黃石市江南建材總廠二車間采石場(chǎng)邊坡復(fù)綠成功經(jīng)驗(yàn)探討

陶海寧，馮劼東，陳伯恒，柳慧杰

(湖北省地質(zhì)局冶金地質(zhì)勘探大隊(duì)，湖北黃石 435000)

黃石市位于湖北省東南部，長(zhǎng)江中下游南岸，是中國中部重要的原材料工業(yè)基地和港口城市。黃石市礦產(chǎn)資源豐富，金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量占全省的60%以上，但是由于多年超強(qiáng)度的礦產(chǎn)開采，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞極嚴(yán)重，持續(xù)發(fā)展壓力增大，不僅制約了城市規(guī)劃，也制約了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，成為湖北省礦山地質(zhì)環(huán)境問題最嚴(yán)重的地區(qū)。2008年和2009年，黃石市及其下轄的大冶市均被評(píng)為全國資源枯竭型城市。

鑒于黃石地區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境問題的嚴(yán)重性和治理的必要性，2010年起，財(cái)政部和國土資源部先后下達(dá)大量資金對(duì)黃石礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行治理，治理對(duì)象主要是采石場(chǎng)邊坡、煤矸石山、采空區(qū)、金屬礦山露采坑、排土場(chǎng)等。其中對(duì)采石場(chǎng)邊坡采用了多種復(fù)綠方法，效果差別很大。在這些采石場(chǎng)中，黃石市江南建材總廠二車間采石場(chǎng)邊坡復(fù)綠施工以后取得了良好的效果。

1 邊坡地質(zhì)環(huán)境概述

1．1 交通地理位置

黃石市江南建材總廠二車間位于黃荊山脈北側(cè)，西距發(fā)展大道約250 m，發(fā)展大道呈南北向分布，采場(chǎng)有簡(jiǎn)易公路與之相連，交通極為便利;地理坐標(biāo):東經(jīng)114°58'18″，北緯 30°10'37″。該區(qū)北側(cè)為廠區(qū)和居民居住區(qū)，地勢(shì)平坦;南側(cè)為黃石市江南建材總廠一車間采石場(chǎng)，見圖1。

圖1 采石場(chǎng)交通位置圖Fig．1 Traffic position of quarry

1．2 地形地貌

該區(qū)屬丘陵地貌，地勢(shì)南高北低，南側(cè)為黃荊山山體，山體走勢(shì)呈東西走向，原始地形坡度25°～40°。由于礦山開采形成采石場(chǎng)邊坡，開采面平面形態(tài)呈弧形，主采面總體走向近東西向。邊坡后緣中部有一沖溝，沖溝走向近南北向，雨季常形成水流沿邊坡面流下。邊坡底盤北側(cè)堆積有廢石堆，形成廢石堆邊坡，邊坡下部為道路和民房。

1．3 地層巖性及構(gòu)造

區(qū)內(nèi)出露的地層主要為三疊系下統(tǒng)大冶群第五段﹙T1dy5﹚厚—巨厚層狀含生物碎屑灰?guī)r白云質(zhì)灰?guī)r，灰質(zhì)角礫巖;該層主要分布于采場(chǎng)南側(cè)，巖石裸露地表，巖層產(chǎn)狀為160°∠32°。

人工堆積廢渣堆有3處，主要分布在采場(chǎng)北側(cè)的斜坡地帶，廢渣堆走向近東西向，厚度為1～3．5 m，廢渣成分主要為粉質(zhì)粘土和塊石，塊石成分為灰?guī)r，塊徑大小不均，一般為0．2 ～0．5 m，土石比為6∶4 ～7∶3。

第四系殘坡積主要分布于采場(chǎng)北側(cè)，粉質(zhì)粘土夾碎石，厚度0．5 ～1．5 m，土石比為 7∶3。

采石場(chǎng)位于黃荊山向斜北翼西側(cè)，黃荊山向斜軸向北凸出呈“S”形，軸面傾向南，核部地層為大冶群第四—七巖性段，南翼地層由下三疊統(tǒng)—志留系組成，地層傾向北，傾角30°～40°，北翼地層由大冶群第一—第三巖性段組成，傾向南，傾角30°～40°，由于多條斷裂切錯(cuò)，向斜被分成數(shù)段，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造［1］。

