北京某采石場高陡裸巖邊坡修復(fù)思路

甘柯 黃鵬輝 全瑤

摘 要：北京市門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)灰峪村廢棄采石廠，多年來的礦山開采形成高陡巖質(zhì)邊坡造成地形地貌景觀破壞、植被破壞、次生地質(zhì)災(zāi)害等一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題，治理恢復(fù)難度大。針對區(qū)內(nèi)存在的地質(zhì)環(huán)境問題，擬對治理區(qū)內(nèi)裸巖邊坡進行坡面危巖清理、掛網(wǎng)噴播綠化、坡面種植槽綠化工程等修復(fù)措施，以恢復(fù)地形地貌景觀和坡面植被。邊坡修復(fù)堅持因地制宜的原則，根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件選擇適合生長的喬灌草品種，恢復(fù)重建高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)環(huán)境，使之與周圍的自然生態(tài)環(huán)境相融合。裸巖邊坡生態(tài)修復(fù)后，將對提升治理區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，增強周邊土地資源的可利用性，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：礦山地質(zhì)環(huán)境問題;高陡裸巖邊坡;坡面綠化;生態(tài)修復(fù)

The Engineering Design of the Restoration of the High and Steep Bare

Rock Slope in a Certain Quarry in Beijing

GAN Ke， HUANG Penghui， QUAN Yao

（Beijing Geological Engineering Design Institute， Beijing 101500）

Abstract： In the abandoned quarry of Junzhuang Town， Mentougou District， Beijing， a series of mine geological environmental problems， such as landform and landscape destruction， vegetation destruction， secondary geological disaster and so on， have been caused by the high and steep rock slope for many years of mining. Governance recovery is difficult. In view of the geological environmental problems in the area， comprehensive control measures were designed to clean up the slope of bare rock slope， plant grass by spraying and planting grooves， and so on， in order to restore geomorphological landscape and vegetation on the surface of the area. In order to restore and rebuild the ecological environment of high and steep rock slope， it is necessary to adhere to the principle of taking measures according to local conditions and to select suitable species of shrub and grass according to site conditions， so that it can be integrated with the surrounding natural ecological environment in order to restore and rebuild the ecological environment of high and steep rock slope. After completing the ecological restoration of the surrounding bare slope， the eco-environmental quality of the region will be improved， the availability of the surrounding land resources will be increased， and considerable economic benefits will be generated.

Keywords： Mine geological environment problem; High and steep rock slope; Slope greening; Ecological restoration

0 前言

北京市礦產(chǎn)資源豐富，各類礦產(chǎn)127種，礦產(chǎn)資源開發(fā)曾為北京市城市建設(shè)和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、居民就業(yè)做出巨大貢獻。但是大量已關(guān)閉、停采、責(zé)任主體缺失的歷史遺留礦山和近年來政策性關(guān)閉礦山，產(chǎn)生嚴(yán)重礦山環(huán)境問題，影響到居民生產(chǎn)生活和北京建設(shè)世界城市、宜居城市的發(fā)展目標(biāo)。需推進露天礦山綜合整治和修復(fù)工作（北京市人民政府，2018）。

多年來的礦山開采形成的高陡裸露巖質(zhì)邊坡，造成地形地貌景觀破壞、水土流失、次生地質(zhì)災(zāi)害等一系列礦山地質(zhì)環(huán)境問題，治理恢復(fù)難度大，是礦山環(huán)境恢復(fù)的難點問題。采用合理的工程措施與植物措施結(jié)合的方式，恢復(fù)重建高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)環(huán)境是非常重要的（北京市規(guī)劃和自然資源委員會，2018）。

治理區(qū)位于門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)灰峪村北，在西六環(huán)路重要交通干線可視范圍內(nèi)。1994年前后，隨著城市建設(shè)開發(fā)力度的加大，對建筑材料需求量的增加，該采石場開始大規(guī)模的開采活動，造成很多生態(tài)環(huán)境問題，2007年該礦點被關(guān)閉。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

（1）氣象水文條件

區(qū)域年平均降水500～675mm，年內(nèi)降水不均，7—8月降水量占全年降水量的60%左右。治理區(qū)內(nèi)無河流穿過，溝谷雨季有季節(jié)性陣流，大氣降水是其補給的唯一來源。

