高寒區(qū)釆動(dòng)山體邊坡生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

吳國璽，楊凱亮，李滿園，李彥克

（1.許昌學(xué)院城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院，河南 許昌 461000；2.花之都實(shí)業(yè)有限公司，河南 許昌 461000）

在水電工程及山地資源開發(fā)過程中，由于工程施工導(dǎo)致大量山體開挖與填埋，擾動(dòng)了原有地形地貌和原生植被，形成了釆動(dòng)山體邊坡。釆動(dòng)山體邊坡如果不及時(shí)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，就會(huì)使釆動(dòng)山體生物多樣性降低、水源涵養(yǎng)能力下降，從而造成水質(zhì)惡化、誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，加劇生態(tài)環(huán)境的惡化[1]。在礦區(qū)邊坡生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，袁磊等就高陡巖質(zhì)邊坡，提出了利用植物群落與地下生境進(jìn)行生態(tài)修復(fù)方法[2]，朱兆華等基于受損邊坡，給出了生態(tài)修復(fù)的工藝選擇、目標(biāo)群落設(shè)計(jì)與景觀重建的案例[3-4]，薛春曉等就寒區(qū)露天煤礦排土場(chǎng)邊坡生態(tài)修復(fù)進(jìn)行研究[5]。但是，傳統(tǒng)的邊坡治理技術(shù)雖然能夠地起到邊坡穩(wěn)固作用，卻難以恢復(fù)自然植被和生態(tài)系統(tǒng)功能，環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡脆弱。因此，結(jié)合高寒區(qū)釆動(dòng)山體，實(shí)施邊坡生態(tài)修復(fù)研究與設(shè)計(jì)，對(duì)恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能，具有非常重要的意義。

1 項(xiàng)目區(qū)概述

該項(xiàng)目位于西藏拉薩市堆龍德慶縣乃瓊鎮(zhèn)加木溝，距離拉薩市區(qū)西25km處東北臨拉薩河、青藏公路和青藏鐵路，南依大山，東望案山，北臨溪口（圖1）。屬拉薩河南岸河流階地，山體海拔3690m～3780m。該礦山以海相石灰?guī)r為主，是高爭(zhēng)水泥廠水泥生產(chǎn)的主要原料，屬于典型的高寒區(qū)釆動(dòng)山體。該礦山采用自上而下，臺(tái)階式開采，為一級(jí)安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化非金屬礦山。

2 釆動(dòng)山體環(huán)境因素分析

2.1 氣候特征

該項(xiàng)目位于青藏高原地區(qū)，屬內(nèi)陸高原溫帶半干旱氣候，全年多晴朗天氣，日照充足，空氣稀薄而且干燥。據(jù)拉薩氣象站資料，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫7.4℃，氣溫較低，冬季氣候寒冷，冬夏溫差在30。左右；多年平均降水量426.50mm，降雨稀少而集中在夏季，多年平均蒸發(fā)量2306.70mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量。

圖1 項(xiàng)目位置

圖2 釆動(dòng)山體地貌、植被特征

2.2 地貌條件

研究區(qū)地貌屬構(gòu)造剝蝕山地，山頂海拔3780m，切割深度小于100m。山頂呈尖棱狀，山坡陡峻，一般40?！?0。，山脊呈鋸齒狀，石峰發(fā)育。干濕交替和凍融循環(huán)對(duì)巖土物理力學(xué)性質(zhì)影響顯著。由于降水集中，使得區(qū)內(nèi)受巖性、構(gòu)造及干濕季節(jié)大氣降水變化影響，極易產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，所以生態(tài)修復(fù)過程中重點(diǎn)考慮邊坡穩(wěn)定，同時(shí)考慮防止邊坡后緣大面積坍塌。

2.3 土質(zhì)特征

礦山的礦石屬侏羅系上統(tǒng)奪底溝群(J3d)海相石灰?guī)r，巖性為灰白色-灰黑色中厚層狀細(xì)粒結(jié)晶灰?guī)r，點(diǎn)荷載抗壓強(qiáng)度53.97MPa，屬堅(jiān)硬巖石。石灰?guī)r品位好，開采條件較好。土壤類型為亞高山草甸土，富含礫石。土壤表層草根較少，形成不連續(xù)草皮層，成土過程微弱，土壤發(fā)育程度差，腐殖質(zhì)累積過程弱、有機(jī)質(zhì)含量低；土壤較沙質(zhì)、顆粒粗大，土層淺薄且層次不明顯，有風(fēng)沙危害。通常在10月下旬至次年4月中旬封凍，凍土深度12cm～50cm，土壤凍融交替，通氣不良，土質(zhì)疏松，缺少水分，土壤較干燥。土壤有機(jī)質(zhì)腐殖化和礦物質(zhì)分解緩慢，有機(jī)質(zhì)含量低，營養(yǎng)元素貧乏，粘粒含量少、土壤貧瘠。

