生態(tài)型護坡在礦山中的應用

亢建民 母傳偉 樊志剛 李盛華

(1.鞍鋼集團鞍山礦業(yè)公司東鞍山鐵礦；2.中冶沈勘秦皇島工程技術有限公司；

3.本鋼設計研究院有限責任公司；4.河南安鋼集團舞陽礦業(yè)有限責任公司)

生態(tài)型護坡在礦山中的應用

亢建民1母傳偉2樊志剛3李盛華4

(1.鞍鋼集團鞍山礦業(yè)公司東鞍山鐵礦；2.中冶沈勘秦皇島工程技術有限公司；

3.本鋼設計研究院有限責任公司；4.河南安鋼集團舞陽礦業(yè)有限責任公司)

在分析生態(tài)護坡作用的基礎上，分別對傳統(tǒng)護坡、常規(guī)植物護坡以及新一代生態(tài)型護坡進行了討論，并對植被混凝土的配方原則及其功能進行了探討，為相關應用提供參考。

生態(tài)型護坡 植草護坡 植被混凝土

隨著礦山開采規(guī)模的越來越大，礦山在露天采場、運輸?shù)缆?、排土場、尾礦庫、選礦廠等各類工業(yè)場地中形成了各種類型的邊坡，各類邊坡面積占整個礦山占地面積的20%～35%，邊坡防護工程在礦山生產(chǎn)中意義重大[1-2]。傳統(tǒng)邊坡防護措施大都采用混凝土或砌石擋墻等硬質(zhì)護坡結構形式，僅有加固作用而對恢復生態(tài)毫無幫助。生態(tài)型護坡除了具有邊坡防護功能外，還具有生態(tài)功能和美化環(huán)境的效果。

1 生態(tài)型護坡的作用

(1)加固植物根系。護坡植物根系穿過坡體的風化破碎帶扎入基巖，相當于預應力錨桿將坡面固定于邊坡下部基巖上，對邊坡土體起到了加固作用。草根相當于三維加筋混凝土，草根的張拉限制了土體的側(cè)向變形，植物根系在土壤中盤結，使邊坡面層在其延伸范圍內(nèi)成為土與草根的復合體。

(2)降低坡面下孔隙水壓力。坡體的穩(wěn)定性與坡面下孔隙水壓力關系密切。護坡植物的吸收和蒸騰作用，散發(fā)坡面下過多的水分，降低孔隙水壓力，提高邊坡體抗力，有利于坡體的穩(wěn)定。

(3)截留降雨，削弱濺蝕。坡面植被能夠攔截高速下落的雨滴，抑制地表徑流并削弱雨滴濺蝕，大氣降雨在到達坡面之前被植被截留，蒸發(fā)到大氣或下落至坡面，可以有效減少坡面土體流失。

2 護坡形式

2.1 傳統(tǒng)硬質(zhì)護坡

礦山常用的傳統(tǒng)硬質(zhì)護坡形式見表1?？傮w來講，傳統(tǒng)硬質(zhì)護坡能夠有效形成邊坡的防護面，但缺乏生態(tài)因素，缺少植物生長條件，不具有綠化和環(huán)保的功能。

表1 傳統(tǒng)硬質(zhì)護坡形式

2.2 常規(guī)植物護坡

礦山常規(guī)植物護坡形式的選擇和設計應綜合考慮當?shù)貧夂?、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、邊坡高度、環(huán)境條件、施工條件、材料來源以及工期等因素，路基邊坡防護工程應與道路周圍環(huán)境景觀相協(xié)調(diào)，有條件時宜采用植被綠化護坡形式。礦山中常規(guī)植物護坡形式見表2。表2中的邊坡防護措施不適用于邊坡穩(wěn)定性不足以及位于浸水、滑坡、泥石流、多年凍土、軟土、液化土、膨脹土、濕陷性黃土等不良地質(zhì)條件的邊坡治理。

