（地质工程专业论文）交椅山磷石膏堆场渗漏评价及防渗工程研究.pdf

重型查兰堡主堂堡堕奎 摘要 通过对交椅i l f 磷石膏堆场的水文地质工程地质勘察，由水文地质试验获得的堆场地层渗 拷系数，对水工坝、回水库和堆场库区等进行了渗漏分析与评价。根据评价结果设计防渗 工程措施为：回水库南岸和水工坝淳漏地段采取垂卣防渗处理，设计稚幕线长度分别为 2 7 0 m 和3 0 0 m ，深度约1 5 m 3 5 m ：岩溶渗漏区地段采取水半防渗处理t 设计铺设h p d e 膜+ 粘土防渗层，f 3 断层带渗漏区设计防渗面积约为5 0 7 0 01 1 1 2 。由磷石膏了坝渗流变形计算 得出，子坝底部需铺设排水管降低浸润线和下游坝坡设反滤层等措施防止渗透破坏a 研究成果不仅对交椅山磷石膏堆场防渗处理工程提供了理论依据和实际施工中的指导 性1 而且为岩溶地区磷石膏堆场的选址、勘察、防渗评价和治理提供了经验。 关键词 ：磷4 i 膏堆场、水文地质勘察、渗漏分析与评价、防渗丁程、岩溶地区 贵州大学硕士学位论文 s u m m a r y p a s s e dt ot h eh y d r o l o g yg e o l o g ya n dt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g y si n v e s t i g a t ei nj i a o y i s h a n p h o s p h o g y p s u ms t a c k , o nt h eb a s eo ft h es e e p a g ec o e f f i c i e n to ft h es t r a t u m ，w h i c hw a so b t a i n e d b yh y d r o t o g yg e o l o g yt e s t ，c a n yo nt h es e e p a g ea n a l y s i sa n de v a l u a t i o nt ot h ed i s t r i c to ft h e s t a c k 、t h er e s e r v o i ra n dt h ew a t e rd a m a c c o r d i n gt ot h er e s u l to f t h ee v a l u a t i o n ，d e s i g nd e f e n d i n g s e e p a g ee n g i n e e r i n gs t e p ：t h es e e p a g ed i s t r i c to ft h er e s e r v o i r sn o r t hb a n ka n dt h ew a t e rd a m a d o p tv e r t i c a ld e f e n d i n gs e e p a g em e a s u r e ，d e s i g np u r d a hl e n g t h2 7 0 ma n d3 0 0 m ，d e p t ha b o u t 15 m 3 5 m ；t h es e e p a g ed i s t r i c ti nt h ek a r s tr e g i o na d o p th o r i z o n t a ld e f e n d i n gs e e p a g e m e a s u r e ，a n dd e s i g nt h ed e f e n d i n gs e e p a g el a y e ro fh p d ef i l m + c l a y , t h ed e f e n d i n gs e e p a g e a r e ai nf 3f a u l t st h es e e p a g ed i s t r i c ti s a p p r o x i m a t e l y5 0 7 0 0 m 。a sa r e s u l to ft h ec a l c u l a t i o no f t h ep h 。s p h o g y p s u md a m sf l o wt r a n s f o r m a t i o n ，t h ed r a i n p i p ef o rd r o p p i n gt h es e e p a g el i n en e e d i ob ep a v e da tt h eb o u o mo f t h ed a ma n da n t i f i l t r a t i o nl a y e risd e s i g n e da tt h ed o w n s t r e a mo f t h ed a ms l o p ee t ct h o s em e a s u r e sp r e v e n tt h ed a m a g ef r o mt h ef l o w t h er e s u l t so ft h er e s e a r c hp r o