1．4 水文地質(zhì)條件

由于本區(qū)地勢(shì)較高，坡面較陡，降雨所形成的地表徑流很快沿坡面流入附近低凹處。地表巖溶發(fā)育，富水性較強(qiáng);屬裂隙溶洞含水巖組。但由于位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以上，在雨季裂隙發(fā)育部位含裂隙巖溶水。人工堆積廢渣堆和第四系殘坡積結(jié)構(gòu)松散，屬透水不含水層。

1．5 工程地質(zhì)條件

邊坡巖體為中厚層灰?guī)r，坡體巖石和淺部巖石風(fēng)化程度較低，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，巖石單軸抗壓強(qiáng)度為47．8 ～55．6 MPa，硬質(zhì)巖石，巖石堅(jiān)硬，性脆，屬堅(jiān)硬中厚層狀中—強(qiáng)巖溶化碳酸鹽巖工程地質(zhì)巖組。邊坡巖石近地表處巖溶裂隙發(fā)育，局部形成“架空結(jié)構(gòu)”，導(dǎo)致巖石穩(wěn)定性較差。

人工堆積廢渣堆和第四系殘坡積結(jié)構(gòu)松散，呈松散—稍密狀，穩(wěn)定性較差，屬松散巖類工程地質(zhì)巖組。

2 邊坡基本特征

黃石市江南建材總廠二車間屬丘陵地貌。坡頂高程 +142．83 m，坡腳高程 +57．67 m，高差 58．16 m，邊坡總長(zhǎng)約645 m，開采面面積27 367．5 m2。坡體總體坡向345°，總體坡度 60°～85°，逆向坡。出露巖性為三疊系下統(tǒng)大冶群第五段白云巖，產(chǎn)狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均。

根據(jù)邊坡結(jié)構(gòu)類型、形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況及其組合關(guān)系與工程地質(zhì)特征差異性，將采石場(chǎng)邊坡劃分為五個(gè)區(qū)段，主要特征分述如下:

(1)Ⅰ區(qū)(東側(cè)邊坡)邊坡基本特征。Ⅰ區(qū)邊坡長(zhǎng)138 m，平面形態(tài)呈弧形，坡頂高程 +117．50 m，坡腳高程 +57．60 m，高差 59．9 m，該處邊坡總體坡向320°，中部以上坡度60°左右，以下坡度約45°左右，為反向邊坡。巖性為三疊系下統(tǒng)大冶群第五段白云巖，產(chǎn)狀160°∠32°。該區(qū)變形破壞目前主要是頂部破碎巖體崩塌掉塊。邊坡上部由于爆破震動(dòng)和卸荷作用，卸荷裂隙較發(fā)育，在卸荷回彈作用下，并在后期受風(fēng)化作用的進(jìn)一步改造，導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)破碎，易沿坡面產(chǎn)生滑塌墜石現(xiàn)象(照片1)。

照片1 Ⅰ區(qū)邊坡形態(tài)Photo 1 The first workshop quarry

(2)Ⅱ區(qū)(Ⅰ區(qū)與Ⅲ區(qū)間凸出)邊坡基本特征。Ⅱ區(qū)坡長(zhǎng)34．5 m，平面形態(tài)呈凸出狀，坡頂高程+94．50 m，坡腳高程 +57．36 m，高差 37．14 m，該處邊坡正坡面坡向290°左右，坡度約60°左右，為反向邊坡。巖性為三疊系下統(tǒng)大冶群第五段白云巖，產(chǎn)狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木。該區(qū)變形破壞主要是頂部破碎巖體在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下的崩塌掉塊。該區(qū)可能破壞模式及穩(wěn)定性情況同Ⅰ區(qū)邊坡相同(照片2)。

