露天石灰石礦邊坡治理及綠化技術(shù)探討

易麗平，栗紅玉，胡慶允

（1.中材礦山建設(shè)有限公司，天津 300400；2.天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300400）

1 引言

露天石灰石礦山開采過程中，邊坡的穩(wěn)定性是整個(gè)礦山安全的重中之重，尤其是特殊地質(zhì)構(gòu)造的邊坡，邊坡穩(wěn)定與否直接制約著礦山的安全，對(duì)露天礦山邊坡的治理，應(yīng)一直延續(xù)到開采結(jié)束。隨著對(duì)礦山環(huán)境和安全的日益嚴(yán)格，邊坡治理不僅包括對(duì)邊坡災(zāi)害的控制，還包括對(duì)邊坡環(huán)境的生態(tài)恢復(fù)［1-2]。

露天石灰石礦生態(tài)恢復(fù)的難點(diǎn)重點(diǎn)在于邊坡，露天石灰石礦巖質(zhì)普遍為中硬巖，且有一定坡度，如邊坡中有斷裂帶或土質(zhì)夾層等地質(zhì)構(gòu)造，易造成邊坡垮塌。另外由于邊坡特殊施工環(huán)境及地質(zhì)因素，邊坡復(fù)綠技術(shù)和造價(jià)要求較高，而隨著礦山開采深度的逐漸增加，露天礦山邊坡的高度、面積都相應(yīng)大幅度增加，邊坡的穩(wěn)定性和綠化的難度隨之增加［3]。

2 邊坡治理及綠化原則

以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指導(dǎo)，以建設(shè)綠色礦山為目標(biāo)，應(yīng)用生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)和地質(zhì)學(xué)原理，按照景觀規(guī)劃要求，深入調(diào)查分析邊坡現(xiàn)狀特點(diǎn)，將礦山邊坡修復(fù)成為近自然植被景觀和具備一定觀賞價(jià)值的森林化邊坡，打造礦山自然環(huán)境［4,6]。

（1）協(xié)調(diào)性原則。植物群落的配置以鄉(xiāng)土植物為主，適地種樹，使人工植被與周邊自然環(huán)境植被融為一體而趨近自然［5]。

（2）經(jīng)濟(jì)適用性和可操作性原則。邊坡的生態(tài)修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)性的生態(tài)工程，從穩(wěn)定性的防護(hù)措施、基質(zhì)的配置和噴附、植物的優(yōu)選和種植以及前期的養(yǎng)護(hù)等，在確定效果的情況下，盡量做到經(jīng)濟(jì)適用［5]。

（3）持續(xù)高效性原則。邊坡通過生態(tài)修復(fù)實(shí)現(xiàn)森林化，未來應(yīng)持續(xù)高效地發(fā)揮人工植被邊坡的綠化、美化、固土、持水等多種生態(tài)功能。

（4）創(chuàng)新性原則。與傳統(tǒng)的邊坡綠化和生態(tài)修復(fù)相比，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分類指導(dǎo)，充分體現(xiàn)一坡一案，根據(jù)邊坡特點(diǎn)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施［5]。

3 工程概況

某露天石灰石礦山地處浙江地區(qū)，巖質(zhì)邊坡，修復(fù)治理區(qū)邊坡相對(duì)高差最大為100m，邊坡巖石質(zhì)地較堅(jiān)硬，西側(cè)區(qū)域邊坡巖體破碎，礦區(qū)邊坡局部坡度較陡，在60～80°左右，局部地段可達(dá)85°，個(gè)別位置甚至存在直立坡、倒坡。整個(gè)礦區(qū)下部宕面和靠近頂部附近坡度較陡，中間相對(duì)較緩，礦區(qū)內(nèi)需要治理的總面積為83522m2，其中斜剖面面積63231m2，馬道面積15791m2，平臺(tái)面積4500m2。平臺(tái)及馬道范圍的生態(tài)治理工作已經(jīng)基本完成，本次治理范圍僅為坡地以上邊坡。

4 邊坡治理方案

該礦山擬采取如下方案來實(shí)施治理和綠化邊坡（見圖1）。

方案主要為先治理再復(fù)綠，要實(shí)現(xiàn)邊坡的復(fù)綠，第一步要對(duì)邊坡進(jìn)行災(zāi)害治理，災(zāi)害治理分為三個(gè)步驟：