v i d et h et h e o r e t i e a lb a s i s ，ag u i d eo nt h ea e t u a l c o n s t r u e t i o n ，a n dt h ee x p e r i e n c ef o rc h o o s i n ga d d r e s s ，p r o s p e c t i n g ，m a n a g i n ga n de v a l u a t i o nt o d e f e n ds e e p a g eo f t h ep h o s p h o g y p s u ms t a c ki nt h ek a r s tr e g i o n k e yw o r d s ：p h o s p h o g y p s u ms t a c k 、h y d r o l o g yg e o l o g yp r o s p e c t i n g 、t h es e e p a g ea n a l y s i sa n d e v a l u a t i o n 、d e f e n d i n gs e e p a g ee n g i n e e r i n g 、t h e k a r s tr e g i o n 2 贵州大学预士学位论文 第一章前言 第一节磷石膏堆场现状和防渗技术研究现状 随着工业化和农业现代化的发展，化肥工业得到了长足的发展。为了满足持续地生产发 展，妥善处理磷石膏废渣保护生态环境，磷石膏堆场随之大规模地兴建和改造。这时，磷 i 音废渣的贮存、处置和管理成为亟待解决的环境问题。尤其，磷石膏中的可能有毒有害物 质可通过再种途径危害生态环境，加剧大气污染、水质污染、土壤和地下水资源污染，严重 地困扰着人们群众止常地生产活动，危害人类健康。 目前，国内外磷打膏堆场种类较多，技术差异也较大。例如：国内的贵州瓮福化肥厂磷 n 青堆场、湖北人冶磷石膏堆场、云南富瑞化工杨家箐堆场等大多数选址设计在丘陵、山区 等地方，利川其有利的地形地貌和地层岩性堆放废渣，当存在岩溶渗漏时，要做防渗设计工 转! 处理：而国外磷石膏堆放除了丘陵区、山区外，还选择在平原区，如美国的 a r d a m a m & a s s o c i a t e s i n c ，这就要求不仅仅要整体防渗设计，而且同时防渗层要具备很高的 力学强度，以防i l 发生渗透破坏，技术要求较高。 磷石膏堆积方法主要有两种：于法和湿法。所谓湿法即管道输废渣至堆场后，在堆场实 现水渣分离，水全部返回厂区，继续循环使用，在堆场场区可实现干法堆存，如贵阳息烽重 钙厂交椅l h 磷t 隋渣场。其优势就是利用场区回水库回水与磷酸装置系统循环。回水的好处 苒亢司以减少磷酸装置生产过程中的新鲜水供应量，降低运行成本，提高环保水平；其次， 闸承绸分中舍有磷的成分，进行系统循环提高了磷酸装置生产磷得率。目前国内采用的磷柏 青堆积方法主要是湿法。 当前，磷石膏废渣的处理面临污染物数量剧增、受环境制约、适合于处置的场地日益匮 乏等一系列问题。而潜存的堆场场地面积却愈来愈少。许多已有的场地也因未对地形、地下 水位、十和岩石地性质及地面水和地下水地补给关系等作严格地岩士工程勘察和处理，反成 为一个新的污染源，对周围环境造成严重损害。 磷7 i 膏堆场必须选择和采用合理豹堆放结构，包括场地结构、渗出液的引流、处理、监 删系统结构等，以最大程度地减少和消除对环境特别是地卜水体的污染。在场址选择时应要 考虑消纳能力更要注重场地的工程地质和水文地质条件，严格防i f 地面和地下水系受到磷 “膏废渣渗出液的污染及可能产生的空气污染。场地周围必须进行定期的环境监测，采集水 样嗣i 十样进行分析。当发现有污染迹象时，应及时采取有效的治理方案。 随着材料工业技术的日趋成熟，磷石膏堆场防渗的问题已经得到了较好地解决。常阁的 治理方案有各种水平防渗层( 如土土= 膜) 、各种垂直隔离体系( 如地下连续墙、注浆帷幕、 搅拌桩、钢板桩、冻土墒、高眶喷射灌浆等) 、高渗透性反应墙及灌浆帷幕等。 灌浆i 惟幕是指用泵把浆液注入到岩土体的孔隙和节理中，使岩土体结构密实，降低上层 糕体不渗透性，而形成的屏障体系。所选用的浆液材料可为斑脱士水泥浆、超细水泥浆、化 学泥浆( 如丙凝化学泥浆) 。高压喷射灌浆板墙采用带有特殊喷嘴的注浆管，喷射脉动高乐 液流( 水泥一斑脱七浆液) ，切割、搅拌土体，而形成的具有较高密实屏障体系。 白2 0 世纪8 0 年代以来，高渗透性反应墙在工程实践中已有许多成功的应用。与常规渗 透性很低的隔离体系不同，其作用机理为原位治理。当溶解于地下水中的污染物离子通过对 流及扩散作用( 分子扩散、机械扩散) 大量进入墙体后，它们与组成墙体的多孔介质榭料发 生生物化学反应，如吸附、氧化还原、沉淀、生物降解等变为无害物质，从而减少离子的迁 移流量，达到阻l r 离子输运、隔离污染物的目的。高渗透性反应墙还可用水力劈裂、深层搅 4 贵卅l 大学硕士学位论文 拌、开挖沟槽、震动法等施工方法修建。 上述的各种技术方法，适用于场址为土类和部分岩类的垃圾场。