管道流"的 形式呈NW向或NNW向流动,1,2场地的地下水 在场地中部汇合经平南,局祥和局含,然后拐至NE 向向右江排泄. 3岩溶发育的特征与规律 3.1岩溶地质背景 由于场地位于岩溶准平原的边缘,堆场分布的基 岩为下三叠统北泗组(Tb.)白云质灰岩,属碳酸盐类 岩石,区域上属亚热带气候区,雨量充沛.堆场场地内 构造格局复杂,既有纵向断裂通过,也有横向断裂穿 过,致使场地内岩溶极为发育.岩溶作用沿各种构造 带,节理裂隙面发育.总体而言,场地岩溶现象主要发 育在浅部,且以垂直岩溶形态为主;深部岩溶也存在, 但发育程度较弱,为水平向的,是堆场内的地下水沿 水平方向集中渗流的通道. 3.2浅表岩溶的发育特征 "浅表岩溶"是指在基岩表面及其以下较浅的深 度范围内,因地表水和垂直下渗水流的溶蚀和侵蚀作 用而形成的岩溶.它在本场地中相当发育,根据钻探 结果,钻孔岩溶能见率达20. 3.2.1形态特征 工程地质调查与测绘结果表明,场地内存在九种 不同形态的地表岩溶,分别为溶蚀裂隙,溶沟(槽),落 水洞,溶蚀塌陷,漏斗,溶潭,岩溶槽谷,干谷(沟)等, 其中,落水洞占57.6,溶沟(槽)占17.6,溶蚀塌 陷占9.0,是地表发育的主要岩溶形态.至于隐伏 岩溶形态,据钻探揭露,主要为溶蚀裂隙(占 94.0),其次为溶洞(占6). 3.2.2发育深度 勘察结果表明,场地浅表岩溶发育深度主要在基 岩面以下0,8m,相当于标高95m以上深度范围内, 向下逐渐减弱,此结果与物探成果资料是基本一致 的. 3.2.3充填情况 根据工程地质测绘结果,基岩裸露区的地表岩溶 多为半充填状态,少量为未充填;据钻探结果,浅部岩 溶以溶蚀裂隙为主,溶蚀裂隙中多被硬塑一可塑粘性 土全充填,仅个别呈未充填;物探成果也未发现空洞 异常反映.因此,可以认为,场地除基岩裸露区地表部 见半充填一未充填的岩溶形态外,其它的地下浅表岩 溶其充填程度总体良好. 3.3深部岩溶发育特征 所谓"深部岩溶"是指在地面下较深部位的地下 水潜流带(即饱水带)中发育的近水平的洞体或其它 形式的岩溶水通道.勘察时,采用瞬变电磁法,震波映 像法对深部岩溶作深部探查,以及配以必要的钻孔验 证.其结果表明,1堆场未发现深部岩溶或地下水集 中渗流管道的存在;2堆场在岩溶槽谷的深部有溶 洞存在,且为场地内地下水集中渗流的通道.此外, 2堆场中沿构造带或岩溶槽谷地段的浅表岩溶相当 发育,落水洞呈串珠状出现,局部见溶蚀漏斗,溶潭等 岩溶形态.上述种种迹象表明,深部岩溶在1堆场不 发育,在2堆场中是存在的,但发育程度比较弱,且 发育深度主要在基岩面以下25,45m,相当于标高 70,95m. 3.4岩溶发育规律 平南赤泥堆场属裸露型岩溶区,场地岩溶的发育 与气候,地层岩性,地质构造和岩溶水排泄基准面(右 江)有关.平南堆场地处亚热带气候区,常年雨量较充 沛,这就为岩溶的发育创造了一个外部条件.又由于 堆场岩性较单一,故堆场岩溶的发育主要受地质构造 和岩溶水排泄基准面两方面因素控制,前者控制着岩 溶发育的地段,后者控制着岩溶发育的深度.根据场 地的岩溶调查,统计,场地内岩溶发育规律可归纳如 下: (1)受断裂构造的控制.即沿断裂构造发育地段 广为分布落水洞,溶潭及溶沟(槽)等. (2)受构造节理组控制.平南1,2堆场的溶蚀 是沿着三组陡倾角节理进行的,这二组节理的走向分 别为40.,70.,290.,310.,340.,350.. (3)在节理发育带或断层破碎带交会地段,是落 水洞和溶潭(洞)分布最为发育之处.特别在2堆场 的落水洞和溶洞最为典型,在两组密集节理带交会 处,岩层破碎,因而发育成较大的落水洞,并与溶潭等 地下水集中渗流通道连通. (4)岩溶发育的深度主要是受当地侵蚀基准面 (右江)的控制.岩溶主要发育在标高约70m以上,在 此以下,虽有岩溶发育,但发育程度则大为减弱. 4岩溶渗漏途径与方向 (1)场地内存在的各种岩溶形态,诸如溶洞,落水 洞,溶潭及溶蚀裂隙,是渗漏的主要途径.而构造破碎 带,结构面(包括层面,节理裂隙面)亦为堆场渗漏的 途径之一. (2)场地岩溶较发育,各类岩溶形态在赤泥堆存 时可能会产生塌陷和陷落,这也将可能构成场地渗漏 的另一途径. (3)经现场试验,堆场内分布有坡残积层,其渗透 系数K值为3.5×10,4.9×10-scm/s,属弱透水 性地层;白云质灰岩的单位吸水量为0.013, 0.019L/min.m,(相当渗透系数K值为1.70×10 , 2.50×10cm/s),由此可见,场地内岩土的抗渗 漏能力较好,故在防渗治理设计中应充分考虑和利用 这一有利因素. (4)结合堆场岩溶调查及地下水示踪试验结果分 析,场地内渗漏的主导方向与区域地下水迳流方向相 一 致,沿NE向流入右江,并进一步向下游排泄. 5岩溶渗漏对周围环境的影响评价 根据前述,赤泥中含有碱性物质,赤泥堆场建成 后,赤泥附液渗漏将对地下水pH值增高有较大的影 响. 在枯水期,平南区岩溶水迳流量较小,岩溶水体 内的附液污染物浓度不断增加,在堆场范围内及邻近 区域以及下游地段,地下水碱度增大,导致水质pH 值超标,不利于饮用和灌溉,其受影响的范围较大,北 至右江,南至新安,西至桥见,东至坡旺皆可受其影 响,包括新安,平南,局祥等抽水站. 