(3)Ⅲ區(qū)(西側(cè)邊坡)邊坡基本特征。Ⅲ區(qū)坡長(zhǎng)84 m，平面形態(tài)略呈弧形，坡頂高程+101．50 m，坡腳高程+57．28 m，高差 44．22 m，該處邊坡總體坡向290°，坡度約50°左右，為逆向邊坡。巖性為三疊系下統(tǒng)大冶群第五段白云巖，產(chǎn)狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木。該區(qū)為以風(fēng)化剝落為主的較穩(wěn)定區(qū)，頂部巖體多破碎成塊狀，在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下易發(fā)生崩塌掉塊。該區(qū)主要發(fā)育2組裂隙:L1產(chǎn)狀210°∠80°;L2 產(chǎn)狀 190°∠54°。

照片2 Ⅱ區(qū)邊坡形態(tài)Photo 2 The second workshop quarry

(4)Ⅳ區(qū)(采場(chǎng)中部偏西)邊坡基本特征。Ⅳ區(qū)坡長(zhǎng)327 m，平面形態(tài)呈直線形，坡頂高程最高+119．71 m，坡腳高程 +58．01 ～ +65．52 m，高差 77．31 ～84．82 m，該處邊坡總體坡向11°，坡度約65°左右，為逆向邊坡。巖性為三疊系下統(tǒng)大冶群第五段白云巖，產(chǎn)狀160°∠32°。該區(qū)主要發(fā)育 3組裂隙:L1產(chǎn)狀 120°∠80°;L2 產(chǎn)狀 190°∠54°;L3 產(chǎn)狀 95°∠71°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木，第四系厚度0．5 m左右。溶蝕現(xiàn)象較發(fā)育，坡頂部位多見溶溝、溶槽，頂部巖體多破碎成塊狀，在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下易發(fā)生崩塌掉塊。

該區(qū)可能破壞模式及穩(wěn)定性情況與Ⅲ區(qū)邊坡相同，特別是坡頂部位(標(biāo)高80 m以上)由于爆破震動(dòng)和卸荷作用，巖體中節(jié)理面有一定程度拉開，局部可能產(chǎn)生墜石掉塊。

(5)Ⅴ區(qū)(采場(chǎng)西部)邊坡基本特征。Ⅴ區(qū)坡長(zhǎng)61．5 m，平面形態(tài)略呈弧形，坡頂高程最高+128．81 m，坡腳高程 +66．49 m，高差 62．32 m，該處邊坡總體坡向58°，坡度約59°左右，為切向邊坡。巖性為三疊系下統(tǒng)大冶群第五段白云巖，產(chǎn)狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木，第四系厚度0．5 m左右。溶蝕現(xiàn)象較發(fā)育，坡頂部位多見溶溝、溶槽，該處邊坡中部有一近似垂直裂隙，由坡頂往下延伸，頂寬約0．5 m左右，往下逐漸消失，延長(zhǎng)約10 m左右。頂部巖體多破碎成塊狀，在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下易發(fā)生崩塌掉塊。

該位置節(jié)理裂隙發(fā)育情況與Ⅳ區(qū)邊坡相同，可能破壞模式同Ⅳ區(qū)邊坡。

3 治理工程方案

3．1 總體方案

治理工程總體布置如圖2。

Ⅰ區(qū)主要方案:局部危巖削方+坡面清方+客土噴播+擋墻+格賓網(wǎng)生態(tài)袋+覆土綠化;

Ⅱ區(qū)主要方案:坡面清方+保持自然景觀;

Ⅲ區(qū)危巖方案:局部危巖削方+坡面清方+客土噴播+擋墻+格賓網(wǎng)生態(tài)袋+覆土綠化;

Ⅳ區(qū)主要方案:局部危巖削方+坡面清方+綠化格柵+客土噴播+擋墻+覆土綠化;

Ⅴ區(qū)主要方案:局部危巖削方+坡面清方+客土噴播+擋墻+覆土綠化;

