露天鐵礦干排尾礦庫邊坡修復(fù)技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

方曉明

（沈陽環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110169）

近年來，各級政府及有關(guān)部門對礦區(qū)生態(tài)治理、修復(fù)的重視程度和投入力度均在不斷增加。但是由于調(diào)研不充分、規(guī)劃不科學(xué)、植物選型不當(dāng)?shù)仍?，?dǎo)致生態(tài)修復(fù)成效不理想。如果礦區(qū)生態(tài)不能及時(shí)恢復(fù)，除了會破壞自然環(huán)境外，還會對礦區(qū)及周邊人群的健康安全構(gòu)成威脅。因此，因地制宜做好礦區(qū)庫邊坡修復(fù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上將各項(xiàng)生態(tài)修復(fù)措施落地實(shí)施，才能盡快恢復(fù)受損生態(tài)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的綠色和可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

某露天鐵礦所在地區(qū)屬于石質(zhì)山區(qū)。以花崗巖為主，大陸性季風(fēng)氣候，降雨集中在7-9 月份，暴雨頻率較高，容易出現(xiàn)水土流失。尾礦庫坡面總面積超過5800 平方米，邊坡上松散石塊較多，由于多年的雨水沖刷、土壤稀少，不利于植被生長，修復(fù)難度較大。

2 尾礦庫邊坡修復(fù)方案的規(guī)劃原則

由于該礦區(qū)尾礦庫邊坡生態(tài)受損的原因復(fù)雜，治理難度較大，為了縮短修復(fù)周期、降低治理成本，并且保證植被成活率，應(yīng)基于前期的地質(zhì)勘察資料，做好科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。在編制邊坡修復(fù)方案時(shí)，遵循了以下原則：第一，因地制宜，穩(wěn)定為主。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，邊坡土壤稀少、石塊較多，無法直接播種或栽樹，因此在生態(tài)修復(fù)時(shí)應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)，才能防止做“無用功”。還有就是優(yōu)先保證邊坡穩(wěn)定，防止石塊掉落。第二，經(jīng)濟(jì)性和節(jié)約性原則?？紤]到尾礦庫邊坡面積較大，需要控制修復(fù)成本，因此必須要考慮規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性。另外，還要盡量節(jié)約用材，包括樹苗、樹種以及三維網(wǎng)等材料，也要盡量節(jié)約使用，符合節(jié)約環(huán)保理念。第三，合理配置，保證生態(tài)穩(wěn)定。優(yōu)先考慮鄉(xiāng)土樹種，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力，成活率較高。也可適當(dāng)引進(jìn)一些性狀優(yōu)良、耐貧瘠的樹種，例如紅葉楊、檸條、荊條、刺槐等，即便是干旱、貧瘠的環(huán)境下，也能正常生長。

3 邊坡修復(fù)技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 擋墻設(shè)計(jì)

為防止邊坡滾石掉落砸傷過往車輛及行人，本次工程中坡腳處設(shè)置擋墻。以鋼絲編織石籠，將石塊填充在內(nèi)，既保證堅(jiān)固性，又具備擋土、透水的效果。在設(shè)計(jì)方案中，擋墻距離坡腳約1.5m 的距離。石籠采用直徑為2mm 的鋼絲編織而成，呈圓筒狀，截面直徑50cm，長度2.0m，網(wǎng)孔規(guī)格為20cm×20cm。填滿石塊后成“一”字型于坡腳處橫向排列。

3.2 排水溝設(shè)計(jì)

除了雨水直接沖刷邊坡外，坡頂、兩側(cè)雨水匯集之后，進(jìn)入到坡面也會對邊坡造成破壞。因此，在邊坡修復(fù)工程中做好排水溝設(shè)計(jì)也十分重要。在坡頂上設(shè)置橫向截水溝，寬為1.0m，深為0.6m，截水溝內(nèi)部采用水泥砂漿抹面，保證排水順暢，防止土體坍塌造成堵塞。在邊坡兩側(cè)也設(shè)置排水溝，沿著坡面自上而下直到底部。這樣就保證了坡頂積水可以沿著兩側(cè)的排水溝直接進(jìn)入到跛腳馬道，對緩解坡面水土流失問題效果顯著。為了解決坡面上雨水沖刷帶來的水土流失問題，在坡面上設(shè)置3 道急流槽，每道急流槽處可堆放生態(tài)袋，起到擋土作用。