（2）地形地貌

治理區(qū)屬燕山山脈，與華北平原相鄰接觸，屬北京西山的一部分，灰峪村屬低山丘陵侵蝕地貌?？傮w地勢為東、西、北三面高，南側(cè)低，呈V型谷地貌。由于礦石開采活動，治理區(qū)內(nèi)形成了規(guī)模不等的開采裸露巖壁和廢渣堆積，使原有微地貌形態(tài)發(fā)生了很大變化。

（3）地層巖性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)調(diào)查，治理區(qū)域及其附近出露的地層由老到新：寒武系，奧陶系，石炭系，二疊系，三疊系，侏羅系以及第四系。治理區(qū)位于灰峪向斜之北翼，出露地層為奧陶系馬家溝組（O2m）、石炭系太原組（C3t）及第四系。其中：奧陶系馬家溝組（O2m）以白云質(zhì)灰?guī)r、深灰色塊狀灰?guī)r、灰色白云質(zhì)灰?guī)r為主，巖層總厚度約220m。石炭系太原組（C3t）以灰色頁巖、上部為深灰色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、礫巖為主，含豐富的植物化石，夾劣質(zhì)煤層，厚70～140m。

（4）土壤植被條件

除被破壞區(qū)域，區(qū)域自然植被總體覆蓋較好，主要以荊條低矮灌木為主，另外還有野酸棗、臭椿等植被，雜草包括高羊茅、黑麥草、狗尾草、蒿草等。治理區(qū)內(nèi)喬木主要包括側(cè)柏、白楊、火炬樹等，灌木主要為沙地柏，紫穗槐，藤本植物主要有五葉地錦、扶芳藤。

區(qū)內(nèi)原狀土壤稀少，土壤厚度一般為0.1～1.0m。母質(zhì)為灰?guī)r風(fēng)化物的殘坡積物等，沒有明顯的鈣質(zhì)層。以淀積黏化為主，兼有殘積黏化。褐土呈中性微堿性反應(yīng)，pH值為7.8，有機質(zhì)含量約11.2g/kg，速效磷28.8mg/kg，重金屬單項污染指數(shù)<1.0，陽離子交換量不高。不含交換性氫，無游離酸。

2 礦山生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

區(qū)內(nèi)灰?guī)r多為塊狀或?qū)訝顦?gòu)造，屬硬質(zhì)—較硬巖類，開采后產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問題主要包括地形地貌景觀產(chǎn)生了巨大破壞、植被破壞、廢石廢渣占用土地、開采導(dǎo)致坡面破碎引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害等一系列生態(tài)環(huán)境問題（李成等，2016）。由于采礦活動，治理區(qū)形成了兩處高陡的裸巖邊坡（Z-BP01、Z-BP02），總面積20054.3m2，詳見圖1、表1。

（1）裸露巖質(zhì)邊坡Z-BP01

Z-BP01開采面坡面形態(tài)為折線形，寬約295.9m，高約13～137m，整體坡度大于50°，主坡向105°，坡面面積約17625.3m2，邊坡坡面風(fēng)化較強烈，巖石較破碎。根據(jù)坡面坡度、坡高及坡面粗糙程度，將BP01分為3段，分別為Z-BP01-1、Z-BP01-2、Z-BP01-3，面積分別為13100.7m2、3926.2m2、748.9m2。

（2）裸露巖質(zhì)邊坡Z-BP02

Z-BP02坡面形態(tài)為直線形，長約141.8m，高約15～24m，坡度45°～70°，主坡向87°，坡面面積約2160.4m2。邊坡坡面風(fēng)化較強烈，表層巖石較破碎，下部存在松散堆積體，見少量草本植被。

3 高陡裸巖邊坡修復(fù)思路

3.1 修復(fù)方案分析討論

由于氣候因素，我國南方地區(qū)多雨潮濕，邊坡綠化技術(shù)比較成熟，在各類邊坡修復(fù)中都有較好的效果。但是在北方干旱半干旱區(qū)，尤其是大規(guī)模開采的石灰?guī)r采場，其高陡裸巖邊坡的生態(tài)修復(fù)成為一個難題。