而堆场内设计防渗措施 时，往往因为存在一些特殊情况，如局部岩溶地区，因其岩溶孔隙的发育具有方向性、不均 一性，形成的渗漏途径复杂，使其防渗措施往往在采用常用防渗方法的同时，还需采用一些 特殊的防渗措施。 磷石膏堆场渗漏会造成的各种环境效应，出现地质灾害，这就要求我们为合理规划堆场 的环境管理和治理已出现的问题提供科学依据和方法。 第二节科研对象、目的、技术路线及意义 本课题是在贵州省科研基金、开磷集团息烽重钙厂磷石膏堆场项目基金的基础上进行 的。在2 0 0 0 年1 月- - 2 0 0 4 年7 月期间，对开磷集团息烽重钙厂厂区周边数十平方公里的 区域进行j 。泛的现场踏勘和调查，其中有黄家坡场址、交椅山场址、哨上场址、下沟场址、 杨咏湾场卅、李家沟场址等。通过选址、调查、勘察以便选定开磷集团息烽重钙厂扩建后为 满址废淤埘存而必须新建的一座磷石膏堆场的场址。 开磷集团息烽重钙厂磷石膏堆场设计方案的拟选场址最终选定在交椅山、李家沟两处场 地，i ：艺路线采用磷石膏管道输送、磷石膏湿法堆存方法。方案设计与综台比较见下表1 ： 场自 地形地貌、地质特征 拟蚺存高程、高度 总库存及服务年限 可扩展堆存高度 表1交椅山与李家沟堆场综合比较表 场区交通条件 场区供电条件 场区征地面移 场仄建设费用估葬 料浆输送距离地形高差 料浆输送方案 输送同水方案 输送系统投浆估算 堆场建设总投资 存在主要问题 交椅山堆场 丘陵、浅谷，部分岩溶化地 层 高程9 5 0 m 高度8 5 m 3 4 9 5 万m 3 ，1 2 8 年 9 5 0 m 高程以上需改变堆存 方式 乡间道路5 k m 利用邻近架空线路接入 1 1 7 h a 2 7 9 0 万元 5 k m ，高差3 0 m 二级泵输送，2 d 4 5 0 管道 三级泵输送d 5 5 0 管道 2 6 1 0 万元 5 4 0 0 万元 1 、容积小，服务年限短 2 、近国家铁路干线( 3 0 0 m ) 李家沟堆场 山谷，全部岩溶化地层 高程1 1 5 0 m ，高度1 2 0 m 6 3 1 4 万m 3 ，2 3 年 2 5 5 0 m 高度发展空间 乡问道路13k m 利用邻近架空线路接入 1 6 5 h a 2 8 8 0 万元 1 0 k m ，高莘2 3 0 m 级泵输送，d 4 5 0 管道 二级泵输送d 5 5 0 、d 4 5 0 管道 5 2 8 0 万元 8 1 6 0 万元 l 、场地高于t 厂2 3 0 m ( 泵 扬稗高、管道压力大) 2 、输送经营费高 从以上分析比较看，两堆场各有优势和缺点：对于交椅山堆场，输送系统投资及总的建 贵州大学硕士学位论文 设投资较低，技术可靠性好，运行成本少，但其容积小，相对服务年限短，以及距国家干线 铁路太近等个性问题比较突出。李家沟堆场容积大，服务年限长，且随堆场技术的发展，本 殴计方案预留有较大的宽展空间，在不改变堆场堆存方式的条件下，继续堆高，服务年限可 以超过3 0 年，但其输送距离远、高著大，且整个堆场位于岩溶地区，对输送技术的可靠性、 投资费用、运行成本等问题都必须综合考虑。 摹丁i 以上分析，开磷集团息烽重钙厂根据自身条件、j 二厂发展规划，在满足库容的前提 f ，水1 坝、初始坝及库区的大部分是建立在岩溶弱发育的地层上，防岩溶渗漏条件优势较 大，因此，磷石膏堆场没计方案的场址最终选定在交椅山场地。同时，本课题研究对象就确 定为正在兴建的交椅山磷石膏堆场。 本课题通过对交椅山磷石膏堆场进行工程地质和水文地质的勘察，了解堆场所处位置的 气象水文、地形地貌、地层岩性、构造地震、水文地质条件、岩溶发育特征和已经发生及潜 在的地质灾害等，研究堆场在堆放磷石膏废渣时，所引起的一系列堆场自身渗透安全及对周 同环境渗漏污染问题。本文主要讨论堆坝存在的渗透变形、岩溶区的渗漏、弱岩溶区回水库 的tj 乍岸渗粼, f - i i 水i ：坝的坝体渗漏等问题。 通过对这些0 日题的研究，日的是为了预测和评价磷石膏堆场在建设和使用过程中可能出 j l l v l ：i x ，渗漏( 堆积场羽i 同水库) 和子坝渗透情况，并在此基础上提出合理的治理措施。 课题研究j 。作 支术路线如f ： 磷石膏堆场场址初选6 个 ( 厂区2 0 k i n 范围、库容、投资等) 土 交椅山和李家沟堆场比较 ( 水文地质条件和丁程地质条件等) 上 确定交椅山堆场，r 作水文地质和工程地质勘查 ( 满足库容、投资费用少、防岩溶渗漏条件优势明显等) 上 i环境地质条件与地质灾害 1( 气象水文、地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、岩溶等) i 上土 渗漏分析评价子坝渗透破坏计算 与渗漏量预测( 有限单元里兹法) +0 l防渗工程研究 防治措施 i ( - k 上膜铺设和帷幕线设计)( 设置排水管、反滤层) 本文通过对交椅山磷石膏堆场渗漏评价和防渗i 2 7 研究，所得研究成果对岩溶地区废渣 堆场的选址、勘察、污染评价、防渗和渗漏防治具有 _ 程实际的指导意义。 6 贵州i 大学坝士学位论文 第二章磷石膏堆场渗漏和污染特征 第一节贵州废渣堆场渗漏概况 贵州位ri ! = = 江和珠江两大水系的分水岭地段，为云贵高原的组成部分，平均海拔1 0 0 0 m 左厶，曲高东低，并分别向南向北倾斜。