（1）清理坡面：在礦山裸露邊坡處，清除坡面宕渣和浮石，找平坡面，為復(fù)綠的防護(hù)工程做好基礎(chǔ)。

（2）SNS防護(hù)網(wǎng)施工：綜合考慮后期復(fù)綠需要，坡面清坡后采用布置柔性防護(hù)網(wǎng)措施，防止碎石滾落。柔性防護(hù)網(wǎng)顏色須按復(fù)綠要求加工成綠色。

（3）錨桿施工：較陡較破碎區(qū)域進(jìn)行隨機(jī)錨桿支護(hù)。經(jīng)驗(yàn)算，錨桿排距間距：3.0m×3.0m，錨桿孔徑為90mm，長度6m，梅花形布置，采取直徑25mmHRB335鋼筋。

第二步邊坡復(fù)綠，分為三個(gè)步驟：

（1）先把邊坡情況進(jìn)行分區(qū)，分為陡坡區(qū)域和緩坡區(qū)域。

（2）因地制宜，分別采用兩種不同的綠化方法，陡坡區(qū)制作種植槽進(jìn)行綠化，緩坡區(qū)進(jìn)行厚層基材噴播綠化。

（3）種植好植被后，對(duì)植被進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保證成活率。

4.1 邊坡災(zāi)害治理方案

針對(duì)邊坡的地質(zhì)構(gòu)造問題，為提高邊坡穩(wěn)定性，本礦山通過錨固、掛防護(hù)網(wǎng)等措施［7]，對(duì)其進(jìn)行治理，主要內(nèi)容包括：

（1）坡面清理：對(duì)礦山裸露邊坡處，清除坡面宕渣和浮石，保持原坡率不變。巖面清理工作應(yīng)由上而下進(jìn)行，徹底消除松動(dòng)巖塊，同時(shí)盡可能找平巖面。確保山體邊坡穩(wěn)定，為覆綠防護(hù)工程做好基礎(chǔ)。

（2）柔性防護(hù)網(wǎng)施工：礦區(qū)西側(cè)區(qū)域邊坡巖體破碎，坡面較陡，存在碎石滾落現(xiàn)象。綜合考慮后期覆綠需求，坡面清坡后布置綠色SNS柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)，防止碎石滾落。通過施工該防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)邊坡形成連續(xù)支撐，其預(yù)張拉作業(yè)使系統(tǒng)盡可能緊貼坡面，并形成抑制局部巖土體移動(dòng)或在其發(fā)射局部位移后將其束縛于原位附近的預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防護(hù)功能［8]。

該主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)適應(yīng)任何坡面地形，安裝程序標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)化，將工程對(duì)環(huán)境的影響降到最低，便于人工綠化，有利于環(huán)保。

（3）錨桿加固：清坡邊坡面后，在較陡防護(hù)網(wǎng)防護(hù)區(qū)域坡面進(jìn)行錨桿支護(hù)。錨桿間距為3.0m×3.0m，孔徑為90mm，長度為6m，梅花形布置。

4.2 邊坡綠化方案

邊坡治理完成后，馬上進(jìn)行邊坡綠化，其具體工藝包括：

（1）分區(qū)。針對(duì)該礦區(qū)裸露宕面多，邊坡類型復(fù)雜的特點(diǎn)，將形成的邊坡進(jìn)行分區(qū)并逐一編號(hào)。然后根據(jù)不同的邊坡條件采取不同的綠化治理技術(shù)。

（2）高陡邊坡生態(tài)恢復(fù)。對(duì)于>70°高陡的邊坡，采用種植槽的方式進(jìn)行邊坡覆綠，具體工藝如下：①種植槽布置。種植槽由C20澆筑，內(nèi)配鋼筋，壁厚15cm，槽內(nèi)凈寬為35cm，凈高為30cm，種植槽內(nèi)壁應(yīng)緊貼巖面。種植槽下部由錨桿支撐，上下2條種植槽間距為5m。在已進(jìn)行坡面防護(hù)區(qū)域（較陡區(qū)域）布置種植槽時(shí)，直接將種植槽布設(shè)在SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)上面。②種植槽回填種植土。種植槽回填土優(yōu)先選擇疏松、肥沃、透氣、透水的填料，當(dāng)采用粘性土作填料時(shí)，宜摻入適量的碎石，并進(jìn)行土壤改良處理。③種植槽綠化。種植槽綠化采用“上爬下掛”的原則［9]。下掛植物選用黃馨，種植在槽外側(cè)，株距為0.5m；上爬植物選用爬山虎，種植在槽內(nèi)側(cè)，株距為0.5m。

