高次團(tuán)粒噴播技術(shù)在廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程實(shí)施中的應(yīng)用

李 超（上海市地礦建設(shè)有限責(zé)任公司，200436）

在改革開放后經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，早期掠奪式采石造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，隨著社會(huì)發(fā)展，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到“綠水青山就是金山銀山”[1]，廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作愈發(fā)重要。長期的采礦活動(dòng)造成地形地貌被破壞、礦山植被被損毀，礦山開采后形成的裸露山體存在地質(zhì)災(zāi)害隱患、水土流失和粉塵污染等問題，而且十分影響城市的整體面貌[2]。擬治理廢棄礦山裸露邊坡—以巖質(zhì)邊坡為主，坡面風(fēng)化，巖石破碎，巖體坡面難以自然生成植被，需要人工措施綠化坡面。傳統(tǒng)綠化技術(shù)有生態(tài)植被毯、生態(tài)植被袋、液力噴播、高次團(tuán)粒噴播等，根據(jù)擬治理廢棄礦山邊坡地質(zhì)環(huán)境、坡面特征等，主要以高次團(tuán)粒噴播技術(shù)為主，其他綠化技術(shù)為輔的綠化手段。

1 高次團(tuán)粒噴播技術(shù)原理

高次團(tuán)粒噴播技術(shù)的施工對(duì)象主要為基巖邊坡、硬質(zhì)土邊坡、砂質(zhì)土邊坡、酸堿性土壤、瘠薄山區(qū)地帶、干旱地帶、海岸堤壩、回填土或水土流失嚴(yán)重地帶等綠化困難的裸露坡面等[3]，使用經(jīng)特殊生產(chǎn)工藝制成的富含有機(jī)質(zhì)和粘粒的客土材料，通過干式噴播或濕式噴播，加工程措施相輔的手段，客土材料噴播瞬間在空氣作用下與團(tuán)粒劑混合后發(fā)生團(tuán)粒反應(yīng)，然后形成與自然界表土同種團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)的“人造土壤”。這種“人造土壤”具有特殊的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，在團(tuán)粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部，團(tuán)粒之間存在大小不一的孔隙，大孔隙主要作用為通氣、排水，小孔隙主要作用為保持水分、養(yǎng)分，適宜植物生長[3-4]。因噴播后會(huì)發(fā)生疏水反應(yīng)，所以粘結(jié)力強(qiáng)的“人造土壤”會(huì)牢固地吸附在坡體表面，能抵抗雨蝕和風(fēng)蝕，防止水土流失[3]。

2 高次團(tuán)粒噴播技術(shù)特點(diǎn)

(1) 應(yīng)用范圍廣泛且適用性強(qiáng)。高次團(tuán)粒噴播技術(shù)可以應(yīng)用在國土、交通、林業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域，針對(duì)高陡巖質(zhì)邊坡、硬質(zhì)土邊坡、砂質(zhì)土邊坡、貧瘠地、酸堿性土壤地等用傳統(tǒng)綠化方法難以綠化或達(dá)到理想效果的困難地方，不受地形地勢(shì)限制[5]。

(2) 施工快、施工安全、見效快。將客土材料利用噴播機(jī)加壓噴射到坡面，施工過程簡潔、安全可靠，一般施工完成后 3～6 月即可見植被修復(fù)效果，2～3 a 后可達(dá)到自然植物群落狀態(tài)[3][5]。

(3) 尊重自然，追求綠色環(huán)保。植物種子選取時(shí)考慮當(dāng)?shù)刈匀恢参锶郝浣Y(jié)構(gòu)，種子配料選取當(dāng)?shù)貑棠尽⒐嗄?、草本植物相結(jié)合方式，達(dá)到物種多樣化，并盡量選取綠色環(huán)保植物，既能達(dá)到綠化景觀，又能凈化空氣，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處[3]。

(4)“人造土壤”具有和自然表土相同的團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)?！叭嗽焱寥馈钡膱F(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)有保水性、透氣性，適宜植物生長，因噴播后會(huì)發(fā)生疏水反應(yīng)，粘結(jié)力強(qiáng)的“人造土壤”會(huì)牢固地吸附在坡體表面，既能提高邊坡安全性，又能抵抗雨蝕、風(fēng)蝕，防止水土流失[3]。