在洪水期,区域岩溶水迳流量增大,渗漏所形成 的污染浓度有所降低,但靠近右江的岩溶水排泄带 (如含笑一带)污染浓度仍有可能增加,整体浓度仍未 摆脱pH值超标状态. 按右江1957年以来最低流量23.6m./s(1958年 4月)计算,平南堆场附液渗漏在规定范围(<8g/s) 对右江污染浓度不超过0.0169mg/50ml(一0.338g/ 75 m.),对水质pH值的影响在饮用,灌溉水允许范围 内. 地下水示踪试验结果表明,堆场内,外之间水力 联系紧密,互相影响.由于岩溶网络的复杂性,赤泥附 液污染物浓度易产生溶质弥散,堆场赤泥附流渗漏不 仅影响岩溶水迳流的下游地段,同时对岩溶水迳流的 上游地段也产生影响.为此,必须采取有效措施,对堆 场岩溶渗漏进行治理. 6岩溶渗漏的防治处理措施 堆场岩溶发育,且处于区域地下水的迳流排泄 区,水文工程地质条件属复杂类型.综合上述原因,为 了减少渗漏对环境产生不良影响,建堆场时对渗漏必 须采取有效的防治和处理措施,以确保赤泥堆场安全 使用. 根据堆场岩溶形态以浅部垂直岩溶为主,深部的 水平岩溶较弱的特征,堆场岩溶渗漏的防治处理应立 足于"浅部处理为主,深部岩溶宜疏不宜堵"的原则, 针对具体的渗漏途径和特点,采取相应的综合防治处 理措施. (1)对地表已查明或今后施工过程中进一步发现 的落水洞,溶沟(槽),溶蚀裂隙等一些渗漏通道,可以 采用"堵"的方法."堵"这种方法的施工非常简单,即 先用块径不同的浆砌块石将洞隙填死,再浇灌混凝土 将浆砌块石间的缝隙填上,清除洞口表土后,再喷上 一 层防渗水泥砂浆即可. (2)对场地内的充水溶洞或溶潭,宜采用疏导的 办法进行治理,如"加盖板".如果采用堵的方法,那么 就会破坏场区的地下水的自然迳流排泄条件.在盖板 设计时,一要考虑洞口规模大小,盖板的跨度不宜过 大,必要时中间加一些墩或桩,以支撑盖板,以防赤泥 堆置后引起塌陷,二要考虑真空气压,当水压过高时 会顶穿封盖体而造成赤泥泄漏,从而污染岩溶水. (3)在对上述岩溶形态处理之后,再对整个场地 采用粘土加防渗土工布进行整体铺垫来作水平防渗 处理.粘土加土工布的施工方法也较简单,首先,用粘 土将地表发育的溶沟,溶槽和溶蚀裂隙填平,对于容 易划破土工布的石芽发育地段也应用粘土填平.填平 后,再盖上土工布,在土工布之上,堆一定厚度的粘土 防渗层,将粘土分层压实后即可.这种方法的施工难 度较大,特别是各块土工布之间的街接施工难度较 大,但其防治效果相当不错. 此外,尚须在堆场周边修筑截水沟,以拦截地表 降水补给源,另外,在堆场内还需设集水井(沟),将赤 泥附液引出堆场回收. 7结语 平南赤泥堆场一期工程于1995年建成投入使 用,2001年进行了二期工程扩建,经过近十年时间的 使用和监测,堆场的岩溶渗漏治理措施是切实可行 的,治理效果是良好的.一,二期成功的勘察经验,设 计经验,治理措施必将对三期工程的赤泥堆场建设具 有重要的指导作用. 参考文献: [1]中国科学院地质研究所岩溶研究组.中国岩溶研究[M].北京: 科学出版社,1987. [2]陈新华,杜长学,刘兴云,等.平南赤泥堆场岩土工程勘察报告 [R].长沙:中国有色金属工业长沙勘察设计研究院,1990— 1994. KARSTLEAKAGEANDITSHARNESSINGINPINGNANRED MUDDUMP,PINGGUoALUMINUMPLANT,GUANGXI CHENXin—hua.PENGZhen—bing (1.GeosienceandEnvironmentEngineeringCollegeofCentralSouthUniversity,Changsha,Hunan,410083,China: 2.ChinaNonferrousMetalIndustryReconnaissanceandDesignResearchInstitute,Changsha,Hunan,41001l,China) Abstract:Inordertoharnesstheenvironmentproblemcausedbykarstleakageoftheredmud(1aterite) dump,thepaperdiscussesthegeologicalconditionsofcivilengineeringinthedump,karstdevelopment characteristicsandregularities,aswellastheleakagepathanddirectionofkarstleakage.Theinfluenceof karstleakageonsurroundingenvironmentwasevaluatedandthepreventioncountermeasurestokarstleakage werealsoproposed.Thepreventioncountermeasureisbelievedtobefeasibleforharnessingthekarstleakage intheredmuddumpandtheresultofharnessingisidea1. KeyWords:Lateritedump,karst,leakage,harnessing 76