2.4 植被條件

礦區(qū)海拔較高，空氣稀薄、氧氣量少，紫外線輻射量較同緯度地區(qū)大，不利于植被生長。邊坡植物群落結(jié)構(gòu)簡單，常只有一層，以草本植被為主，多在20cm以下，草層較低、植被稀少，生物量小，一旦被破壞生態(tài)修復(fù)的難度加大。

3 釆動(dòng)山體生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

3.1 山體現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，在礦山邊坡現(xiàn)已堆積大量廢石，堆積總量約2萬m3，占地面積約1萬m2（圖2）。斜坡上廢石堆積物較松散，兩側(cè)為草地。對(duì)堆積體進(jìn)行變形特征分析，現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，上部邊坡在 70。以上，中部 50。～60。，下部 20?！?0。，較為平緩?，F(xiàn)在邊坡底部未設(shè)置任何攔擋設(shè)施，在雨季和巖土體自重狀態(tài)下，存在坡表降水的匯入，致使廢石堆積斜坡穩(wěn)定性較差，局部存在引發(fā)滑坡和崩塌的可能。同時(shí)，表層堆積大量裸露廢石，與周邊山體植被覆蓋景觀不一致，不連續(xù)，造成本區(qū)可視景觀效果極差，特別突兀。而且本段位于新建高鐵、青藏鐵路、拉薩環(huán)城道路的可視范圍內(nèi)，本段邊坡開展工程治理和植被生態(tài)修復(fù)顯得尤為必要。

3.2 設(shè)計(jì)原則

①生態(tài)性原則，在“修復(fù)工程”實(shí)施的同時(shí)，應(yīng)同時(shí)生態(tài)修復(fù)兼顧“管護(hù)”的方法，使工程長期有效，改善生態(tài)環(huán)境條件。

②可行性原則。工程修復(fù)時(shí)，充分考慮施工可行性、施工工期等因素。

③經(jīng)濟(jì)性原則。在確保安全的前提下，充分考慮工程修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性，做到技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)上合理。

3.3 生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)方案

依據(jù)前期勘探和相關(guān)資料分析，本次初步確定兩個(gè)修復(fù)方案，其中管護(hù)和監(jiān)測(cè)工程是這兩種方案所必須開展的，本次將其合并，現(xiàn)分別介紹如下：

3 .3 .1 格構(gòu)加固覆土生態(tài)修復(fù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，可以對(duì)邊坡實(shí)施沿著邊坡底部修建擋渣墻、削坡、清理坡面上危石和松動(dòng)石塊、格構(gòu)加固處理、覆土種植。

①修筑擋渣墻：修筑擋渣墻為防止在后期削坡和清理過程中，邊坡廢石滾落，危機(jī)水泥廠正常的生產(chǎn)，同時(shí)也是應(yīng)對(duì)邊坡可能出現(xiàn)的崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此，首先應(yīng)在邊坡底部修建擋渣墻，本次設(shè)計(jì)修建重力式漿砌石擋土墻，采用梯形斷面，并在墻腳設(shè)置小排水溝。

圖3 擋渣墻示意圖

②削坡和清理邊坡：由于上部邊坡極陡，穩(wěn)定性也是極差，將上部廢石通過削坡開挖，運(yùn)至水泥廠作為原料。本次設(shè)計(jì)將整個(gè)坡面分成四級(jí)削坡作業(yè)，一級(jí)坡高度15m，二級(jí)坡高度在20m，三級(jí)坡高度在20m，四級(jí)邊坡的高度在25m以上，每級(jí)邊坡設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)寬5m。邊坡按照設(shè)計(jì)要求削坡完成后，清除坡頂處和坡面上危石和松動(dòng)的巖塊，必須采取徹底清除的措施，消除局部鷹嘴巖及破碎巖石，以避免發(fā)生崩塌的可能。