(5) 后期養(yǎng)護(hù)管理簡單。后期養(yǎng)護(hù)主要為澆水，然后是做好病蟲害防治工作，管理程序簡單[6]。

3 工程設(shè)計(jì)及實(shí)踐

3.1 項(xiàng)目概況

(1) 自然地理：項(xiàng)目區(qū)位于陽新縣城區(qū)東部，北距長江1 km。氣候類型為亞熱帶大陸性氣候，四季分明，雨量充沛，地貌為構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，地勢(shì)南高北低，最大相對(duì)高差 425.00 m。

(2) 坡面特征：Ⅰ區(qū)坡面特征就是Ⅰ區(qū)位于項(xiàng)目區(qū)北西側(cè)，邊坡整體走向30°，坡度 30°～55°，坡向 120°，坡頂高程 + 130.00 ～+ 160.00 m，坡腳高程 + 50.00～+55.00 m，相對(duì)高差 75.00～110.00 m，平均高差 92.50 m。坡體表面有兩級(jí)較緩平臺(tái)（最大坡度 15°），平臺(tái)延伸方向與邊坡走向一致，貫通性好，平臺(tái)寬 7.00～50.00 m，邊坡角為 35°～50°。巖性為黃龍組淺灰色中厚層狀灰?guī)r，坡面節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好。

Ⅱ區(qū)坡面特征主要為Ⅱ區(qū)位于項(xiàng)目區(qū)南側(cè)，為廢棄石灰?guī)r礦采石場(chǎng)的主采面，邊坡整體走向 280°，坡度 40°～70°，坡向 10°，坡頂高程 + 225.00～+ 285.00 m，坡腳高程 + 50.00～ + 52.00 m, 相對(duì)高差 175.00～233.00 m，平均高差 204.00 m。坡體表面有三級(jí)較緩平臺(tái)（最大坡度 20°），平臺(tái)寬度4.00～35.00 m，延伸方向與坡體走向基本一致，平臺(tái)邊坡角 45°～65°。巖性為二疊系下統(tǒng)棲霞組含炭質(zhì)含燧石結(jié)核灰?guī)r、石炭系中統(tǒng)船山組球?；?guī)r、黃龍組灰?guī)r，坡體巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎。

擬治理區(qū)高次團(tuán)粒噴播施工區(qū)域主要布置在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)坡面坡度 ≤55° 的地段，坡度 ＞55° 的坡面及坡體表面各級(jí)平臺(tái)采用其他綠化技術(shù)，本次高次團(tuán)粒噴播施工總面積為 103 708.83 m2。

3.2 施工工藝設(shè)計(jì)

施工工藝設(shè)計(jì)流程見圖 1。

圖1 施工工藝設(shè)計(jì)流程圖

3.2.1 坡面整形

(1) 采用機(jī)械和人工清除坡體表面危石、松石、浮石及雜物。

(2) 清除坡體表面有礙于人造土壤附著坡面的植物浮根、雜草及垃圾。

(3) 坡體表面盡量保持原有形態(tài)，坡面起伏控制在 20 cm以內(nèi)。對(duì)位于凸起巖體下方的基巖面不允許有倒傾或垂直坡面。

3.2.2 鋪網(wǎng)、釘網(wǎng)

鋪網(wǎng)：選取的金屬網(wǎng)為網(wǎng)孔 5 cm×5 cm 的過塑鍍鋅菱形鐵絲網(wǎng)，長度根據(jù)需要而定。鋪設(shè)時(shí)自上而下，坡頂延伸≥50 cm，坡頂處用主錨釘固定后采用 C 25 混凝土壓頂，上下及左右采用平行對(duì)接，對(duì)接處用18 # 鐵絲綁扎牢固，兩片網(wǎng)之間搭接寬度 ≥10 cm，即至少兩個(gè)網(wǎng)孔的距離，在錨釘與網(wǎng)片接觸處也一并用 18 # 鐵絲綁扎牢固。網(wǎng)片距坡面保持 5～8 cm 的距離，用墊塊支撐。

釘網(wǎng)：對(duì)土質(zhì)坡面，因其坡面松軟，釘網(wǎng)的錨固件采用長度為 50 cm 的木樁，坡面每平方米 ≥3 個(gè)木樁。對(duì)裸露巖質(zhì)邊坡坡面，錨固件采用鐵質(zhì)錨釘，分為主、次錨釘，錨釘均為規(guī)格 Φ16 的鋼筋，釘前對(duì)其進(jìn)行防銹處理，水泥漿錨固，錨釘入坡深度根據(jù)邊坡地質(zhì)情況確定，要保證錨釘不僅本身牢固而且能使網(wǎng)片及噴射后的基材局部穩(wěn)定。主錨釘長 2.00 m，副錨釘長 1.50 m，外露段長度為 0.20 ～0.30 m，每平方米 ≥4 個(gè)錨釘，主副錨釘相間布設(shè)，具體布設(shè)方式見圖 2?？灼?≤5 cm，外露段錨釘向坡體上方彎折。坡體頂部為加強(qiáng)穩(wěn)定，按間距 0.80 m×0.80 m、長 2.00 m 進(jìn)行兩排加密處理。