全省年均温度1 1 。一1 9 。在之间，年平均降水晕 为9 0 0 - - 1 5 0 0 m m 。分布趋势是南部多丁北部，东部大于西部。贵州全境除东部外，寒武系 至三叠系的碳酸盐岩广泛分布，总厚度在3 0 0 0 - - 1 2 0 0 0 m 之间，分布面积为1 2 7 万k m 2 ， 占全省总面积的7 2 ，岩溶十分发育，地面岩溶为谷地、洼地、落水洞、漏斗、溶沟槽： 地下岩溶为裂隙、裂缝、溶洞、管道、地下河等。 贵州省固体废物( 不包括生活垃圾) 历年累计已达2 1 亿吨，这些固体废物主要为 一业 废渣。通过对废渣堆场( 污染源) 的调查，8 5 的废渣堆场位于岩溶洼地或沟谷中，由r 选 卅利 方渗处理描施4 i 当，废渣堆场中的强酸碱废水通过落水洞、漏斗、溶缝、溶隙等产生渗 谢，进入禽水系统，造成对岩溶水的污染，例如，生产氧化铝、氟化盐和磷肥的赤泥、氟相 “、储“肖堆场渗渊产生的碱污染、氟污染、磷污染、使地下水、地表水流域的水资源开发 利川受剑影响，严重影响了社会和经济的可持续发展。 第二节岩溶渗漏类型 贵卅l 碳酸盐岩地层分布面积。片全省总面积的7 2 。由丁岩溶介质非均匀性，地r 水赋 存、上垒移也极不均匀，包气带中落水洞、漏斗、溶缝等发育，使地f 水直接与地面币f 大气相 通，冈此岩溶含水系统抗污染能力差，岩溶水资源环境 分脆弱，极易受污染。根据废渣堆 场所处的地层构成、含水系统及水动力特征可分为管道溶隙系统、裂隙系统和采空区渗漏类 删。 1 管道系统渗漏类型 废渣堆场位于可溶岩地层裸露的岩溶强发育区，地表岩溶为洼地、落水洞和垂直溶隙， 地下岩溶为管道、溶洞。岩溶水动力条件和边界条件复杂，地卜水径流受地质构造控制，因 而渗漏途径长而复杂，渗漏量大，并由于地下水位动态变幅大，渗漏出露点随季节有一定的 变化等。所以管道裂隙类型渗漏，对岩溶水污染，不仅使污染源所处的含水系统地下水受污 染，而且越流使相邻岩溶含水系统及排泄点汇入的地面水( 体) 受污染，例如扎塘赤泥库、 贾家堰磷石膏库，见表1 。 2 裂隙系统渗漏类型 废渣堆场位于相对弱岩溶发育区，岩溶介质相对均匀，岩溶渗漏受构造裂隙、风化裂隙 的控制，表现为渗漏途径较短，渗漏量较稳定，主要造成对地表水的污染例如火圳氟化盐 渣库，大沟冲渣库，见表i 。 3 采空区渗漏类型 废渣堆场位于司溶岩与非可溶岩互层地层区，由于采矿( 煤) ，地下巷道交错分布，破 埘、了1 f 可溶岩的隔水性，因此渗漏途径类似丁地表水径流，使堆场渗漏废水与矿坑水混合污 染的地f 水，污染影响是严重的例如鸡心坡灰库，见表1 。 7 贵州大学硕上学位论文 表1废渣堆场( 污染源) 岩溶渗漏类型 渗漏点类型海漏距离水力坡度观测流量 最终受纳 污染源 幅絷状态 渗漏形式 及代号( k m )( )( 1 s )水伴 岩溶潭 2 08 0 扎批亦泥席碱污染岩溶管道l7 67 0猫蚓l 河 ( s 3 1 3 )( 1 9 9 142 7 ) 岩溶泉 05 0 札蚺靠泥斤碱污染岩溶管道 06 3狍跳河 ( $ 4 0 7 ) ( 1 9 9 i42 7 j 岩溶泉23 0 扎墉赤泥库碱污染岩溶裂隙 i7 339 3 百袍湖 ( $ 6 3 9 )( 1 9 9 j42 7 ) 岩溶泉37 0 清镇铁渣厍 硫酸盐污染岩溶管道 l6 676 6猫跳河 ( w 0 5 6 )( 1 9 9 592 0 ) 岩溶泉17 0 r 目冲淤斤砒瞪曲污絷岩淆裂隙o i 332 6南岍河 ( s 0 7 )( 1 9 9 651 2 ) 岩溶泉 9 63 0 - ；? kj 1 t 确f l j l f 俩r - 一索，：浒1 通l8 562 6例水河 ( w 8 ，j )( 1 9 9 78 15 j 岩溶泉23 0 镇宁训卅厍 锄污絷 岩卉芊裂隙 0 6 03 1 2地f 水 ( u 】) ( 1 9 9 96i5 ) 暗河出口 2 63 0 d t 磷石膏库硪圬染 岩格管道 3 船32 9 6地表闹 ( k 3 3 ) ( 2 0 0 037 ) 岩溶泉l0 i 人州氟化盐淤库氟巧絷岩扦莩裂隙( t 3 6 j o8 si4 283 3 壶架州 机井( 1 9 9 8 11 2 ) 翰燥废屈矿坑u 排水 4 帅 坞心城灰厅 ，坑巷道 46 0 09 6日水库 j 亢斑水污染( s 6 )( 2 0 0 041 9 ) 交椅山磷石膏堆场存在两种渗漏类型：管道系统渗漏类型( 强岩溶化地质条件的f 3 、 f 4 断层附近地带及堆场两部岩溶洼地) 和裂隙系统渗漏类型( 弱岩溶化地质条件的同水库 南岸和水丁坝附近地区) 。详见第五章内容。 第三节磷石膏物理化学特点和污染特征 磷li 膏是磷酸生产过程中产生的固体废渣，作为筑坝材料，必须对其进行物理特性利工 科特性试验，还可被研究开发为种可利用防渗材料。 一、磷石膏渣的化学成分和物理性质 磷石膏是同体废渣，主要成分是c a s 0 一2 h ：0 ，含量超过9 0 ，p h 25 4 5 ，含有可溶磷 和氟化物。磷行膏的化学成分、物理性质及放射性检测见表2 、表3 、表4 。 