采石場區(qū)域水分滲漏流失嚴(yán)重、客土及養(yǎng)分流失嚴(yán)重，可選擇的整地技術(shù)較少，植物選擇與配置是采石場植被恢復(fù)的關(guān)鍵，而針對采石廠高陡巖質(zhì)坡面條件下的植物選配技術(shù)報道較少。植物物種選擇一般遵循生態(tài)適應(yīng)性、抗逆性、生物多樣性和先鋒性、可演替性等原則（張華，2013）。坡面植被恢復(fù)是將“先驅(qū)植物”首先人為移植，使這些先驅(qū)植物迅速覆蓋坡面，防止水土流失，但是坡面的永久性恢復(fù)還需要靠周邊不斷侵入的鄉(xiāng)土類植物完成演替（趙思金，2008）。

對區(qū)內(nèi)裸巖邊坡進行坡面危巖清理、掛網(wǎng)噴播綠化、坡面種植槽綠化等修復(fù)措施，以恢復(fù)地貌景觀和地表植被，改善生態(tài)環(huán)境（北京市地質(zhì)工程設(shè)計研究院，2019）。邊坡修復(fù)堅持因地制宜的原則，根據(jù)立地條件選擇適合貧瘠環(huán)境的喬灌草和鄉(xiāng)土樹種，降低后期管護成本，提高存活率。

3.2 修復(fù)工程方案

（1）邊坡整治

依據(jù)治理區(qū)現(xiàn)狀地貌，邊坡整治工程主要對巖質(zhì)邊坡進行人工削坡和修整，消除邊坡表面碎石、廢渣，并根據(jù)治理區(qū)內(nèi)巖石風(fēng)化程度及坡面現(xiàn)狀，清理坡面零星危巖、碎石。

（2）掛網(wǎng)噴播綠化

針對區(qū)內(nèi)Z-BP01、Z-BP02裸巖邊坡，坡度在50°～65°之間的坡面采用該治理措施，在人工清理浮石結(jié)束后進行掛網(wǎng)噴播治理，順序為：清理巖面、坡面整形→坡面鋪設(shè)金屬網(wǎng)→植生噴播 （ 李春林等，2011）→椰絲毯覆蓋→養(yǎng)護管理。

掛網(wǎng)錨固：采用鉤花鐵絲網(wǎng)、絲徑φ2.0，網(wǎng)孔50m×50mm，網(wǎng)片搭接10cm，網(wǎng)掛至坡頂，主錨采用φ14螺紋鋼，長50cm，坡頂、坡面主錨桿間距1m×1m錨固;次錨固件采用φ10螺紋鋼，長30cm，坡面次錨桿主要用于對坡面形態(tài)變化處進行錨固作用;錨固件呈梅花狀或不規(guī)則形狀布置，分布均勻。

綠化噴播：首先在坡面噴播8cm厚的植生混凝土，作為植物生長的基礎(chǔ)層;然后再上面噴播混合好的種子層，厚度4cm。噴播后，采用椰絲毯覆蓋保護。噴播綠化大樣圖及工程剖面圖詳見圖2、圖3。

植被種類的選?。鹤逊N選用耐寒耐旱的鄉(xiāng)土草種與小灌木。將紫花苜蓿、高羊茅、黑麥草、紫穗槐、荊條等草種按比例適當(dāng)搭配組合混合拌入基材之中一起噴播，養(yǎng)護3年。

（3）植生孔工程

針對Z-BP01邊坡四處鏡面巖部分，利用綠化噴播的同時，采用坡面植生孔的技術(shù)進行綜合修復(fù)，幫助坡面植物扎根巖層內(nèi)，防止土壤基質(zhì)被雨水沖刷。

據(jù)不同坡面形態(tài)及巖層現(xiàn)狀，進行坡面危巖清理后對BP01邊坡的Z-JM01至Z-JM04鏡面巖區(qū)域進行以1×1m規(guī)格布置生態(tài)植生孔，呈梅花狀布置，孔徑150mm，孔深500mm，結(jié)構(gòu)詳見圖4。植生孔內(nèi)回填種植土。籽種選用耐寒耐旱的鄉(xiāng)土草種與小灌木，主要物種有紫花苜蓿、高羊茅、黑麥草、紫穗槐、荊條等，每孔內(nèi)不少于20粒。