Ⅵ區(qū)(廢渣堆)主要方案:削方減載+坡面整形+擋墻+覆土綠化。

圖2 工程布置平面示意圖Fig．2 Plane schematic of engineering layout

3．2 分項(xiàng)綠化工程方案

其中主要的綠化工程設(shè)計(jì)如下。

3．2．1 綠化格柵

布置于Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)高程85 m以下，邊坡坡度多在70°以上，由于A采場(chǎng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ區(qū)地形坡度較陡但其高差不大，因此，在坡面清方后，采用綠化格柵進(jìn)行護(hù)坡綠化。

綠化格柵主要由錨桿、混凝土梁、混凝土預(yù)制板、回填生態(tài)袋裝種植土和植物組成。

格柵及預(yù)制板施工完成后，在格柵的預(yù)制板槽內(nèi)采用生態(tài)裝種植土、生物菌肥、復(fù)合肥進(jìn)行回填。

種植植物主要包括以下種類:

草種 護(hù)坡型羊胡子草、狗牙根、黑麥草白三葉、紫花苜蓿等。

灌木種 黃馨，紫穗槐，二色胡枝子，多花木蘭，云石等。

草種與灌木比例為4∶6。

在綠化格柵頂部以種藤類植物為主，要求種植生長(zhǎng)多年藤類植物，長(zhǎng)度≥3 m，嚴(yán)禁扦插種植，灌木冠叢≥20 cm。

3．2．2 格賓網(wǎng)生態(tài)袋

在Ⅰ區(qū)A型擋墻和廢渣堆B型擋墻外側(cè)堆設(shè)置格賓網(wǎng)生態(tài)袋擋墻。格賓網(wǎng)底寬1 m，高1．0 m。格賓網(wǎng)內(nèi)底部0．5 m裝填干砌塊石，上部0．5 m裝填生態(tài)袋，采用鑫三角GTX生態(tài)系統(tǒng)，其由兩個(gè)部分組成，即鑫三角GTX生態(tài)袋和鑫三角連接扣，GTX生態(tài)袋是可以填充碎石、土壤、基質(zhì)等多種土工材料、種植材料的無紡布袋，是高分子有機(jī)聚合物。草、花、灌木等植物種子可以通過混播、噴播、插播等方法加入袋中或袋表噴播，可迅速生長(zhǎng)綠化植物，并起到固土的作用;標(biāo)準(zhǔn)扣是用于連接GTX生態(tài)袋的固定連接器，使交錯(cuò)碼砌的生態(tài)袋之間形成穩(wěn)定的三角結(jié)構(gòu)，并通過整體材料的柔韌性達(dá)到自我修復(fù)的特性及穩(wěn)定性。

3．2．3 覆土綠化及景觀工程

在回填后采場(chǎng)內(nèi)以及整形后的廢渣堆坡面進(jìn)行覆土綠化，覆土厚度50 cm，按照當(dāng)?shù)厣锷L(zhǎng)習(xí)性，種植灌木，灌木樹種為刺槐。苗木栽植株行距均按2 m;樹苗應(yīng)采用二年生苗，要求胸徑4 cm，苗株高不低于100 cm，且頂芽飽滿，無病蟲危害和機(jī)械損傷;栽植前留干高80 cm截頂，栽植時(shí)做到根舒壓實(shí)，上面增一層松土成龜背形。

對(duì)Ⅳ區(qū)北側(cè)橢圓形孤山進(jìn)行削方，在其頂部形成一個(gè)標(biāo)高72 m的平臺(tái)，布置一個(gè)八角重檐亭，平臺(tái)四周設(shè)不銹鋼護(hù)欄。