表2息烽重钙厂磷石膏化学成分( ) c a 0 7 s i 0 ： s o - a i ：0 ； m 9 0 f e 2 0 3t - p 2 0 6 wp 2 0 ；c 水| 3 182 1 04 5 8 01 3 0 0 4 00 3 012 60 5 02 0 1 0 贵州大学碰j 二学位论文 表3 息烽重钙厂磷石膏物理指标( 性质) 含水率l密度i容重颜色粒度 2 1 f 2 4 4 9 c m 3 l 8 4 9 k g m 。 灰白色粉末 磷打青渣凝l 囿性好，堆高2 0 3 0 m ，安息角6 8 度。 8u i l t 以r 占4 94 表4 息烽重钙厂磷石膏放射性检测 放射性比活度b q k g m r am r j “6 r a2 ”t h4 0 k t 0 3 2 6 + 2 1 0 1 18 4 + 0 3 1 4 1 3 7 2 + 9 6 6 o5 0 0 4 4 术超标准限值 j ：、磷石膏渗透性 | ) 。典、试验 磷4 i 膏作为筑坝材料时，为了控制压实度的需要，必须掌握磷石膏压实的最大干密度p dm & x 和相应的最佳含水鼍u o p 。击实试验就是为此目的利用标准化的击实仪器，试验确定 密度和相应的含水量的关系，所以击实试验是控制磷石膏压实质量不可缺少的重要试验项 目。 n 待用料中取3 组试样，每组各配6 种不同含水率，试样内径为1 0 2 m m ，简高为1 1 6 r a m ， 采圳击锤质鼙为2 5 k g ，落距为3 0 5 m m 的轻型击实仪进行，分3 层击实，每层2 5 击，单位 体枳f j 实功能为5 1 9 6 lk j m 3 。 试验结果见表5 所示。 表5 磷石膏的击实试验 试验次数最大干密度pd m a x ( g c m 3 )最优含水率。o p ( ) 14 61 77 1 4 71 76 1 4 6 1 7 6 试验曲线见围所示。 亡_ ：n 14 hi j 一一 ，。， 图干密度与含水量关系曲线 9 吖 、 一。一 贵州大学硕士学位论文 试验结果表明，击实试验所得干密度与含水率关系曲线比较陡，含水率对干密度影响较 大。根据试验结果确定最大干密度pd n l a x = 1 4 6 9 c m ，最优含水率w o p = 1 7 7 。 2 ) 渗透试验 渗透试验在渗透仪上采用变水头法进行。共进行4 种磷石膏( 主要成分是c a s 0 一2 h z 0 ) 密度试验，分别为1 3 9 9 c m 5 、1 3 l g c m 3 、1 1 6 9 c m 、1 0 2 9 c m 3 ，前两个密度主要考虑碾压 媵l 青于坝，相应的压实度为9 5 、9 0 ，后陌个密度主要考虑磷干i 膏堆积体。每一个密度 进i j 两纽试验。制样方法为：将待用料配制成一定含水率的试料，按以上于密度用击样法直 接制各在渗透环刀内，装入渗透仪放入抽气缸内，采用真空抽气法饱和。试验结果见表6 ： 表6磷石膏的渗透试验 】 , l i l l f f ：4 一密度pd ( g c m 3 )渗透系数k ( 1 0 4 e r a s ) i 3 91 8 81 8 2 i 13 163 56 4 8 1 1 68 3 0 8 2 5 1 1 0 29 9 69 8 9 试验结果表明：磷石膏的渗水性能良好 渗透系数增大。平行试验所得的结果很相近 比同粒径的天然土要大。磷石膏密度降低时 计算时可取平均值。 ：j ) 磷i 膏涉及刘的主要环境问题 卞要环境问题有以下儿个方面： j 、膦4 i 青废渣p h 为25 4 5 ，是一种强酸性废渣，会造成十壤酸化。 2 、膦4 i 膏废渣粒度很细( 平均粒径l o 2 2um ) ，在干燥情况下产生扬尘，造成人气污 染。 3 、磷石膏渗滤液为酸性废水，含有可溶性磷、氟化物会造成地卜水、地表水和湖库的 售营养化污染。 d 、磷石膏堆存不当会产生流失，造成土壤污染。 1 0 贵州大学硕上学位论文 第三章交椅山磷石膏堆场工程概况 贵州开磷集团息烽重钙厂磷酸生产规模将扩大至5 0 万吨年，相应的磷石膏废渣年排放 靛达到2 5 0 万吨( 干基) 。为了使磷石膏得到妥善堆放处置，保护生态环境，该公司在息烽 县小寨坝镇交椅山方家坪一带修建磷石膏堆场。 交椅山博“膏堆场位丁息烽县小寨坝镇北东地处交椅山、方家坪等村民所在地，地理 庠标e1 0 6 。4 4 7 2 0 ”1 0 6 。4 5 3 5 ，n2 7 。1 2 7 3 3 ”- - 2 7 。1 3 7 3 8 “。距离贵阳中化开磷化肥 有限公司约40 公里，贵遵高等级公路及2 1 0 国道呈南北向堆场西部约0 5 公里处通过，有 简易公路直达库区，交通方便。库区东面o 4 公里有川黔铁路经过。征地范罔面积约7 5 公 顷( 见下图) 。 图建设用地交通位置示意图 交椅山磷“膏堆场总体呈南东一北西块状展开，鹾约1 2 0 0 m ，平均宽约7 0 0 m ，面积约 9 0 万m 2 ，填埋高程8 7 0 , - x ) 4 2 m ，有效库容约2 8 7 5 万m 3 ，按磷酸装置年产出磷石膏约2 5 0 万吨年( 干基、磷石膏堆密度10 8n o g m 3 ) 训，服务年限1 l5 年。