河北省礦山邊坡復綠技術及其適用性分析

張兆長， 南貴軍， 郭 睿

(河北省地礦局 國土資源勘查中心,河北 石家莊 050081)

河北省是礦產資源開發(fā)大省[1],礦產資源開發(fā)為國民經濟和社會發(fā)展作出了重要貢獻,同時產生了嚴重的礦山地質環(huán)境問題。近年來,河北省政府不斷加大礦山地質環(huán)境保護與治理工作力度,開展了大量的礦山地質環(huán)境治理工作,取得了顯著成效[2]。在對全省已經治理礦山調研的基礎上,本文對礦山邊坡復綠技術及其適用條件進行了分析,以期為其它礦山邊坡生態(tài)修復提供理論依據。

1 礦山邊坡地質環(huán)境問題概況

全省由采礦引發(fā)的礦山地質環(huán)境問題十分嚴重,尤其是高陡裸露邊坡(即通常所說的“掌子面”、“白茬山”)地質環(huán)境問題更加突顯,嚴重破壞自然景觀的同時產生強烈的視覺污染，特別是石灰?guī)r礦山高陡邊坡一般多在交通干線兩側可視范圍內,其主要集中在昌黎—撫寧一帶、廊坊三河的掘頭山一帶、保定的滿城—順平一線、石家莊的鹿泉—井陘307國道兩側和邯鄲、邢臺等地區(qū)。

邊坡治理是礦山治理的重點和難點,由于礦山的開采及廢渣堆存,形成不同類型的邊坡。通過對已治理礦山的調查分析,礦山邊坡治理效果參差不一。究其原因,一是邊坡治理技術選擇不合理,對邊坡治理后的效果造成影響;二是河北省所處的地理位置,降雨量少、后期養(yǎng)護不善;三是投入資金所限,也造就了恢復治理技術適用性的局限性[3]。受到長期礦業(yè)開采影響,礦山水土資源環(huán)境遭受破壞,“缺水少土”,而土壤和水源恰恰是高陡硬巖邊坡復綠的兩個必不可少的條件,由此加大了治理項目實施的難度[4]。

2 礦山邊坡復綠技術

露天礦山邊坡治理一般遵循以下流程：整形固坡—基質改良—植被重建—景觀再造[5-7]。

整形固坡：此項工程一般為礦山邊坡復綠的基礎,通過削坡、錨桿支護、擋土墻、抗滑樁、格構錨固、圬工防護等方法來消除地質災害隱患,使邊坡穩(wěn)固并為復綠提供基礎條件。

基質改良：邊坡類型分為土坡和巖坡,一般達不到植被生長所需要的基質及肥力,通過覆土、施肥或提供植生材,恢復土地功能。根據相關覆土綠化技術規(guī)范要求,覆土厚度植草一般≥0.3 m,灌木一般≥0.5 m,喬木一般≥0.8 m。覆土來源主要有山皮土、地基開槽土、池塘淤泥、礦區(qū)周邊農田中的熟土等。

植被重建：根據生態(tài)環(huán)境的特點、植物生長習性、植被恢復難度、立地條件、植物演替理論,選擇相應的斜坡植物群落類型[8]。

景觀再造：可從尊重自然、顯露自然出發(fā),隨山就勢,應景改造,對采礦殘留的奇形怪狀、形態(tài)各異的采石邊坡采用“復綠留景修飾”,配合生物復綠技術,使邊坡融留景、添景和造景于一體。

2.1 邊坡整形復綠技術

邊坡整形主要根據邊坡的高度、寬度、坡度等現狀條件,通過改變邊坡坡率(坡度)與形狀，形成緩坡或臺階,在緩坡坡面或臺階上覆土進行相應的綠化。此技術消除了地質災害隱患,解決了坡面上的水土流失及植被復綠問題,并可根據景觀要求人為地營造分臺階的視覺效果。目前此技術在河北省應用比較廣泛,復綠效果明顯,例如河北省三河市東部礦區(qū)礦山地質環(huán)境治理示范工程,采用邊坡整形復綠技術取得良好效果(見圖1)。缺點是工程治理難度大、費用高,適用于治理資金充足和對復綠效果要求較高的礦山。