2.3 新一代生態(tài)型護坡

2.3.1 錨網(wǎng)壓噴植草護坡

(1)技術特點。在巖質(zhì)邊坡上鋪掛柔性金屬網(wǎng)，利用噴混機械將種植基材混合物(包括植壤土、肥料、有機質(zhì)、保水材料、水泥改良劑及植被種子)加壓噴射到坡面，通過水泥黏結形成硬化體。植物在基材上長出后，根系與金屬網(wǎng)盤結在一起，實現(xiàn)對邊坡坡面的防護。該類護坡造價低廉、工序簡單、施工迅速、坡面植物種植均勻。

表2 常規(guī)生態(tài)型護坡形式

(2)適用條件。適用性強，可用于各種開挖巖體坡面。

(3)施工方法。邊坡修整→掛網(wǎng)并安裝錨桿→噴混→鋪設無紡布→養(yǎng)護。

2.3.2 三維網(wǎng)壓噴植草護坡

(1)技術特點。該技術是一項復合型防護技術，集坡面加固和植物防護于一體。土工三維網(wǎng)起到加固邊坡、保持土壤的作用，坡面逐漸被長出的植物與土工網(wǎng)共同防護，效果良好，工程措施簡單，適應性強。

(2)適用條件。適用于穩(wěn)定易風化軟巖邊坡，特別適用于處理高陡邊坡甚至直立邊坡。

(3)施工方法。清理邊坡坡面→挖楔形溝→施工錨桿→溝土回填→“U”形釘固定三維網(wǎng)→錨桿安裝→覆土并噴水濕潤→壓噴草籽種植土→鋪設無紡布→養(yǎng)護。

2.3.3 土工格室三維網(wǎng)壓噴植草護坡

(1)技術特點。在坡面掛土工格室，內(nèi)置三維網(wǎng)，充填種植土，液壓噴播植草。該技術處理的邊坡受力均勻，可充分疏散邊坡徑流，減緩邊坡雨水沖刷，具有工序簡單，造價適中，整齊美觀的特點。

(2)適用條件。適用于坡度1∶0.3～1∶0.5的泥巖、砂巖和灰?guī)r穩(wěn)定邊坡，一般用于填方邊坡的防護。

(3)施工方法。整理坡面→打孔裝頂部固定釘→掛土工格室并灌漿插錨桿→安裝底部固定釘→格室間連接→格室內(nèi)填土→鋪三維網(wǎng)并固定→液壓噴播→鋪無紡布→養(yǎng)護。

2.3.4 混凝土骨架、土工格柵壓噴植草護坡

(1)技術特點。以現(xiàn)澆鋼筋混凝土錨梁為骨架，錨桿嵌入邊坡深部巖體，同時結合土工格柵和壓噴植草形成綠化護坡面。

(2)適用條件。適用于處理坡度為 1∶0.5～1∶0.75的深層穩(wěn)定巖石邊坡。

(3)施工方法?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土錨梁→錨桿施工→施工土工格柵→填土噴淋→液壓噴播→鋪設無紡布→養(yǎng)護。

2.3.5 蜂巢式植草網(wǎng)格護坡

(1)技術特點。將幾何形狀的植草磚拼鋪成蜂巢式植草網(wǎng)格，在網(wǎng)格內(nèi)充填種植土并種植草籽形成綠化邊坡。

(2)適用條件。適用于處理坡度不陡于 1∶0.75 的穩(wěn)定巖石邊坡。

(3)施工方法。錨桿及框架梁施工→框架內(nèi)鋪設植草磚→填土并撒播草籽→養(yǎng)護。

2.3.6 客土植生帶護坡

(1)技術特點。人工制作植生帶，自上而下結構為防護網(wǎng)+防水纖維層+種子、肥料、土壤、改良劑、保水劑+無紡布，根據(jù)地質(zhì)和氣候條件進行基質(zhì)和種子配方。該技術具有工藝簡單，造價低，施工速度快的特點。

