免客土噴播技術在礦山排土場的應用

金凌霄，吳婷婷

（1.蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.馬克菲爾（長沙）新型支檔科技開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著綠色礦山建設以及生態(tài)修復的呼聲越來越高，礦山裸露邊坡、排土場邊坡、尾礦庫封場邊坡等工程的生態(tài)綠化要求越來越高，生態(tài)綠化狹義就是對邊坡進行植被恢復，且植被恢復的目的就是遏制生態(tài)環(huán)境惡化，改善脆弱生態(tài)系統(tǒng)、防止水土流失和生態(tài)系統(tǒng)退化。但傳統(tǒng)的格構梁、護坡骨架等圬工防護結構在礦山復雜地形情況下不僅施工困難、進展緩慢，而且許多邊坡表面松散，圬工防護結構施工后易出現(xiàn)底部掏空、局部滑塌等病害，不能保證防護的可靠性；而傳統(tǒng)的客土噴播綠化方案也可能存在如下問題：①在廣泛的石漠化嚴重區(qū)域，表土資源極其缺乏，就近取土來源成為問題，或者需要遠距離取土。②開挖取表土會破壞取土點周邊環(huán)境，特別是對生態(tài)脆弱區(qū)的影響極大，屬于“挖東墻補西墻”。③取土、運土過程中帶來的大氣、路面環(huán)境污染。運土一定程度上受城管、交管部門的管制影響。④堆土導致底層土壤板結，微生物活性降低。大量底層土無法使用造成浪費[1]。

在實際工程應用中，礦山排土場主要為土石混合類邊坡，該類邊坡的特點是適合植被生長的土壤顆粒少，往往呈現(xiàn)質(zhì)地砂化、有機質(zhì)含量偏低的特點。同時坡體松散，容易受到徑流沖刷發(fā)生破壞。

此類邊坡若想達到預想的綠化效果，基于已有邊坡防護方案存在的缺陷，工程界亟需引薦新的綠化防侵蝕技術?；谕潦愡吰缕碌淄馏w的性質(zhì)，從邊坡土體改良、播種植生需求、防侵蝕控制要求等方面引入了免客土噴播綠化技術。該技術在四川某有色金屬礦山排土場的成功實施為其在高陡土石類邊坡中的應用提供了有效支撐。

1 免客土噴播技術介紹

1.1 免客土的概念

免客土技術的概念是相對于客土植生技術而言，即不以人工土壤作為主要的播種介質(zhì)和生長介質(zhì)的植生技術。

值得加以區(qū)別的是，免客土技術不等同于無土栽培技術，免客土技術強調(diào)的是不用客土，而是對邊坡既有的表層巖土進行充分的利用或改良。

1.2 免客土方案介紹

實現(xiàn)免客土技術的主要材料為土壤增活有機基質(zhì)和高性能生態(tài)基材。

1.2.1 土壤增活有機基質(zhì)

土壤中的有機質(zhì)是分解變質(zhì)的產(chǎn)物，可降低粘性土的緊實度，改善砂土和粉土的結構，保持營養(yǎng)和水分。穩(wěn)定的腐殖質(zhì)混合物具有許多陽離子或更高的陽離子交換量。低有機質(zhì)意味著低陽離子交換量和N缺乏，脅迫長期植物健康。

理想的土壤一般需要含3%-5%的有機質(zhì)才可保證植被的最優(yōu)生長。而在實際工程應用中，一般的土石邊坡或工程類土質(zhì)邊坡，表層土體中的有機質(zhì)含量均低于1%。這個也是為什么我們在土石類邊坡采用客土噴播綠化的原由。

其中土壤增活有機基質(zhì)可以讓土壤與有機質(zhì)所具有的生物活性水平大幅提升，伴隨植被的覆蓋和之后營養(yǎng)成分的循環(huán)進而讓土壤架構產(chǎn)生變化。輔助構建土壤的A與O層，創(chuàng)造植被再次生長的環(huán)境，加快植被的恢復速度。在土壤所包含的成分發(fā)生一定變化的基礎上，為植物創(chuàng)造優(yōu)良的生長條件。促進植被快速生長，維持長期有效的植被成坪效果。