3．2．4 CBS 基材生態(tài)護(hù)坡

CBS(植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù))基材是一種護(hù)坡新型植物生長(zhǎng)基材，由砂壤土、水泥、有機(jī)質(zhì)、CBS基材添加劑、混合植綠物種等組成，CBS基材生態(tài)護(hù)坡技術(shù)就是采用特定的CBS基材配方和種子配方，對(duì)各種類型的硬質(zhì)邊坡，坡度＞45°的各種高陡邊坡，以及受水流沖刷較為嚴(yán)重的坡體進(jìn)行生態(tài)防護(hù)的新技術(shù)(圖3)。布置于Ⅱ(A采場(chǎng)南側(cè)區(qū))和Ⅲ(南采場(chǎng)區(qū))。

3．2．5 種植池工程

在距坡頂邊緣線1 m處設(shè)置種植池，即可起到擋水作用，減輕大氣降水形成的坡面流對(duì)坡面的沖刷，同時(shí)種植紫藤、爬山虎、凌霄等藤類植物，以及相間種植黃馨、荊條和黃櫨等灌木［2］。種植池采取不對(duì)稱形截面設(shè)計(jì)，種植池寬0．5 m，外側(cè)池壁采用混凝土澆注，內(nèi)側(cè)池壁采用漿砌石砌筑，砂漿標(biāo)號(hào)M7．5，溝壁及溝底厚度均為0．3 m。

圖3 CBS(植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù))護(hù)坡結(jié)構(gòu)圖Fig．3 Structure diagram of CBS revement

3．2．6 養(yǎng)護(hù)工程

養(yǎng)護(hù)用水源通過管道引至坡腳(坡面平臺(tái))蓄水池，采取高壓水泵(揚(yáng)程160 m，功率18．5 kW)輸送到坡頂，供水主管采用Φ63 mm鍍鋅管，分管采用Φ50 mmPVC管，支管采用Φ32 mmPVC管，噴灌噴頭采用旋轉(zhuǎn)式全圓噴頭。設(shè)計(jì)噴頭與噴頭之間的縱橫間距均為25 m，噴射半徑為15 m，流量為2．62 m3/h。

4 施工效果

2011年7月該工程完成設(shè)計(jì)工作并進(jìn)行了施工招投標(biāo)，確定了施工、監(jiān)理單位，最終于2012年8月完成主體工程施工。該工程效果良好(照片3、照片4)，基本達(dá)到了坡面全面綠化的要求，綠化覆蓋率達(dá)100%。該工程成為全國一亮點(diǎn)工程，包括中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院、中國地質(zhì)大學(xué)等多家單位都前往考察、學(xué)習(xí)，交流經(jīng)驗(yàn)。

照片3 施工半年后效果Photo 3 The construction effect of six months

照片4 施工一年后效果Photo 4 The construction effect of one year

5 成功經(jīng)驗(yàn)探討

5．1 綠化技術(shù)方法選擇得當(dāng)

本工程根據(jù)不同的分區(qū)共選用綠化格柵、CBS基材生態(tài)護(hù)坡、格賓網(wǎng)生態(tài)袋、覆土綠化、爬藤植物上垂下爬等多種方法共同組合進(jìn)行綠化。其中主要綠化方法是綠化格柵+CBS基材生態(tài)護(hù)坡。

綠化格柵主要由錨桿、混凝土梁、混凝土預(yù)制板、回填生態(tài)袋裝種植土和植物組成，特別適合高坡度巖質(zhì)邊坡綠化，但是不宜應(yīng)用在30 m以上邊坡上。二車間采石場(chǎng)邊坡上緩下陡，下部30 m高度范圍內(nèi)坡度在70°以上，使用綠化格柵方法進(jìn)行綠化，可以減小削方量，同時(shí)取得良好的綠化效果。