圖4 格構(gòu)加固示意圖

③格構(gòu)加固：錨桿采用鉆孔打眼，錨桿軸線與水平面架設(shè)成25。夾角（圖4），鉆孔要符合以下要求：鉆孔圓而直，鉆孔方向盡量與巖層主要結(jié)構(gòu)面垂直；錨桿孔徑要大于桿體直徑15mm。在錨桿施工完成后立即進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在放出格構(gòu)梁，壓頂及鑲邊的平面位置及高程。其后開展格構(gòu)鑿槽，模板加工及鋼筋綁扎以及伸縮縫等施工。

④填土種植：當(dāng)格構(gòu)養(yǎng)護(hù)期完成后，可對(duì)格構(gòu)內(nèi)進(jìn)行回填植草，植草采用撒播。采用本地草種，且草籽的質(zhì)量要求是無發(fā)霉變質(zhì)的當(dāng)年種子。

圖5 高寒區(qū)釆動(dòng)山體生態(tài)網(wǎng)

圖6 釆動(dòng)山體水泥格網(wǎng)、鋼架平臺(tái)

3 .3 .2 鋼架生態(tài)植被袋修復(fù)

對(duì)邊坡實(shí)施沿著邊坡底部修建擋渣墻、鉆孔及搭設(shè)鋼架平臺(tái)、邊坡表面布設(shè)竹席或是櫚棕墊、充填生態(tài)植被袋，建設(shè)釆動(dòng)山體生態(tài)網(wǎng)（圖5）。

①架設(shè)鋼架平臺(tái)：首先鉆孔，采用自上而下開展，本次鉆孔深度采用2m，邊坡上部鉆孔密度:2m×2m，中部采用2m×2m，下部采用：2m×2m。鉆孔結(jié)束后采用高壓風(fēng)管吹孔，將孔內(nèi)巖粉吹洗干凈。其后，搭設(shè)平臺(tái)架管的要求①對(duì)于架管底部地面不平處，應(yīng)挖鑿平整后再搭設(shè)。②加管底部必須墊木塊以加大受力面積，減少架管沉降。③適當(dāng)架設(shè)剪刀架以及斜撐，以便平臺(tái)整體穩(wěn)固（圖6）。

②鋪設(shè)竹席或是櫚棕墊：利用鋼絲等，將竹席和棕櫚墊鋪設(shè)在邊坡表面，并與鋼架固定在一起，防止出現(xiàn)竹席和棕櫚墊滑落。

③充填生態(tài)植被袋：采用的生態(tài)植被袋是一種綠化、護(hù)坡的一種袋子，通過裝土填充，來植被綠化、護(hù)坡的一種生態(tài)袋，生態(tài)袋內(nèi)充填的植物生長基質(zhì)特點(diǎn)是質(zhì)量輕、營養(yǎng)高、種子易發(fā)芽等，特別是在惡劣環(huán)境下確保植被正常生長。

3 .3 .3 管護(hù)和監(jiān)測(cè)工程

利用礦山泉水進(jìn)行灌溉，在山頂部平臺(tái)上修建水池，采用水泵將山下泉水輸送至山上水池，在邊坡上架設(shè)噴灌設(shè)施進(jìn)行灌溉。在灌溉過程中，觀察修復(fù)植被的長勢(shì)，來確定添加多少量的肥料至灌溉水中，隨灌溉水一起施加至修復(fù)植被上。在雨季，特別是暴雨過后，仔細(xì)檢查邊坡是否沖刷損毀，對(duì)損毀嚴(yán)重的狀況，立即采取補(bǔ)植措施，堵塞漏洞，實(shí)施工程的管護(hù)。采用高精度GPS、全站儀（水準(zhǔn)儀）、活動(dòng)式鉆孔測(cè)斜儀、人工觀測(cè)等方法，監(jiān)測(cè)邊坡失穩(wěn)可能發(fā)生的地段及規(guī)模，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

實(shí)踐表明，利用格構(gòu)加固覆土、鋼架生態(tài)植被袋的方法，對(duì)高寒地區(qū)山頂部平臺(tái)上修建水池，采用水泵將山下泉水輸送至山頂，并在邊坡上架設(shè)噴灌設(shè)施進(jìn)行灌溉保證充分的水分供應(yīng)，能確保礦區(qū)釆動(dòng)山體邊坡形成良好的生態(tài)。