圖1 土壤增活有機基質(zhì)

1.2.2 高性能生態(tài)基材

播種植生層是指將植被種子（樹木種子、花朵種子、草種子）亦或植被的組成部分（比如莖、比如芽）等通過一定的處理之后與水融合在一起，且添加科學比重的專業(yè)配料（主要包含紙漿、保水劑、肥料、木纖維覆蓋物、粘合劑、色素等），經(jīng)過噴植機的充分拌合，依托高壓泵體的作用，將種子噴播到坡面亦或地面的一種先進的栽種植物的方式。

其中高性能生態(tài)基材為標準化生產(chǎn)的天然無害組合配方噴播材料，其構成要素有生長促進劑、高分子聚合物、精細熱致木纖維、微孔顆粒、互鎖的人造纖維、保水基等，與種子混合后利用液力噴播方式施工，能在坡面構成對種子進行勻稱包裹的有利于植物發(fā)育的纖維毯，在改進土壤條件、保持土壤水分與溫度、增快植被發(fā)育、增強根系發(fā)展等方面有顯著優(yōu)勢，進而取得迅速成坪的理想的綠化成效。

圖2 高性能生態(tài)基材

1.3 防侵蝕技術

我們的防侵蝕技術的主要材料為加筋麥克墊，屬于物理防護。加筋麥克墊[2]屬于防護產(chǎn)品，具有突出的抗侵蝕功能，其是利用抽絲熱粘工藝把雙絞合六邊形鋼絲網(wǎng)與聚合物網(wǎng)絲粘合在一起的強度大并且富含空隙的土木工程材料，其中六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)有較為突出的抗拉性能，可以擔負比較陡峭的坡面表土下降的力量和本身的重量，另外和規(guī)格相同的單絞合鋼絲網(wǎng)比較，這種鋼絲網(wǎng)的網(wǎng)面強度更大，總體性能更優(yōu)良。植物發(fā)育的初期，將加筋麥克敷設在坡面，第一時間做好防護，保護土壤不受風雨的影響，避免坡面表層土在植被發(fā)育以前流失；植物發(fā)育之后，根系的發(fā)展能夠提升穩(wěn)固性，讓其能夠?qū)Ω盖偷钠旅孢M行保護，并對坡面徑流的流動速度進行控制，另外還會形成不帶有任何人工雕琢痕跡的邊坡外觀[3]。由于這種土工復合材料相對高的粗糙度和通透性，其表面允許流水帶來的沉淀物的自然沉積，給植物生長提供了一個很有利的條件。

圖3 加筋麥克墊

2 工程案例

2.1 項目背景介紹

四川某有色金屬礦山排土場初始啟用于七十年代末，設計容量1000×104m3，填土占地面積約136554m2，堆渣體體積約560×104m3，最大填土厚度110m，邊坡坡面面積67832m2，最終該排土場剩余廢石、廢土約440×104m3，排土場頂標高約2120m，底標高約1856m，堆積體高度約264m。

由于各種原因，導致該排土場坡面未采取工程措施治理，雨季時在坡肩處易出現(xiàn)局部滑塌和受坡面水沖蝕。嚴重影響當?shù)丨h(huán)境和企業(yè)未來的發(fā)展。為有效解決上述問題，使得該礦山實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，該礦山企業(yè)會同地區(qū)人民政府對該有色金屬礦山原來的歷史遺留問題進行綜合治理。

邊坡周邊原始植被繁茂，以灌木和地被植物為主。蒸發(fā)量大于降水量；紫外線強烈，晝夜溫差大，地溫低；氧氣稀少，干燥多風；冬季持續(xù)低溫干旱。砂石多、土質(zhì)差、保水差，不利于植物成活。土壤粘粒較少，缺乏粘性，在雨季容易受到雨水徑流沖刷形成沖溝，由于山勢高陡，侵蝕現(xiàn)象越發(fā)嚴重。地勢崎嶇，養(yǎng)護難度高。