圖1 三河市東部礦區(qū)邊坡整形復綠景觀

2.2 噴播復綠技術

噴播復綠技術適用于60°以下的邊坡,根據不同的坡率又可分為普通噴播、液壓噴播(濕噴)、掛網客土噴播等[9]。

液壓噴播：是將草、灌木種子、木纖維、保水劑、粘合劑、肥料、染色劑等與水的混合物通過專用噴播機噴射到整治區(qū)域建植植被的高效植被恢復技術。適用于土質邊坡及廢礦堆場邊坡、較緩的巖質邊坡。一般用于土質邊坡,適宜的坡率為1∶1.50～1∶2.00,當坡率超過1∶1.25時應結合其他方法使用。每級坡高不超過10 m。由于氣候因素,該工藝較適合于冀中、冀南等年平均降水量在600 mm以上的地區(qū)。

掛網客土噴播：一般用于渣土質邊坡及較陡的巖質邊坡。適宜的常用坡度角應≤55°。當坡度角>55°時,應結合其他方法如爆破削坡降坡施工工藝[10]。適用于花崗巖、砂頁巖、片麻巖、板巖、石灰?guī)r等母巖類型所形成的不同坡度硬質巖面,是快速綠化石質邊坡的一項行之有效的高新技術。

普通噴播：同掛網客土噴播技術原理,差別是無需在坡面進行掛網。適用于≤35°的各種類型巖土質穩(wěn)定邊坡,河北省范圍內均適用。

2.3 綠色屏障復綠技術

由于礦山邊坡較陡,其它復綠技術不可行時,可采用在坡腳處堆坡或直接種植高大喬木或攀爬類植物達到遮擋綠化的效果,形成綠色屏障。該技術簡單易行、經濟環(huán)保,在河北省礦山治理中得到廣泛應用,取得了良好的復綠效果。此方法采用的常見喬木有新疆楊、側柏、國槐等,灌木有紫穗槐、沙棘、荊條等,攀爬類植物有爬山虎。

該技術的核心內容為植樹、栽植爬山虎等攀爬植物,綠化工程無需布置于邊坡之上,資金投入少,養(yǎng)護要求低,河北省范圍內應用廣泛。坡腳堆坡的復綠方法適用于廢石廢渣充足的采場高陡邊坡,可將廢棄物堆置于坡腳處,在保證坡體穩(wěn)定的前提下形成一個斜坡面,再進行坡面覆土綠化。例如石家莊市鹿泉區(qū)東胡申灰?guī)r礦,種植當地野葛和五葉地錦綠化,當年可生長17～25 m,起到良好的遮擋效果(見圖2)。

圖2 石家莊市鹿泉區(qū)東胡申灰?guī)r礦綠色屏障復綠效果

2.4 骨架護坡植被恢復技術

在漿砌片石或鋼筋混凝土框架護坡的區(qū)域,結合鋪植草皮、三維植被網、土工格柵、噴播植草、栽植苗木等方法進行邊坡植被恢復。片石骨架砌筑完成后,對骨架內部的碎石及雜物進行清理,然后在骨架內填充改良客土。

框架內填混凝土空心六角磚固土植草(灌)：在框架內滿鋪并漿砌預制的混凝土空心六角磚,然后在混凝土空心六角磚內填土植草(灌)。這種方法使回填土具有較強的穩(wěn)定性,能夠抵抗雨水的沖刷。適用于坡率為1∶0.30的巖坡[11]。

框架內設土工格室固土種植：框架內固定土工格室,并在格室內填土,掛三維植被網或鋪釘鐵絲網噴播,從而可在較陡的露采邊坡上培土0.20～0.50 m,以利植物成活。

框架內設土工格柵加筋固土種植：這是一種先在框架內用土工格柵加筋后填土,再掛三維植被網噴播或直接噴播的綠化方法。對于坡度<1∶0.50的邊坡,骨架內土工格柵加筋固土后掛三維網噴播綠化,對于邊坡坡率≤1∶0.75時,骨架內土工格柵加筋固土后直接噴播綠化,可不掛三維植被網。

輪胎固土護坡與綠化：利用廢舊輪胎將其固定在坡面上,覆客土,然后在其上面播種,以達到綠化坡面的目的[12]。把準備好的廢舊輪胎呈品字形排列于平整后的坡面,使輪胎與坡面緊密相接。把營養(yǎng)豐富的客土撒在輪胎內,使輪胎的空隙全部充滿土,并使客土高于輪胎 30～50 mm,然后壓實。適用于坡度≤45°的各種類型穩(wěn)定邊坡。