3.3 坡面治理規(guī)劃

根據(jù)邊坡坡度不同，采取的修復(fù)技術(shù)也是有一定差異的。例如，對于坡度在15°以下的緩坡，如果立地條件較好，表層有少量土壤，可采用鋪設(shè)生態(tài)毯，或無土混合纖維植被復(fù)綠技術(shù)；如果坡面土壤極少，以石塊為主，可采用三維網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)。對于坡度在15-45°之間的坡面，若坡面有少量土壤，可選擇生態(tài)毯、生態(tài)棒護(hù)坡技術(shù)，或加筋土工網(wǎng)墊護(hù)坡技術(shù)；若坡面土壤極少，以石塊為主，可采用蜂巢格室護(hù)坡、掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)。對于坡度超過45°的陡坡，如果是土質(zhì)坡面，選擇加筋土工網(wǎng)墊護(hù)坡、混凝土框架梁護(hù)坡；如果是石質(zhì)坡面，選擇掛網(wǎng)客土噴播、聯(lián)體植生墊護(hù)坡技術(shù)。無論選擇哪種護(hù)坡技術(shù)，在實(shí)際施工前均要求做好坡面治理，將表層松動的碎石、浮石等清理干凈。若坡面實(shí)在過于陡峭，可采用削坡穩(wěn)定方式。本次工程中，經(jīng)過削坡后邊坡垂直高度6.71m，邊坡的坡度為28.5°，坡比1:1.4。

3.4 植被修復(fù)方案

考慮到該工程中待修復(fù)坡面的面積較大，加上不同地區(qū)的地質(zhì)情況存在差異，為保證修復(fù)效果，在完成坡面治理后，將其分為A、B、C 三塊。其中A 塊主要使用生態(tài)毯、生態(tài)棒修復(fù)技術(shù)，B 塊主要采取蜂巢格室、三維網(wǎng)噴播技術(shù)，C 塊主要使用生態(tài)袋、掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)。具體情況如如圖1 所示。

圖1 尾礦庫邊坡修復(fù)規(guī)劃方案

3.4.1 生態(tài)植被毯

使用復(fù)合材料編織形成的防護(hù)毯，網(wǎng)格孔徑為1cm×1cm，在掛毯前將灌木、草本植物的種子灑在網(wǎng)格中，同時(shí)向網(wǎng)格中加入適量的營養(yǎng)土，然后將生態(tài)植被毯平鋪在坡面上。在四個(gè)角上使用U 型釘進(jìn)行固定，相鄰兩塊生態(tài)毯搭接處，要重疊約15cm。使用生態(tài)植被毯的優(yōu)勢在于提高了坡面的粗糙程度，對減少坡面徑流效果明顯。同時(shí)，在網(wǎng)格中加入營養(yǎng)土，因此即便是在土壤極度貧瘠的坡面，也不影響灌木、草本植物的正常生長，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)。還有就是施工十分方便，修復(fù)作業(yè)速率較快，適合坡比不超過1.5 的坡面。生態(tài)棒是生態(tài)植被毯的一種改良形式，是一種直徑為10cm 的棒狀結(jié)構(gòu)，一側(cè)有草種，可直接在坡面上按照順序擺放，具有更長的使用壽命。

3.4.2 蜂巢格室

蜂巢格室的組成材料是高密度聚乙烯，采用熱熔焊接的方式形成三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。格式的高度在15cm 左右，六邊形格子的邊長為5cm。在安裝蜂巢格室前，應(yīng)保證坡面平整，然后按照規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，標(biāo)記出安防位置。放置后，在邊角位置處使用U 型釘進(jìn)行固定。然后將準(zhǔn)備好的營養(yǎng)土均勻的倒入各室內(nèi)。填土厚度一般為格室高度的1/2，即7-8cm 左右。分兩次填入，第一次填土3cm，然后加入草種，繼續(xù)填剩余的土。在邊坡修復(fù)技術(shù)中，蜂巢格室護(hù)坡的優(yōu)勢在于材料性能優(yōu)良，耐磨損效果較好。特別是在一些以石塊為主的坡面，能夠有效延長使用壽命。除此之外，蜂巢格室為工廠預(yù)制，現(xiàn)場直接敷設(shè)、固定，加入土和草種即可完成修復(fù)，施工效率高。