（3）較緩邊坡生態(tài)恢復(fù)。對(duì)于小于<70°的較緩邊坡，采用厚層基材噴播綠化。具體工藝如下：①鍍鋅網(wǎng)鋪設(shè)。在修整完畢的坡面上鋪設(shè)間距為4cm×4cm優(yōu)質(zhì)鍍鋅菱形鐵絲網(wǎng)，用間距為0.5m×0.5m的鋼錨釘將網(wǎng)固定在坡面上。②噴混植生。利用噴播機(jī)械將植生基材、土壤、肥料、有機(jī)質(zhì)、保水劑、植物種子、固化劑等組成的混合干料用空壓機(jī)和泵經(jīng)軟管在噴射口加水混合后，噴射到釘網(wǎng)處理后的巖面上，噴射分2次進(jìn)行，首先噴射不含種子的混合料，噴射厚度6～8cm，待第一次噴射的混合土達(dá)到一定強(qiáng)度后，緊接著第二次噴射含種子的混合材料，噴射厚度為1～2cm。噴混系統(tǒng)綠化設(shè)計(jì)方案詳見圖2。

圖2 噴混系統(tǒng)綠化設(shè)計(jì)圖

4.3 綠植灌溉養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

為了綠化養(yǎng)護(hù)，減少養(yǎng)護(hù)工人踩踏草灌木，本工程設(shè)計(jì)自動(dòng)噴灌系統(tǒng)，既可節(jié)約用水，又使噴水均衡，對(duì)邊坡無沖刷破壞。由于該礦區(qū)宕底高程為180m，最高處高程約為280m，相對(duì)最大高差為100m，揚(yáng)程較大，分二級(jí)上水引至覆綠工程。第一級(jí)泵站自180m高程引自230m高程處。第二級(jí)泵站自230m高程引自280m高地。坡頂設(shè)水箱，自280m高程處往下灌溉采用自流系統(tǒng)。每個(gè)泵站內(nèi)水泵均為（一組2個(gè)）一備一用。養(yǎng)護(hù)管道排距為l0m，噴頭間距為20m。每路噴頭均由閥門控制，采用電子感應(yīng)閥，在土壤達(dá)到一定濕潤度時(shí)自動(dòng)開啟或關(guān)閉，詳見圖3。

在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，應(yīng)保持坡面濕潤至草種全苗、齊苗，適當(dāng)增加澆水次數(shù)，雨季可適當(dāng)減少。前期養(yǎng)護(hù)，應(yīng)保持坡面濕潤至草種齊苗。在噴水養(yǎng)護(hù)前先在坡面上掛設(shè)塑料遮陰網(wǎng)，然后用高壓噴水槍，使養(yǎng)護(hù)水成霧狀均勻地噴灑在坡面上，澆水時(shí)應(yīng)控制噴頭與坡面的距離和移動(dòng)速度，保證無集中的水流沖擊坡面。

圖3 綠植養(yǎng)護(hù)噴淋系統(tǒng)

5 治理成果

通過上述措施對(duì)特殊地質(zhì)構(gòu)造的邊坡治理和綠化后，增強(qiáng)了邊坡的抗剪和抗沖刷強(qiáng)度，邊坡綠化覆蓋率達(dá)85%以上，形成了較明顯的喬、灌、草、藤結(jié)構(gòu)，并趨近自然的森林化落葉和趨于免養(yǎng)護(hù)的森林化景觀，建成后的邊坡森林化植被具有較明顯的滯塵、吸污、涵水等生態(tài)功能，其中邊坡蓄持水分功能增加50%，基質(zhì)的營養(yǎng)、pH值以及理化性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，接近于周邊山地的森林土壤特征，將巖石邊坡修復(fù)成具有綠化、美化、滯塵、吸污、涵水等生態(tài)功能相互交融的森林化邊坡（綠化前后對(duì)比見圖4，圖5）。

圖4 治理前的終了邊坡

圖5 治理后的終了邊坡

6 討論

目前，各行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范已經(jīng)發(fā)布實(shí)施。通過應(yīng)用實(shí)踐，此種針對(duì)水泥灰?guī)r的綠色礦山建設(shè)的技術(shù)和方案能較好地運(yùn)用在綠化礦山上，達(dá)到礦山邊坡生態(tài)環(huán)境再造，實(shí)現(xiàn)綠色礦山建設(shè)的目的。這一技術(shù)可逐步通過實(shí)踐推廣到其他行業(yè)的礦山綠化上，從而加快綠色礦山建設(shè)的步伐，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)與周邊自然生態(tài)環(huán)境的融合和礦業(yè)經(jīng)濟(jì)循環(huán)的發(fā)展。