2.5 坡面開挖客土栽植復綠技術

在邊坡坡面爆破或開挖孔、穴、溝、槽等,增加坡面植被的根系生長空間,促進木本植物的生長及植物群落的營建;增加坡面植被的植生土壤厚度和邊坡土層的穩(wěn)定性,改善坡面植被生長條件;溝槽內蓄存的水分為植被正常生長提供了良好的生長條件。常見的技術有魚鱗坑復綠、打孔植生復綠、挖溝植草(灌)、刻槽復綠等。

魚鱗坑復綠技術：在露采邊坡巖體裂隙較多、邊坡坡面平整度較差、巖質疏松、溝槽面積較大或陡坡下部的平臺區(qū)域以一定的密度開鑿或砌筑魚鱗坑,并于其內覆土種植[13]。綠化種植采用喬木、灌木、藤本及草本植物相結合。挖掘(鑿)坑法是在巖體裂隙較多、巖質疏松的坡面上挖坑穴。圍堰砌筑法是在坡面較平緩的位置采用漿砌塊石圍筑。

打孔植生復綠技術：為增加邊坡巖面孔隙率,加強邊坡表層巖土的穩(wěn)定性,增強水土保持,在高陡及光滑巖面上,采用打孔植生施工工藝,以保證植被生長的長期穩(wěn)定,促進植被的自我演替,使之與周邊自然生態(tài)環(huán)境相協調。在每個所打的孔內填滿營養(yǎng)土、腐殖土,在其邊坡上進行掛網客土施工,并在植生孔中扦插藤本。例如石家莊市鹿泉區(qū)北山礦區(qū)邊坡治理工程部位為掌子面陰坡,巖性為奧陶系灰?guī)r,通過打孔植生復綠,取得了一定的效果(見圖3)。

圖3 石家莊市鹿泉區(qū)北山礦區(qū)打孔植生復綠景觀

挖溝植草(灌)技術：在坡面上按一定的行距人工開挖楔形溝,在溝內回填改良客土,并鋪設三維植被網,然后進行噴播綠化的一種植草(灌)護坡技術。與傳統的溝播或穴播植草(灌)不同,這里所指的挖溝植草(灌)是將傳統的溝播、三維植被網和液壓噴播三種植草(灌)護坡方法有機結合,兼顧三者的優(yōu)點,實現優(yōu)勢互補[14]。

刻槽復綠技術：在較陡巖質坡面上,按一定高度、寬度和深度刻槽,其內覆土及種植,以提高陡立邊坡巖面綠化效果。開鑿溝槽的布置應沿坡面走向水平布置,盡可能保持連續(xù),槽體寬度一般為0.80～1.00 m,不宜太寬,以減少對槽體上部巖體的破壞程度,槽體深0.60～0.80 m,垂直高度間隔為5 m左右。

2.6 柔性生態(tài)護坡技術

柔性生態(tài)護坡技術是集土木工程和生態(tài)環(huán)保綠化為一體的系統工程,該系統由充填土的生態(tài)袋組成擋土結構,生態(tài)袋之間由抗老化連接帶或連接板相互連接成整體柔性結構,在生態(tài)袋內外采用混播、噴播、壓播、插播、內粘播進行綠化,形成整體的生態(tài)柔性擋土結構。該系統由抗老化的高分子化學纖維材料和自然土體組成,而不用鋼筋水泥等高能耗和破壞環(huán)境的傳統建筑材料。

植生袋堆疊復綠技術：此技術是把土壤、保水劑、樹種等按照相應的要求裝入生態(tài)袋,采用生態(tài)袋和連接板或連接繩進行堆疊,必要時加上砂漿加固,組成穩(wěn)定、永久的生態(tài)邊坡[15]。適用于常年不過水或短期過水,高度5 m以下的巖土質邊坡。

植生帶邊坡植被護坡技術：將植物種子按一定比例均勻地播撒在兩層布質或紙質無紡布中間,然后通過行縫、針刺及膠粘等工藝,將尼龍防護網、植物纖維、綠化物料、無紡布密植在一起而形成的一種特制產品[16]。植生帶材料及品種有稻草植生帶、綠生REEFING NET、綠生NET、綠生BAG、綠生FIBER等。適用于坡度≤60°土質和巖質邊坡,且坡高一般不超過10 m的穩(wěn)定性邊坡。

