廢棄礦山破損山體危險(xiǎn)性分析及復(fù)綠設(shè)計(jì)

劉 光 磊

(中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

廢棄礦山破損山體危險(xiǎn)性分析及復(fù)綠設(shè)計(jì)

劉 光 磊

(中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

結(jié)合工程實(shí)例，對破損山體的高陡邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了危險(xiǎn)性分析，確定了邊坡不穩(wěn)定段，提出了相應(yīng)的邊坡治理方案，并選擇了適合廢棄礦山復(fù)綠設(shè)計(jì)的方法，為今后類似工程提供借鑒。

廢棄礦山，破損山體，邊坡穩(wěn)定性，復(fù)綠設(shè)計(jì)

0 引言

采礦或取土廢棄地就是人類劇烈干擾下的一種特殊環(huán)境類型，是人類為獲得礦產(chǎn)資源而對土地或山體進(jìn)行劇烈改造的區(qū)域。開采前，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)通過生物之間、生物與環(huán)境之間的相互作用和系統(tǒng)內(nèi)的自我組織、自我調(diào)整達(dá)到了相對穩(wěn)定狀態(tài)，具有正常的生產(chǎn)功能和自我保護(hù)功能[1]。開采后，大自然區(qū)域微系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到破壞，群落的改變超出了自然系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和物種的適應(yīng)范圍，由此導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的極度退化，使用功能和美學(xué)價(jià)值的嚴(yán)重缺失。同時(shí)破損山體人為形成高陡邊坡，極易發(fā)生工程地質(zhì)災(zāi)害，危及周邊建筑物以及人員安全，為了防止此類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生以及周邊生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，急需對此類人為地質(zhì)破壞區(qū)域進(jìn)行治理，隨著遼寧青山工程的開展，廢棄礦山治理工作提上日程，本文主要針對某一工程實(shí)例進(jìn)行了分析和治理設(shè)計(jì)。

1 工程概況

本工程位于大連市金州新區(qū)，屬于廢棄頁巖礦磚廠取土場，礦區(qū)(見圖1)需治理面積約20 000 m2。治理區(qū)地處暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，因受海洋影響，同時(shí)又具有一定海洋性氣候的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：四季分明，氣候溫和，空氣濕潤，季節(jié)明顯，降雨集中。最低溫度-23.6 ℃；最高氣溫38.2 ℃。年平均降水量約為600 mm。最高年份1 053 mm，最低年份263 mm，多集中在7月～9月。區(qū)內(nèi)為低山丘陵區(qū)，最高點(diǎn)高程值為59 m，最低14 m，最大邊坡高度達(dá)到30 m以上，邊坡高度變化較大。頁巖礦均為巖質(zhì)邊坡，但是上面覆蓋一定厚度的粘土體。

該區(qū)域的地震活動(dòng)頻度及強(qiáng)度相對較高。歷史上共記載有6級(jí)地震(1861年)1次，5.5級(jí)(1855年)和5.25級(jí)(1856年)地震各1次，4.75級(jí)(1934年)地震1次。其中1861年地震震中位置距離治理區(qū)不足1 km。自1990年遼寧省地震臺(tái)網(wǎng)建立以來，共記錄ML1.8級(jí)以上地震437次，表明這一地區(qū)目前仍保持較強(qiáng)的地震活動(dòng)趨勢。

治理區(qū)原為頁巖礦及紅磚廠取土處，由于受到人類采石的強(qiáng)烈干預(yù)，產(chǎn)生大量取土鑿巖的人為陡坎(如圖1所示)，植被發(fā)育情況較差，導(dǎo)致山體殘缺及功能缺失，原有山體受力自平衡體系被破壞，巖體裂隙發(fā)育，加大了創(chuàng)面周圍特別是表層的不穩(wěn)定性，極易發(fā)生巖崩和滑坡危險(xiǎn)并形成安全隱患，已對周圍生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重破壞。

本文針對廢棄礦區(qū)首先進(jìn)行安全分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邊坡治理設(shè)計(jì)及邊坡復(fù)綠設(shè)計(jì)，以便于消除工程地質(zhì)災(zāi)害并改善周邊生態(tài)環(huán)境。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

礦區(qū)地層產(chǎn)狀存在不穩(wěn)定區(qū)，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，邊坡基巖主要由中等風(fēng)化灰?guī)r和強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r組成，上覆一定厚度粘土體穩(wěn)定性差，危險(xiǎn)性較高。

為保證廢棄礦區(qū)邊坡安全，對治理區(qū)域邊坡進(jìn)行區(qū)域劃分，分為Ⅰ，Ⅱ段，其中各段又分為6個(gè)或7個(gè)亞段進(jìn)行安全評價(jià)。邊坡安全評價(jià)主要采用邊坡穩(wěn)定性分析，分析方法大致可以分為以下幾類：定性分析方法、定量分析方法、非確定性分析方法、物理模擬方法。

本工程采用工程上應(yīng)用較多的成熟軟件理正巖土軟件進(jìn)行安全性分析，本軟件可以考慮張裂隙、裂隙水、地震等外部作用對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定的影響。

根據(jù)GB 50011-2010建筑工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[2]，場地抗震設(shè)防烈度為7度，據(jù)GB 18306-2001中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，區(qū)內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖附錄D》，區(qū)內(nèi)對應(yīng)的地震基本烈度為7度。分別對原始邊坡和削坡后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1和表2。

表1 原始邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

表2 削坡后穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

3 廢棄礦區(qū)邊坡治理及復(fù)綠設(shè)計(jì)