（4）植生槽工程

針對區(qū)內(nèi)坡度在大于70°的坡面采用該治理措施，人工清理浮石結(jié)束后進行。植生槽按等高線布置，每隔2m高差布設(shè)一道，累計植生槽34道。

①植生槽結(jié)構(gòu)

在清除邊坡局部危巖體確保邊坡整體穩(wěn)定基礎(chǔ)上，現(xiàn)澆（預(yù)制）種植槽（王生忠等，2008;孫平平等，2012;吳帆等，2017）。種植槽板與巖壁呈V型，與巖壁夾角45°～50°，槽板厚度為10cm，斜伸高度60cm。

槽板主筋和構(gòu)造筋錨固巖壁、間隔配置，相距左右0.5m，分布筋橫向配置，相交于主筋和構(gòu)造筋;主筋長度按深入巖體1.0m，石壁外延長度按板的斜長控制，構(gòu)造筋長度按深入巖體0.5m，巖壁外延長度按板的斜長控制，分布筋按間距20cm間距布置，與主筋、構(gòu)造筋的交叉點綁扎固定（圖5）?？紤]排水需要，槽板下側(cè)5cm 處設(shè)置泄水孔，間距1.5m。

②植被種類的選取

選擇耐旱、耐貧瘠、管理粗放、根系發(fā)達的鄉(xiāng)土樹種（種子）進行灌、草、藤本植物立體配置，主要綠化物種有高羊茅、紫花苜蓿、爬山虎、紫穗槐等。選用爬山虎進行上部坡面綠化，紫惠槐進行中間部分遮擋，整個槽內(nèi)播種草本植物，以保證成活率、可持續(xù)性和景觀效果。

4 分析及建議

（1）效益分析

廢棄礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程新增喬木、灌木、攀緣植物45121株，采用鄉(xiāng)土樹種為主，消除生態(tài)景觀 “傷疤”，根據(jù)立地條件營造植生環(huán)境，使之與周圍的自然生態(tài)環(huán)境相融合，關(guān)注整體生態(tài)的修復(fù)重建。

在完成周邊裸巖邊坡生態(tài)恢復(fù)后，將提升治理區(qū)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，增加周邊土地資源的可利用性，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益?？蔀槠渌貐^(qū)的廢棄礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作提供經(jīng)驗。

（2）建議

由于高陡裸巖邊坡修復(fù)難度較大，立地條件創(chuàng)建困難，加之北京地區(qū)降雨量時空分布不均勻，應(yīng)在前期修復(fù)工程的基礎(chǔ)上，加強后期養(yǎng)護工作，配套相應(yīng)的蓄水，噴灌及滴灌措施工程，以保證植被的成活率和修復(fù)效果。

5 結(jié)論

（1）治理區(qū)位于門頭溝區(qū)軍莊鎮(zhèn)灰峪村北，在西六環(huán)路重要交通干線可視范圍內(nèi)，由于多年來的礦山開采，形成了兩處高陡的裸巖邊坡（Z-BP01、Z-BP02），總面積20054.3m2，造成嚴(yán)重的地形地貌景觀破壞等礦山地質(zhì)環(huán)境問題，治理恢復(fù)難度大。

（2）針對治理區(qū)內(nèi)的礦山地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀，依據(jù)因地制宜的原則，采用系統(tǒng)修復(fù)的思路，擬對區(qū)內(nèi)裸巖邊坡進行邊坡危巖清理、掛網(wǎng)噴播綠化、植生孔、坡面種植槽綠化等綜合修復(fù)措施，并根據(jù)立地條件選擇適合貧瘠環(huán)境的喬灌草和鄉(xiāng)土樹種，以恢復(fù)地貌景觀和地表植被，改善生態(tài)環(huán)境。

（3）治理項目開展后，擬新增喬木、灌木、攀緣植物約45000株，可產(chǎn)生明顯的環(huán)境和經(jīng)濟效益，達到改善區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的效果，由于采石場裸巖邊坡立地條件差，應(yīng)加強后期養(yǎng)護工作，以保證植被的存活率和修復(fù)效果。

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