堆场设计初始坝一个， 梯级子坝1 6 级副坝3 个、回水库i 个。参照建设部和能源部有关尾矿、煤灰库库容分级 标准，交椅山磷石膏堆场属于中型堆场，亦属丁环保建设工程，建堤总投资约5 4 0 0 万元， 为较重要建设项目。 场为向南东倾斜的山符地带，初始坝和水工坝及回水库位于场医南部，土要建( 构) 筑 物还有磷石膏堆积子坝系、副坝、排洪竖井及排洪管道、澄清池和服务站笛( 见表2 ) 。 磷石膏堆场工艺采用湿法管道输送磷石膏堆积坝采用上游式筑坝法：磷石膏料浆通过 坝顶支营均匀地向库内排放，在料浆流动过程中，由丁重力作用，利用磷石膏同结排水的特 a t ，磷_ i 膏粗颗粒沉积在坝附近，按一定坡率依次后退逐级往上堆积构成一系列子坝，澄清 分离山的水流向距坝较远区域，大量通过同水系统少量通过水平排渗垫层及初蝴坝渗滤至 同水厍，坝前形成千滩面。在坝长方向分为二个医，排放、干燥、筑坝三个区交替进行， 贵州大学硕士学位论文 使得磷石膏堆积坝逐级上升。交椅山堆场磷石膏堆积坝最终标高9 4 2 m ，1 2 级子坝。 表2 交椅山磷石膏堆场主要建( 构) 筑物特征表 序号构筑物坝型怕：向( m )基本尺寸备注 顶8 9 4长= 2 0 0 m 、高2 0 2 5 m 、底宽l o o m 、 j 初始坝 堆石坝底8 7 0顶宽5 m 、棱体内坡比1 ：2 5 、外坡透水坝 比l ：1 2 5 。 磷石膏 顶9 5 8 各级高4 m ，棱体内坡比l ：25 、外 2 梯级于坝底8 9 4坡比1 ：1 2 5 、各级顶留2 m 宽作马 堆积 道。 顶9 2 6 高8 m ，长7 5 m ，底宽7 0 m ，顶宽5 m 。 3 副坝l 底9 1 8 不透水顶9 4 2高l o m ，长1 4 0 m ，底宽1 6 0 m ，顶宽 棱体内坡比 4 副坝2 l ：2 5 、外坡 粘十圳底9 3 2 5 m 。 比l ：12 5 顶9 4 2 高l o m ，跃4 0 m ，底宽5 5 m ，项宽5 m 。 m 【jj o ! ： 底9 3 2 磷4 i 膏 顶9 5 8征地约7 5 公顷、长1 2 0 0 m 、均宽7 0 0 m 、面积约9 0 6 储i 齿漓序底8 6 5万m 2 、库容2 8 7 5 万m 3 、服务年限1 1 5 年。 准筑 堆填高度9 3 堆石 顶8 7 5 5 高1 4 5 m ，长1 2 0 m ，底宽6 5 m ，顶 7 水工圳底8 6 1 宽5 、棱体内坡比1 ：3 、外坡比不透水坝 重力坝 1 ：2 5 8 同水库 最高库水位8 7 4长3 5 0 m 、宽8 0 m 、库容约l o 万m 3 。 防渗漏 9 l # 刚水井 井底标高8 8 6 预制钢筋混 】0 2 # 同水井圆形井底标高9 0 8直径2 5 m 凝土圈梁竖 l l 3 # h 1 水井 井底标高9 2 8 井 1 2 排洪同水管 圆形 直径2 o m 、k 约5 0 0 m 埋管 1 4 澄湍池l池底标高8 6 5深约8 m 1 5 澄清池2 不规则混凝士 池底标高8 6 5深约8 m 两栋楼场坪杯南8 8 6 、8 8 7 m ，均长2 0 t o m ，建筑面 1 6 服务站2 层 框架结构 积8 0 0 m 2 。 【1 7 库区简易道路 碎石路面 在现有简易道路的基础上作加宽处理 磷石膏堆场初始坝采用透水堆石坝，后期各级子坝采用磷石膏逐级碾压而成。磷石膏堆 积坝坝体构造拟定级子坝高度约4 m ，4 - - 5 级子坝构成一个子坝区，子坝区之间水平距离 约3 0 - - 5 0 m ，子坝坝顶宽度5 m 外坡1 ：2 5 ，内坡i ：2 ，堆积坝总边坡不人于1 ：3 5 。磷石膏 子坝外坡面层用粘土压坡，随堆随压，厚度不小丁5 0 c m ，防止粉尘b 扬，雨水冲刷及磷年i 膏吸湿。 各级f 坝外坡坡角处设= f f | = 渗沟，坝体内设水平排渗层。排渗层厚度不小于05 m ，用土 i j 布包砂砾石、集渗管作排渗体。_ f _ 积坡f 游坡与两侧山体结合处殴排水沟，并与堆积子坝 各高稃排渗沟相连接。 初始坝具有良好的渗透性或预设有各种排渗管道，渗透水及排洪回水井的水通过澄清池 初步处理后排入同水库中，通过回水泵、管路接回磷酸生产车间循环使用。三个堆场副坝主 要是阻【r 磷石膏沿较低地段向外扩散污染环境。而同水库及其水t 坝不仅要防渗漏，还要防 腐蚀( 可以采用碡打筑坝) 。 贵州大学硕士学位论立 第四章堆场环境地质条件及地质灾害 第一节气象水文 交椅山磷石膏堆场位于息烽县小寨坝镇北东，地处贵州高原北部，属亚热带大陆性季风 湿润型气候，冬春半干旱，夏秋湿润多雨，四季分明，气候温和，冬暖夏凉，雨量充沛。年 平均气温1 44 c ，年平均降水量1 1 6 8 3 m m ，降雨主要多集中在5 8 月，其中暴雨曰( 日降 雨5 0 0 m m ) 2 6 天，大暴雨日( 日降雨1 0 0 0 m m ) 0 4 天，最大日降雨量1 3 75 m m ( 1 9 5 7 年6 月2 7 日) 。相对湿度8 l ，年均风速2 1 n d s ，静风频率为4 5 。 交椅山磷4 i 青堆场位于k 江流域乌江水系养龙司河左岸靠近分水岭的沟谷地带，汇水面 卡j 38 k i n 2 。