植生毯復綠技術：植生毯通常分為普通植生毯、加筋植生毯及肥料胎植生毯三種形式。能有效防止水土流失,施工效率高,具有明顯的生態(tài)功能,同時,又具有一定的防護功能。適用于自然土質邊坡、自然土石混合邊坡或回填土質邊坡,通常坡率≤1∶1。

2.7 飄臺復綠技術

坡度在60°以上的邊坡,坡度較為陡峭,存土條件差,無法進行爆破,又急需改善視覺效果時,可采用飄臺復綠技術。此技術是一種專門針對高、陡巖質邊坡快速生態(tài)修復的新型綠化技術。經過實踐對比,該技術是針對坡度>60°的巖質邊坡快速生態(tài)修復、水土保持和美化環(huán)境的最為有效的方法之一。比較成功的案例是燕山礦山環(huán)境治理技術攻關試驗項目——河北省灤縣椅子山生態(tài)環(huán)境恢復治理,在掌子面上每10 m高錨固澆筑混凝土形成飄臺蓄土空間,在飄臺上種植側柏及上爬下掛的攀爬類植物(見圖4)。

圖4 河北省灤縣椅子山飄臺復綠效果

3 復綠技術適用性分析

邊坡復綠是采取工程和生物措施,主要針對露天開采礦山及地下開采礦山地表工程區(qū)域所形成的各類開采邊坡的治理、綠化。礦山邊坡復綠受到各方面因素的制約和影響,主要影響因素有邊坡所處的地理位置、投入的資金、邊坡類型、邊坡坡度、邊坡高度等。綜合考慮各類礦山邊坡復綠技術的資金投入以及施工工藝等,對復綠技術的適用條件進行了分析，見表1。

渣土質邊坡整治工程內容主要包括：改變邊坡坡率(坡度)與形狀、邊坡防護加固工程、邊坡排水工程等。條件允許時,應優(yōu)先考慮采用坡率法。如果穩(wěn)定性較好,則多采用鋪草皮、噴播植草、三維網植草防護、魚鱗坑、穴播等綠化技術;如果要考慮防止沖刷或一定的造型,可采用骨架+噴播植草防護;如果穩(wěn)定性較差,可以選擇框架錨桿+噴播植草做坡面防護。

表1 礦山邊坡復綠技術適用條件分析表

巖質邊坡主要采用的復綠技術有：邊坡整形復綠、三維植被網、掛網客土噴播、挖溝植草(灌)、植生袋邊坡植被、刻槽復綠、打孔植生復綠、骨架護坡綠化等。由于各種礦山復綠技術均有其獨特的適用條件,比如打孔植生、飄臺復綠技術等施工難度大、工程造價高，對后期養(yǎng)護要求較高,其他邊坡復綠技術施工難度較小,工程造價相對較低,養(yǎng)護方便,在短期內可以達到良好的復綠效果。因此在選擇復綠技術時應根據所處的地理位置及氣候條件靈活選擇。

河北省太行山中部地區(qū)尤其是石家莊、保定地區(qū)以石灰?guī)r開采為主,大部分為堅硬較完整的高陡邊坡,因此廣泛采用邊坡整形復綠技術、坡面開挖客土栽植復綠技術、噴播復綠技術、綠色屏障復綠技術等,并配置相應的灌溉系統,如以抽取地下水為主要水源的節(jié)水滴灌系統或節(jié)水型自動控制滴灌系統[17]。張承地區(qū)巖質以片麻巖類邊坡為主,宜采用柔性生態(tài)護坡技術、魚鱗坑復綠技術、骨架護坡植被恢復技術等。

總之,根據不同的邊坡類型特征,在保證邊坡穩(wěn)定性的前提下選擇最優(yōu)復綠技術,達到最好的生態(tài)環(huán)境復綠效果。

4 結論

本文針對河北省礦山開采邊坡復綠技術進行了研究,根據不同邊坡類型對其適用性進行了分析。目前常用的復綠技術有：邊坡整形復綠技術、噴播復綠技術、綠色屏障復綠技術、骨架護坡植被恢復技術、坡面開挖客土栽植復綠技術、柔性生態(tài)護坡技術、飄臺復綠技術等。具體選擇時應考慮邊坡特征、資金投入以及施工工藝等因素。通過本文分析探討,以期為類似的礦山邊坡生態(tài)復綠提供參考與借鑒。