圖2 主、次錨釘布設(shè)示意圖

3.2.3 噴射基質(zhì)及種子

前期工序完成后，即可進(jìn)行噴射。將高次團(tuán)粒噴播原材料即黏土、有機(jī)質(zhì)添加料、復(fù)合纖維料、土壤穩(wěn)定劑、團(tuán)粒劑、植物種子等混拌過篩，經(jīng)人工傳送到高次團(tuán)粒噴播機(jī)，再經(jīng)噴播機(jī)加壓噴射到坡面上。噴射分兩次進(jìn)行，首先噴射不含種子的混合料；然后在種子中加入泥炭土、腐殖土、粘結(jié)劑、纖維、緩釋復(fù)合肥、保水劑攪拌均勻后，噴射在混合土層上，最終噴射混合材料平均厚度 ≥15cm。每次噴播寬度為 4.00～6.00 m，高度為 3.00～5.00 m，噴播由大于 12.00 m3的空壓機(jī)送風(fēng)，采用干式噴漿法施工。

3.2.4 無紡布覆蓋

噴播植物種子后表面采用無紡布覆蓋，以防止雨水沖刷、水分蒸發(fā)和保護(hù)幼苗等。

3.2.5 養(yǎng)護(hù)管理

養(yǎng)護(hù)管理期為竣工后 2 年。 施工完成初期應(yīng)注重澆水，原則上一周澆水 1～2 次，視當(dāng)?shù)亟涤炅壳闆r而定；做好病蟲害防治工作，病蟲害防治工作要本著“早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早治療”的原則。

3.3 施工工藝實(shí)踐

3.3.1 坡面整形

主要采用挖機(jī)、鎬頭機(jī)、液壓劈裂機(jī)、手用風(fēng)鎬等機(jī)械清除坡體表面危石、松石、浮石、雜物等，見圖 3。

3.3.2 鋪網(wǎng)、釘網(wǎng)

鋪網(wǎng)：人工鋪網(wǎng)，坡頂固定后，自上而下鋪設(shè)。網(wǎng)片距坡面保持 5～8 cm 的距離，用墊塊支撐。釘網(wǎng)：利用手用風(fēng)鎬打孔，孔內(nèi)灌漿，錨釘外露長度按照設(shè)計(jì)要求，鋪網(wǎng)及釘網(wǎng)效果見圖 4。

圖3 機(jī)械坡面整形

圖4 鋪網(wǎng)、釘網(wǎng)

3.3.3 噴射基質(zhì)及種子

本次噴植選取以鄉(xiāng)土植物為主、外來植物為輔的植物群落的種子，以適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境，植被建成后在景觀效果上接近自然，并與周邊山體景觀協(xié)調(diào)融合，噴播設(shè)備采用 HKP 型客土噴播機(jī)（圖 5）。本次噴植種子配方見表 1。

圖5 噴播設(shè)備

表1 噴植種子配方表

3.3.4 無紡布覆蓋

噴播植物種子后表面采用無紡布覆蓋。

3.3.5 養(yǎng)護(hù)管理

養(yǎng)護(hù)管理期為竣工后 2 a。初期注重澆水，出苗 15 d后，為了促進(jìn)草坪生長，應(yīng)施氮肥（5 g/m2）1 次，再過 10 d 施復(fù)合肥（15 g/m2）1 次。

4 結(jié) 語

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，本次高次團(tuán)粒噴播技術(shù)在某縣石灰?guī)r礦廢棄采石場(chǎng)裸露邊坡恢復(fù)治理實(shí)施中是可行的，達(dá)到了預(yù)期效果，可為同類型廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程提供參考。高次團(tuán)粒噴播技術(shù)的應(yīng)用有助于改善城市周邊礦山地質(zhì)環(huán)境，提高生態(tài)環(huán)境綠化修復(fù)效果和邊坡安全性，有效解決基巖裸露坡面植被恢復(fù)和水土流失問題，同時(shí)有助于美化周邊景觀、凈化空氣、恢復(fù)生態(tài)平衡，具有可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)。