t | f i - j c j 内冲沟中溪流一般流蕈为0 1 65 l s 。主要为人气降水和下降泉补给，季节 悱嵌化人，溪流由北向南释流，穿过川黔铁路涵洞汇入养龙司河。堆场初始坝上游2 0 0 m 处 f j小水塘，宽约3 0 m ，k 约1 0 0 m ，水深1 5 m ( 照片1 ) 。养龙司河为区内主要河流，由 j 妇l i t l h l 北永径流，一般流萤8 1 0 0 l s 。区内森林植被不甚发育。见附图交椅山磷膏堆 场水文地质硐il 一程地质示意图。 第二节地形地貌 交椅山堆场属 i 高原碳酸岩溶蚀、侵蚀中低山及沟谷地貌类型。地势总体北商高南尔低， 海拔标高8 4 3 1 0 2 35 m ，山体多呈缓坡状，坡度一般 l o o m止断层 有岩溶洼地分布。 f 2位于堆场南商角，北两向展靠。 倾向南东、倾角8 0 。 4 m 正断层 呈北北西向分布于评估区东部，带上逆断层 f 3倾向近东倾角8 0 。 5 0 m 有窜珠状岩溶洼地和落术洞分布。 ( 导水断层) 平移断层 f 4 位于堆场北部呈北西向展布断面陡倾直直 2 0 m t 导水断层) f 5 位于堆场北部呈北东向展布倾向南东、倾角8 5 。 8 f 6特征同f 5 正断层 f 7 位于交椅山一带，北西西向展布。 倾向南南西、近直立6 m( 导水断层) f 8 位于交椅山一带，北西向展布。倾向南两、近直立 5 m 堆场内节理裂隙较发育，主要为走向北东、南北和北西向三组节理，产状为3 4 5 0 z s o o 、 3 1 6 0z 8 5 0 、2 7 2 。_ 8 1 0 、5 0 。 8 2 。和8 1 0 8 5 。等，其延伸较长，常切过l ；同岩层，局部地 段节理线密度达6 1 2 条m 。 二、地震 根据勘察资料，依据中国地震动参数区划图( g b l 8 3 0 6 2 0 0 1 ，1 ：4 0 0 万) 区内地 震动峰值加速度为o 0 5 9 ，地震动反应谱特征周期为0 3 5 s ，地震基本烈度为度。 1 4 贵州大学硕七学位论文 第五节水文地质条件 堆场区位于乌江右岸支流潮水河和养龙司河的分水岭地带，汇水面积38 k m 2 ，大气降水 是土要补给来源，受水动力条件、可溶岩和非可溶岩地层和f 3 、f 4 导水断层的控制，可划 分为二个水文地质单元，即岩溶裂隙管道含水单元、基岩裂隙水含水单元和松散堆积层孔隙 水含水单元。 1 、岩溶裂隙管道含水单元 赋存于茅草铺组第四段( t l m ) 和松子坎组( t 2 s ) 自云岩、灰岩舍水层中。其中赋存 丁茅草铺组的主要为岩溶裂隙管道水，含水极不均匀大气降水、地表水由岩溶洼地和落水 洞注入下渗，地r 水由两向东径流，受f 3 、f 4 导水断层控制，沿f 3 断裂带( 导水通道) 向，i h 径流排泄。据区域水文地质资料，该含水单元受乌江排泄基面控制，地f 水埋深 5 0 m ， 堆场及其尔部养龙司河一带朱见该单元地下水出露。该单元是堆场渗漏区段，其中w 1 ) i 洼地、 i1 ) 卜、一ii ) 4 落水州驯f 3 、f 4 导水断层为堆场岩溶强渗漏带。见附图。 2 、j 7 裂隙水含水单元 j7 _ i = f 裂隙管道禽水单元之上的为基岩裂隙水含水单元。主要是赋存于松子坎组一段 ( + 1 1 2 x 。) f 1 云岩、灰岩中裂隙水，受泥岩相对隔水层限制，水文联系局限，补给条件有限， 地l - k 埘深一般在l o 2 0 m ，由于含、隔水层互层，地下水具有半承压性，堆场内未见该地 f 水涌出，在勘探中的钻孔揭露了该地下水，1 5 日流量观测，q = 0 3 0 0 1l s 。其次是赋存 于松子坎组泥岩、泥质白云岩及泥灰岩强风化带中的上层滞水受节理裂隙控制，地卜水水 位在高山处较高，地势较低处水位较低，一般埋深在o f i m ，并与第四系孔隙水一起常形成 众多t - 降泉，流量一般在o o2l s 间，受季节影响，动态变化人，多数在枯季断流或干枯 ( 见表2 ) 。该单元地下水从山体高处向低处主要呈南东径流排泄，汇入养龙司河( 当地排 泄基面) 。 此外断层破碎带赋存裂隙水，因其渗透性和导水性较好，其中f 3 、f 4 断层带构成岩 溶管道水。 3 、松散堆积层孔隙水含水单元 赋存丁第四系坡积、崩塌堆积层中的孔隙水，下降泉流量o o1 胁，由丁补给范罔有 限，介质渗透性强，水量季协性变化大，多数在枯季干枯。 堆场水文地质条件较复杂。整个建殴用地( 库区) 位于沟谷带上，在地势较低处地r 水出 豫点( r 阡泉) 较多，但水量较小，对磷石膏堆场的影响不大。见附图、表2 和照片2 。 