芻議廢棄礦山邊坡鉆孔植草施工技術(shù)

石 橋， 曾 建， 仵 凌 豐

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

某工程項(xiàng)目地處衢江區(qū)上方鎮(zhèn)境內(nèi)，上方鎮(zhèn)依托豐富的礦產(chǎn)資源和交通便利條件大力發(fā)展鈣產(chǎn)業(yè)，形成了從“原料采掘-原料冶煉-生產(chǎn)加工”相對(duì)健全的鈣產(chǎn)業(yè)鏈條。但由于不規(guī)范開采與加工造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，裸露的邊坡與窯址不同程度地存在地質(zhì)環(huán)境危害與地質(zhì)災(zāi)害隱患，同時(shí)壓占大量的土地，造成土地資源的極大浪費(fèi)。

該工程建設(shè)內(nèi)容包括礦山生態(tài)修復(fù)工程以及礦地及未利用坡地連片復(fù)墾工程。綜合治理范圍為7 259.17畝，其中邊坡支護(hù)及生態(tài)修復(fù)總面積為10 08744 m2，植草孔內(nèi)苗木種植數(shù)量達(dá)180余萬株。闡述了針對(duì)廢棄礦山邊坡鉆孔植草采用的施工技術(shù)。

2 植草施工方案研究

2.1 國(guó)內(nèi)目前針對(duì)廢棄礦山邊坡采用的主要生態(tài)修復(fù)措施

(1)客土種子噴播技術(shù)。

①適合于坡度<45°的邊坡；②對(duì)于風(fēng)化巖邊坡，客土種子噴播技術(shù)需鋪設(shè)三維網(wǎng)。為滿足三維網(wǎng)鋪設(shè)施工條件，邊坡應(yīng)滿足以下要求：挖方邊坡應(yīng)完成該級(jí)邊坡工程施工，在邊坡開挖達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，于平臺(tái)截排水和平臺(tái)封閉施工前進(jìn)行；填方邊坡應(yīng)在該級(jí)邊坡回填施工完成、邊坡整坡工程結(jié)束之后進(jìn)行[1]。

(2)噴混植生技術(shù)。噴混植生技術(shù)可以分為掛網(wǎng)和不掛網(wǎng)兩種，其具體適用范圍應(yīng)滿足下列要求：掛網(wǎng)噴混適用于坡度45°～70°且綠化覆蓋率要求大于90%的巖質(zhì)陡坡快速綠化；不掛網(wǎng)噴混適用于坡度<45°且綠化覆蓋率要求不高(60%以上)的巖質(zhì)斜坡或陡坡綠化[2]。

(3)植生網(wǎng)和植生毯墊技術(shù)。適用于坡度<45°的土壤貧瘠巖質(zhì)邊坡的生態(tài)恢復(fù)，施工前應(yīng)平整邊坡。

(4)植生袋技術(shù)。適用于坡度45°～75°的土壤貧瘠巖質(zhì)陡坡的生態(tài)恢復(fù)，施工前應(yīng)平整邊坡。

(5)植生盆技術(shù)。適用于巖石堅(jiān)硬、巖面不平整、裂隙和微地形充分發(fā)育的巖質(zhì)陡坡，最適宜坡度為50°左右的邊坡；施工前，應(yīng)平整邊坡，清理松石。

(6)飄臺(tái)種植槽技術(shù)。適用于坡度>60°的中等風(fēng)化和微風(fēng)化的巖質(zhì)陡坡或特陡坡，需利用腳手架現(xiàn)澆混凝土種植槽板[3]。

2.2 對(duì)項(xiàng)目周邊城市廢棄礦山邊坡成功的生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地調(diào)查

在接受衢江區(qū)上方鎮(zhèn)全域土地綜合整治及生態(tài)修復(fù)工程—EPC工程施工總承包任務(wù)委托后，項(xiàng)目部派出技術(shù)人員隨同由衢江區(qū)自然資源和規(guī)劃局組織的考察團(tuán)對(duì)項(xiàng)目周邊臨近的生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)城市——湖州長(zhǎng)興和浙江蕭山等地進(jìn)行了實(shí)地考察，以期將這些試點(diǎn)城市的成功、先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)用于該項(xiàng)目。

經(jīng)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)：湖州長(zhǎng)興生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目雖然達(dá)到了基本恢復(fù)原生態(tài)的目的，但該項(xiàng)目區(qū)地處低緩丘陵地帶，山高普遍在幾十米以內(nèi)，采用的工藝是“自上而下削坡加噴混植生”，這種工藝在國(guó)內(nèi)已經(jīng)很成熟且項(xiàng)目經(jīng)過多年運(yùn)營(yíng)，人為施作的植物群落已與周邊環(huán)境相適應(yīng)[4]。