3.1 邊坡治理

由邊坡安全分析可知，該工程破損高陡邊坡存在極大的安全隱患，需進(jìn)行邊坡治理設(shè)計(jì)。目前，常用的邊坡治理大致可分為工程護(hù)坡和生物護(hù)坡兩種方法。幾種邊坡治理的方法，如三維植被網(wǎng)、噴混植生、格構(gòu)護(hù)坡、錨噴支護(hù)等。由于本工程高陡邊坡是人為形成，邊坡坡度超出安全需求，因此在本工程邊坡治理中首先采取不穩(wěn)定邊坡區(qū)域的削坡卸載，如圖2和圖3所示，對高度不超過10 m的中矮邊坡和高度大于10 m的不穩(wěn)定段分別采用單一坡和臺(tái)階坡形式進(jìn)行削坡卸載，并在邊坡坡腳處設(shè)計(jì)護(hù)坡?lián)跬翂?，削坡后采取錨釘掛網(wǎng)工程防護(hù)加固措施(錨釘間距1 000 mm,直徑16 mm主錨釘深度為1.5 m，次錨釘深度為1 m，掛網(wǎng)采用鍍鋅低碳鋼絲)以保證邊坡安全。

3.2 邊坡復(fù)綠設(shè)計(jì)

本廢棄礦區(qū)邊坡復(fù)綠采用混合植物團(tuán)粒噴播方法，綠化植物種類主要選擇耐旱、耐瘠薄、生命力頑強(qiáng)、綜合抗性較強(qiáng)的荒山造林先鋒植物。植被復(fù)綠工程可以選用表3所列植物種類，包括刺槐、火炬樹、臭椿等混合物。將一定比例的種子與土壤培養(yǎng)基混合，均勻噴播在土壤培養(yǎng)基表層。所選用植物材料的根系都具有較強(qiáng)的萌蘗能力，能適應(yīng)惡劣的邊坡環(huán)境條件。噴播使用的土壤培養(yǎng)基主要由粘質(zhì)土、有機(jī)質(zhì)添加料、土壤添加劑及必要的緩釋肥料構(gòu)成。土壤添加有機(jī)質(zhì)添加料，除了起到增肥、保肥、保水、透氣的作用外，還能提高土壤養(yǎng)分的有效性，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，為培養(yǎng)基中的微生物生長提供適宜環(huán)境[3]。噴播作業(yè)時(shí)，分層在坡面上噴播，培養(yǎng)基的上層部分加入選用的植物種子，設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基總體厚度為6 cm～8 cm。對削坡后的巖基邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴播，由于本工程邊坡高度變化較大，噴播復(fù)綠設(shè)計(jì)如圖2和圖3所示。

表3 邊坡山體綠化植物種類選擇

名稱發(fā)芽率/%科屬形態(tài)特征根系特征生態(tài)特性刺槐≤80豆科刺槐屬落葉大喬木根淺,放射成網(wǎng)狀伸展固氮、速生樹種火炬≤60漆樹科鹽膚木屬落葉大喬木根淺但發(fā)達(dá),萌蘗性強(qiáng)護(hù)坡、固堤能力強(qiáng)馬棘≤80豆科木籃屬落葉灌木根系發(fā)達(dá)固氮、固坡樹種紫穗槐≤85豆科紫穗槐屬落葉灌木根系發(fā)達(dá),萌蘗力強(qiáng)固氮、水土保持能力強(qiáng)臭椿≤65苦木科臭椿屬落葉大喬木根系較深荒山造林先鋒樹種小冠花≤95草本豆科落葉灌木根系發(fā)達(dá),再生能力強(qiáng),水平方向蔓延胡枝子≤95豆科胡枝子屬落葉灌木根系發(fā)達(dá)固氮能力強(qiáng)

4 結(jié)語

廢棄礦山治理工程是一項(xiàng)涉及多種學(xué)科領(lǐng)域的綜合性工程，通過本工程實(shí)例的破損山體邊坡危險(xiǎn)性分析可知，高陡邊坡在汛期降雨影響及潛在地震影響下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)不滿足安全要求，極易發(fā)生邊坡滑塌危險(xiǎn)，在破損山體邊坡治理設(shè)計(jì)中可綜合運(yùn)用削坡、掛網(wǎng)及錨桿相結(jié)合方法進(jìn)行邊坡處理，并結(jié)合植物噴播技術(shù)進(jìn)行邊坡復(fù)綠施工，既可消除廢棄礦山安全隱患又可以實(shí)現(xiàn)山體生態(tài)環(huán)境改善。

[1] 龍花樓.采礦跡地景觀生態(tài)重建的理論與實(shí)踐[J].地理科學(xué)進(jìn)展,1997,4(16):68-74.

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3] 張俊華,常慶瑞,賈科利,等.黃土高原植被恢復(fù)對土壤肥力質(zhì)量的影響研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2003(4):38-41．

Danger analysis and greening design for damaged mountainside of abandoned mine

LIU Guang-lei

(ChinaRailway19thBureauGroup2ndCo.,Ltd,Liaoyang111000,China)

The slope stability analysis of high damaged mountainside for a typical engineering example was analyzed is to find the unstable region. The corresponding slope control method and suitable greening design method were put forward in the text, which provides reference for similar projects in the future.

abandoned mine, damaged mountainside, slope stability, greening design

1009-6825(2014)22-0065-02

2014-05-08

劉光磊(1981- )，男，工程師

TD325.1

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