圖2 蜂巢格室示意圖

3.4.3 三維網(wǎng)噴播

三維網(wǎng)是由聚乙烯材料加工制成的土工網(wǎng)材料，它融合了傳統(tǒng)土工網(wǎng)護(hù)坡和植被護(hù)坡的有點(diǎn)，尤其適用于一些高陡邊坡的生態(tài)修復(fù)和安全防護(hù)。其施工流程為：完成坡面整理后，將三維網(wǎng)掛在坡面上，掛網(wǎng)之后使用專用錨桿于邊角處固定。利用三維網(wǎng)提供的附著力，在表面覆蓋一層土壤，厚度大約為10cm，然后在土層表面噴播草種。之后再覆蓋一層土壤，厚度控制在10-15cm。條件允許的情況下，可在土層表面覆蓋一層纖維布，或者秸稈，然后灑水，為種子萌發(fā)創(chuàng)設(shè)有利條件。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 三維網(wǎng)噴播示意圖

從應(yīng)用效果來看，三維網(wǎng)噴播護(hù)坡技術(shù)的優(yōu)勢在于抗沖刷效果好，并且材料成本低廉，現(xiàn)場掛網(wǎng)施工方便。另外，致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于植物根系的附著，對提高水土保持效果，減輕暴雨沖刷和侵蝕有積極作用。還有就是黑色的聚乙烯材料具有吸熱保溫的功能，對加速種子萌發(fā)、促進(jìn)植物生長也有一定的效果。

3.4.4 生態(tài)袋

生態(tài)袋內(nèi)裝有營養(yǎng)元素豐富的土壤，土壤中摻有植物種子。在邊坡修復(fù)施工中，將生態(tài)袋按照順序自下往上依次排放，既可以起到攔擋、防護(hù)的功能，同時(shí)在袋內(nèi)種子發(fā)芽之后，又可以達(dá)到綠化邊坡、恢復(fù)植被的效果。本次工程中使用的坡面生態(tài)袋尺寸為50cm×80cm。袋內(nèi)裝滿土壤后，厚度約為15cm，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 生態(tài)袋結(jié)構(gòu)示意圖

基于生態(tài)袋的邊坡修復(fù)技術(shù)，其優(yōu)勢在于每個(gè)袋子就是一個(gè)獨(dú)立的植物生長環(huán)境，擺脫了對邊坡土質(zhì)的依賴性，可適用于一些貧瘠坡面。同時(shí)，生態(tài)袋可以預(yù)制，形狀規(guī)則，易于擺放。

3.5 植物的選型與配置

3.5.1 植物種類

在選取邊坡綠化植物時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮本地品種。如果本地品種較少，可適當(dāng)引進(jìn)外來品種，以增加生物多樣性，保證尾礦庫邊坡生態(tài)的穩(wěn)定性。鑒于邊坡立地條件較差，因此不宜栽種大型的喬木，應(yīng)當(dāng)以灌木和草本植物為主。再結(jié)合該鐵礦所在地區(qū)的生物資源，可供選擇的護(hù)坡植被有以下幾種：山杏、虎榛子、胡枝子、山桃、荊條、偃柏、白蓮蒿、羊茅草等。這些植物均具有耐旱、耐貧瘠的特性，在比較惡劣的自然環(huán)境下，也可以保持較高的存活率和較好的長勢，可以作為尾礦庫邊坡修復(fù)的優(yōu)選品種。

3.5.2 植物配置

在確定適合該礦區(qū)邊坡修復(fù)的樹種后，還要綜合考慮成本、操作難度、后期養(yǎng)護(hù)、生態(tài)穩(wěn)定等各項(xiàng)因素。經(jīng)過篩選后，灌木類植物3 種，分別是山杏、荊條和白蓮蒿；草本類植物3 種，分別是葦狀羊茅、堿茅、小紅菊，見表1。根據(jù)每種植物的生物特性，確定播種量，保證密度均勻、適宜。

表1 植物配置表

4 結(jié)論

露天鐵礦經(jīng)過多年開采后，尾礦庫邊坡植被因?yàn)榄h(huán)境污染、生態(tài)破壞等原因，已經(jīng)變得十分稀疏。加上水土流失導(dǎo)致生存環(huán)境變差，進(jìn)入惡性循環(huán)，開展邊坡生態(tài)修復(fù)刻不容緩。在做好地質(zhì)調(diào)查和進(jìn)行坡面治理后，做好擋土墻與排水溝設(shè)計(jì)，有效防止雨水沖刷和水土流失。在此基礎(chǔ)上，合理選擇生態(tài)植被毯、蜂巢格室、三維網(wǎng)噴播等護(hù)坡技術(shù)，同時(shí)盡量搭配本地植物，讓邊坡植被得到恢復(fù)，生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。