照片1 堆场中的山塘水库照片2f 阶泉( 风化裂隙水) 贵州大学硕l 学位论文 表2泉点统计表 编号位置类型高程( m )流量( l s )出露地层 s 1方家坪北东3 0 0 m9 2 3o 1 5 s 2副坝2 东1 6 0 m f 3 断层带9 1 5o 0 lt 2 s h s 3上9 1 9o 0 1 s 4方家坪南东2 5 0 m8 9 2o 2 q s 5方家坪南南东5 2 0 m9 4 6o 1 s 6方家坪南南东6 2 0 m9 5 lo 1丁2 s h s 7方家坪南南东6 8 0 m9 4 1o 1 s 8 初始坝北东2 0 0 m 下降泉8 8 60 1 s 98 8 2o 2 q s 1 0 初始坝两侧 8 8 6o 3 s 1 l8 9 00 it 2 s 2 s l2 8 7 9o 20 1 ： 水ij ! ! j 北尔侧 8 8 9 0 3t 2 s 3 s “) 利坝i 北l i q 侧4 0 0 m 9 4 70 0 1t i i l l 2 4 s ： l 刊i ，i l j 、侧3 0 0 m 9 2 21 5t j m 2 1 根据堆场水样的水质检洲报告，按水利水电工程地质勘察规范( 6 8 5 0 2 8 7 - - 9 9 ) 附录 g 判别，地下水为h c 仉一c a 型水，该水质无氢盐、碳酸盐、硫酸盐、镁盐等侵蚀性。 第六节岩土工程地质特征 一、岩十构成 ( 1 )十- 层 耕植土( q ”。)灰色、褐色粘性土，为土壤层( 稻田) 含有机质及耕土，结构松散， 分m i 在堆场溪沟两侧及坡地，厚度0 5 m 1 4 5 m 。 红粘卜( q ”“。)茅草铺组( t l m 。2 ) 地层中的残积红粘土，土黄色，厚度02 m 3 2 m 。 枯1 ：( “1 )残坡积成因，黄色，为可塑状态，分布松子坎组一段( t 2 s 1 ) 地层的 冲沟及缓坡地带，厚度0l m 7 o m 。 崩塌堆积物( q “)分布在水l ：坝，面积约00 2 4 k m 2 ，厚度0 5 m 9 8 m 。为人块岩体、 块“、碎i i 夹粘十堆积体，透水性强。 ( 2 ) 基岩 根据堆场基岩露头调查及钻探岩芯鉴别，场地第四系l 二层f 面的基岩为三达系茅草铺组 第四段第二层( t i m 。2 ) 自云岩地层和松子坎组一段( t 2 s 。) 泥岩、泥质白云岩地层。 茅草铺组第四段第二层( t l m “) 灰色、浅灰色中厚厚层夹薄层白云岩，从场地东、 北面的付坝2 、付坝3 钻孔揭露及付坝3 附近道路开挖的岩质边坡可看出，强风化岩石受节 理裂隙影响，岩层极易形成碎块状，砂状，中等风化岩层完整性较好钻孔揭露岩芯，岩芯 采取率3 0 5 0 ，r o d 值o 1 5 ，岩芯早柱状、短柱状、碎块，单轴抗压强度平均值4 8 6 m p a ( 地表取样) ，为较便岩。 松子坎组一段( t 2 s 1 ) 深灰色、灰色中厚层泥岩、泥质白云岩、灰岩页互层，地表岩层 物理风化强烈，表现为崩解和开裂，钻孔揭露岩芯，中等微风化，细晶结构，岩芯呈氏柱 状、壮状、短柱块，岩芯采取率6 0 9 0 ，r q d 值为5 0 7 0 。泥岩、泥质白云岩岩芯1 2 2 4 小时后，即产生开裂。岩石单轴抗压强度平均值2 i m p a ，为较软岩。 二、岩体基本质量等级分类 1 6 贵卅l 大学颂j 二学位论文 综合地面调奁、钻探岩芯采取率、声波波速、完整系数和力学测试指标，按岩土工程 勘察规范( g b 5 0 0 2 l 一2 0 0 1 ) 中3 2 1 3 2 2 条，将场区内岩体基本质量等级划分为、 v 级。 j v 级：中等微风化，岩体平均波速7 p - 2 0 0 0 - 3 0 0 0 m s ，局部v p 3 0 0 0 m s ，完整系 数0 5 0 7 5 ，局部 o 7 5 ，岩石单轴抗压强度平均值( f r ) 2 1 4 86 m p a 。中等微风化的 t 1 m 。2 自云岩和t 2 s 1 泥岩、泥质自云岩。 v 级：强风化，岩石中节理裂隙十分发育及岩石崩解和开裂，岩体平均波速v p i 5 w d 49 6 04 0 6 0 8 w d 59 6 56 0 5 03 w d 6椭圆状9 6 33 0 4 52 场地外 w d 7 9 0 64 5 5 5 4 w d 89 0 7 3 5 6 0 3 w d 99 1 36 5 1 0 03 w d l 0 近圆形 9 1 85 0 5 53 l d l 圆形 8 8 81 03 l d 28 8 61 52 场地内 l d 3 椭圆状 8 9 8 l o 2 5 5 l d 4 近圆形 8 9 8 2 0 8 贵卅l 大学硕士学位论史 照片lw d l 洼地 片3l d 4 落水洞 照片2l d i 落水洞 在对堆场勘探钻探过稗中，付16 、付卜7 、付3 - 2 钻孔遇溶洞，发育特征见表4 。溶 洞一般规模较小，对坝、库有渗漏影响，应作防渗处理。 表4钻孔溶洞特征表 i 编号类型 深度 项板厚度洞高 ( m )( m ) 充填情况 处理建议 ( m ) f 付卜6 溶洞 7 0 2 2 01 6 0 粘士充填佧防渗处理 【付卜7溶洞 4 4o 8 00 8 0 粘土充填作防渗处理 付3 2溶洞31 1 1 00 3 0 粘土充填 作防渗处理 付3 2溶洞 7 53 4 01 0 0 粘土充填作防渗处理 第八节地质灾害评估 一、地质灾害现状 堆场场区主要为缓坡、冲沟谷地地形地貌。基岩裸露程度一般，出露岩层主要为中薄层 状泥岩和白云岩。各坡体较为宽缓，山体稳定性好。未见滑坡、崩塌、地裂缝、岩溶地面塌 陷、地面不均匀沉降和泥石流等地质灾害。 调查表明，场区内现状地质灾害不发育。但是存在岩溶洼地及隐伏岩溶导致地面塌陷等