(2)適用條件。適用于處理常規(guī)條件下無法植草的巖石邊坡。

(3)施工順序為。人工清坡→等間距鋪設植生帶→鐵絲固定→壓噴種植土→覆蓋無紡布→養(yǎng)護。

2.3.7 纖維植草護坡

(1)技術特點。采用植物秸桿粉碎后制成纖維與種植土、草籽、肥料膠結壓噴坡面形成植物護坡。該技術初期防護功能好，耐雨水沖刷，但抗旱性能差，造價較高。

(2)適用條件。適用于處理后期有噴淋養(yǎng)護條件，坡度不大于1∶0.75 的巖石或土質(zhì)邊坡。

(3)施工順序。植物秸桿粉碎制成纖維→與種植土、草籽、肥料膠結→壓噴坡面→養(yǎng)護。

3 生態(tài)型護坡中的植被混凝土技術

3.1 植被混凝土技術

植被混凝土技術是生態(tài)型護坡技術的核心，通過將植物種子摻入特定配方的混凝土中，噴射坡面并結合掛網(wǎng)錨固措施來實現(xiàn)邊坡防護。該技術是一門綜合環(huán)保技術，集巖土力學、化學、生物學、土壤學、肥料學、園藝學和環(huán)保學等多門學科于一體。在實際應用中，應根據(jù)邊坡角度、邊坡巖體特性等來確定水泥、種植土、腐殖質(zhì)、保水劑、混凝土添加劑及混合植綠種子的比例，根據(jù)邊坡所在地的氣候條件選用冷季型草種或暖季型草種。該技術具體操作流程：采用錨桿或錨釘將防護網(wǎng)固定于邊坡坡面，將水泥、種植土、腐殖質(zhì)、保水劑、混凝土添加劑及混合植綠種子按一定的比例攪拌，采用噴射機將種植基材噴射到坡面形成一定厚度，覆蓋無紡布，灑水養(yǎng)護一段時間，草籽發(fā)芽逐漸覆蓋坡面形成綠色植物護坡。

3.2 植被混凝土配用材料及功能

植被混凝土應滿足的要求有：①為護坡植物提供良好的生長條件，應具備保水性和營養(yǎng)供應；②保證混凝土拌合物的和易性和黏聚性，方便壓噴施工；③保證一定的強度，不易掉落或破壞。

根據(jù)邊坡的防護要求，防護網(wǎng)可用柔性網(wǎng)或剛性網(wǎng)，柔性網(wǎng)一般選用塑料、鐵絲，剛性網(wǎng)一般選用鋼筋，錨桿和防護網(wǎng)共同組成護坡的骨架。植被混凝土護坡一般采用水泥作為膠結材料；種植土采用沙質(zhì)土，透氣性好，對護坡草生長有利；植被混凝土可添加刨花、稻殼等有機材料為植物提供養(yǎng)分，同時也可提高植被混凝土初期拌合的和易性和后期的保水性，提高孔隙率和透氣性，有利于植物生長。植被混凝土配方材料主要為種植土、腐殖質(zhì)、有機材料和膠結劑，其含量大于80%，是決定植被混凝土性質(zhì)的主要因素；有機材料影響植被混凝土成品的保水性、透氣性和營養(yǎng)供應，其適宜含量為8%～15%，有機材料成分偏高會使得混凝土黏聚力降低、孔隙率偏大、強度降低，保水效果降低。水泥摻量為10%～25%，在保證抗壓強度不低于15kPa的前提下，盡可能減少用量。綠化添加劑成本較高，不宜過多添加，在確保能夠滿足植物生長要求的前提下，含量應控制在2%以內(nèi)。

4 結 語

生態(tài)型護坡是一種結合錨固、加筋和黏結作用，為護坡植物提供生存條件，通過降低坡面下孔隙水壓力、截留降雨、削弱濺蝕、減少土體流失，形成工程與植物相結合的邊坡防護體系。在深入分析幾類護坡形式的基礎上，探討了植被混凝土配用材料及功能，對于實現(xiàn)各類礦山邊坡的有效治理具有一定的借鑒價值。

[1] 鄭穎人.巖質(zhì)邊坡破壞機制有限元數(shù)值模擬分析[J].巖石力學與工程學報，2003，22(12)：1943-1952.

[2] 張俊云，周德培，李紹才.厚層基材噴射種植基的物理特性[J].巖石力學與工程學報，2001(S)：1010-1014 .

2015-01-15)

亢建民(1972—)，男，副礦長，高級工程師，114041 遼寧省鞍山市千山區(qū)。