2.2 邊坡設計理念

充分利用土石邊坡自身強度，采用分級放坡與排水工程相結合，保證邊坡在分級放坡以后整體穩(wěn)定性達到規(guī)范要求，充分結合綠色礦山的理念，把邊坡治理思路與生態(tài)文明建設有機結合，采用免客土噴播綠化技術開展邊坡植被恢復，快速恢復土石邊坡植被，充分利用后期植物根莖與加筋麥克墊形成的盤根錯節(jié)生物網(wǎng)絡進行固土，阻止邊坡表層滑塌，綠化邊坡，減少或盡可能不使用結構性阻滑工程對邊坡坡面進行約束，在美化環(huán)境的同時最大程度節(jié)省工程投資。

圖4 工程布置平面圖

圖5 工程剛實施完后俯視圖

圖6 施工完后1年半效果

2.3 后期綠化

立足于功能維度，目標植物群落[1]能夠分成：①穩(wěn)定性突出的群落：主要是依托高大植被構成的具有顯著防災性能的群落；②與周邊環(huán)境融合的群落：可以對景觀進行有效維護與讓周邊環(huán)境的以改進的群落；③有利于自然環(huán)境恢復的群落：能夠較快生態(tài)恢復的進程；④對工作量進行管控的群落：對資金與作業(yè)情況進行管理的群落。

因此此次礦山排土場綠化目標以草灌結合為主，在前期，利用草本植物發(fā)芽快的特點進行邊坡綠化，后期以灌木為主形成長期穩(wěn)定的邊坡效果。

3 免客土噴播方案優(yōu)勢

3.1 抗侵蝕能力強

性能突出的生態(tài)基材構成的覆蓋層可以避免土顆粒被風刮走，或者被降水沖刷掉，而且本身對于風雨有很強的抵御水平。加筋麥克墊對坡面侵蝕防護有極大的提高，不僅能抵抗風雨的侵蝕，還能抵抗較小匯水徑流對基材和表土的沖刷，植物生長后與之形成的組合防護層使得防護能力進一步加強。

3.2 植被恢復速度快

方案中使用的植被生長促進劑包括有大量的腐殖酸、土壤滲透劑，和有利于土壤肥力提升的微生物，可以提升土壤滲透水平與水分保持水平，加快營養(yǎng)物質(zhì)吸收與轉(zhuǎn)化的速度。其的明顯成效是減短種子的出芽時長，增快根系發(fā)育和提升植被成長為坪的效率。

3.3 施工便捷快速

加筋麥克墊采用人工攤鋪和固定，施工效率高，緩坡人均一個工作日可完成200平米，陡坡減半。基材噴播綠化采用先進的設備進行施工，機械化程度高，標準化工作效率高，天氣、供水、交通條件滿足情況下一臺機器一個工作日可完成3000平米。

3.4 施工質(zhì)量易控可靠

加筋麥克墊為國家專利產(chǎn)品，生產(chǎn)參數(shù)嚴格把控，產(chǎn)品出廠合格證明并有標簽可追溯生產(chǎn)環(huán)節(jié)?；慕M合材料在生產(chǎn)單位依照恰當?shù)谋壤旌锨疫M行包裝，包裝環(huán)節(jié)對于運送和儲存期間不對材料造成任何程度的毀壞進行了深入考量，現(xiàn)場打開便能夠立刻使用，不用添加其他物質(zhì)，防止工人素養(yǎng)良莠不齊造成的質(zhì)量差別問題產(chǎn)生。施工的過程中噴播設施把材料完全攪拌，而且材料有自身獨特的顏色，能夠防止用料不夠的問題發(fā)生[4]。

4 結論

免客土噴播綠化技術與常規(guī)的綠化護坡方式相比具有適用范圍廣、結構安全性強、耐沖刷、壽命長、施工便捷、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點，值得在土石類、貧瘠類邊坡中進行大范圍的推廣，是一種更輕型化、標準化的技術手段。因此在植被恢復技術的選擇上，有條件的邊坡優(yōu)先選擇免客土技術，重視加強防侵蝕技術。