CBS基材生態(tài)護(hù)坡技術(shù)主要采用由三峽大學(xué)獨(dú)立開發(fā)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的植被混凝土生態(tài)護(hù)坡綠化專利技術(shù)，由于它具有一定的強(qiáng)度和整體性能(能抵御110 mm/h的強(qiáng)暴雨的沖刷，不產(chǎn)生龜裂)，又是良好的植物生長(zhǎng)基材，能夠達(dá)到邊坡淺層防護(hù)、修復(fù)坡面營養(yǎng)基質(zhì)、營造植被生長(zhǎng)環(huán)境、促進(jìn)植被良好生長(zhǎng)的多重功效。此技術(shù)于2003年通過水利部科技鑒定，于2003年獲得湖北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2006年獲得湖北省科技推廣二等獎(jiǎng)，2008年評(píng)為水利部水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)推廣項(xiàng)目。應(yīng)用CBS基材生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的植被恢復(fù)工程近年來共完成百萬余平方米，經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)期和復(fù)雜環(huán)境的檢驗(yàn)，產(chǎn)生顯著的生態(tài)和社會(huì)效益。CBS基材生態(tài)護(hù)坡技術(shù)區(qū)別于客土噴射和掛網(wǎng)噴播技術(shù)在于其使用水泥作為基材粘結(jié)劑，因而CBS基材除了為良好的植物生長(zhǎng)基材外，根據(jù)水泥用量的不同，還具有一定的強(qiáng)度和良好的抗沖刷能力。

5．2 綠化植物選擇了當(dāng)?shù)剡m宜生長(zhǎng)的物種

在綠化植物選擇上，草種選擇護(hù)坡型羊胡子草、狗牙根、黑麥草白三葉、紫花苜蓿等混種，灌木選擇刺槐、黃馨、紫穗槐，二色胡枝子，多花木蘭等，所選品種均為適宜黃石地區(qū)生長(zhǎng)的植物［3］。

5．3 施工季節(jié)較佳

本工程綠化施工時(shí)正是春夏之交，為適宜植物生長(zhǎng)的季節(jié)，大大提高了綠化工程成功率。

5．4 養(yǎng)護(hù)得當(dāng)

工程設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)三年，施工單位施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，在坡面布置了噴灌系統(tǒng)并進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)，是綠化成功的必要因素。

6 結(jié)論

黃石市江南建材總廠二車間采石場(chǎng)位于黃石城區(qū)，黃荊山脈北側(cè)。主要礦山地質(zhì)環(huán)境問題為采石場(chǎng)邊坡破壞了原有的地形地貌景觀，治理工程主要目的是使邊坡復(fù)綠。方案設(shè)計(jì)時(shí)通過各種方面比選，最終確定危巖削方+坡面清方+綠化格柵+漿砌石擋墻+CBS基材生態(tài)護(hù)坡+植被綠化方案進(jìn)行綠化，最終施工效果良好，達(dá)到了原來的設(shè)計(jì)目的。

本項(xiàng)目綠化共選用綠化格柵、CBS基材生態(tài)護(hù)坡、格賓網(wǎng)生態(tài)袋、覆土綠化、爬藤植物上垂下爬等多種方法共同組合進(jìn)行綠化。其中主要綠化方法是綠化格柵+CBS基材生態(tài)護(hù)坡。綠化植物選擇了當(dāng)?shù)剡m宜生長(zhǎng)的物種。同時(shí)在植物適宜生長(zhǎng)的季節(jié)施工，輔以養(yǎng)護(hù)措施。多種因素的綜合作用，提高了本項(xiàng)目綠化成功率。

本項(xiàng)目的成功可作為灰?guī)r采石場(chǎng)高陡邊坡復(fù)綠工程的典型案例，其經(jīng)驗(yàn)可供同類型邊坡復(fù)綠工程借鑒。

［1］ 馮劼東，陳伯恒，陳堯堯，等．湖北省黃石市礦山地質(zhì)環(huán)境治理重點(diǎn)工程項(xiàng)目一期工程——黃石市江南建材總廠二車間采石場(chǎng)治理工程施工設(shè)計(jì)［R］．武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，2011．

［2］ 陸志敏，吳鵬敏，湯社平，等．廢棄采石場(chǎng)綠化樹種選擇及其配套技術(shù)研究［J］．浙江林業(yè)科技，2006，5(3):61-65．

［3］ 李小琴．淺談廢棄采石場(chǎng)的復(fù)綠技術(shù)［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，2(21):45．