而杭州蕭山生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目雖然修復(fù)后未能完全恢復(fù)到原生態(tài)，但邊坡的綠化率也達(dá)到了百分之九十以上，基本上看不到人為處理過的痕跡，其采用的工藝是“自上而下削坡+防腐板材平臺(tái)(或者混凝土框格梁)加植生袋”，這種工藝工期長(zhǎng)、費(fèi)用高。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新

由于該工程具有以下特點(diǎn)：①邊坡支護(hù)及生態(tài)修復(fù)面積大，邊坡最高達(dá)100多m，且多處邊坡呈倒懸或直立邊坡，不適宜采用人工為主的作業(yè)方式；②所處位置地質(zhì)條件復(fù)雜，為典型的喀斯特地貌，溶洞較多且地下水較為豐富。另外，由于上方鎮(zhèn)以前有多家鈣企，經(jīng)濟(jì)利益關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，歷史遺留問題較多且施工區(qū)緊鄰居民區(qū)，不適于大范圍的削坡開挖及石方爆破施工；③由于以前礦山邊坡的不規(guī)則開采，石方爆破開采過程中未設(shè)置馬道，爆破后的坡面也未進(jìn)行排危清理及支護(hù)，現(xiàn)狀坡面多處存在浮石、倒懸體及較為明顯的卸荷裂隙等地質(zhì)災(zāi)害隱患；④工期緊、任務(wù)重，從地塊移交到地塊完工僅有5個(gè)月的時(shí)間。

綜上所述，采用湖州長(zhǎng)興及杭州蕭山等地的經(jīng)驗(yàn)明顯不適于該項(xiàng)目。因此，項(xiàng)目部會(huì)同浙江大學(xué)科研人員簽訂合作協(xié)議，對(duì)不適宜開挖的高陡廢棄礦山邊坡生態(tài)修復(fù)這一技術(shù)的重難點(diǎn)進(jìn)行研討，創(chuàng)新采用了“錨桿+掛主動(dòng)網(wǎng)+鉆孔植草”施工工藝，其綠化效果在一年后取得初步成效，同時(shí)使廢棄礦山邊坡的地質(zhì)災(zāi)害隱患也得到了有效治理。

3 鉆孔植草施工技術(shù)

該工程使用的巖石坡面鉆孔植草施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用、安全環(huán)保，從根本上解決了傳統(tǒng)工藝占地廣、投資大、工期長(zhǎng)等問題。闡述了鉆孔植草施工技術(shù)的要點(diǎn)及其需要注意的事項(xiàng)。

3.1 鉆孔植草的設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，鉆孔植草的設(shè)計(jì)參數(shù)為：鉆孔的孔徑為90 mm，深度為70 cm，底部埋設(shè)營(yíng)養(yǎng)土0.5 m，營(yíng)養(yǎng)土配比為：30%草炭土、1%保水劑、5%緩釋肥、2%珍珠巖、3%蛭石、44%腐殖土、5%微生物(根瘤菌)等[4]，鉆孔布置按照1.5 m(縱向)×1.5 m(橫向)排布，孔位呈梅花型設(shè)置。

3.2 高空錨桿鉆機(jī)的使用

鑒于該工程植草孔數(shù)量大，若采用常規(guī)搭設(shè)腳手架的方式施工，不僅工期長(zhǎng)、成本高，而且現(xiàn)狀坡面危巖體及浮石較多，在排危及清坡過程中，大塊的巖石砸落在腳手架上會(huì)對(duì)架上的作業(yè)人員造成安全威脅。

項(xiàng)目部經(jīng)綜合研究分析、在兼顧成本及安全可控的情況下自主研發(fā)了高空錨桿鉆機(jī)，極大程度地實(shí)現(xiàn)了“以機(jī)換人”的目標(biāo)，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。高空錨桿鉆機(jī)的功效可以達(dá)到0.7 m×160孔/臺(tái)班，相當(dāng)于6～7臺(tái)YT-20手風(fēng)鉆的工作效率。其采用的是遠(yuǎn)程遙控高空鉆孔，自帶噴霧系統(tǒng)，有效鉆孔高度在45 m以內(nèi)，且雨天施工不受影響。另外，高空錨桿鉆機(jī)前置的高清攝像頭可以對(duì)危巖體進(jìn)行深入的排查并鑿除，從根本上解決了排危人員的安全這一技術(shù)難題。同時(shí)，視頻信息也可以通過手機(jī)端聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目部，從而解決了地塊多且分散、安全管控難度大這一難題。

3.3 植生棒的采用

由于該工程植草孔數(shù)量多，因此，鉆孔后如何在不損傷苗木的前提下快速將培育成活的苗木隨同營(yíng)養(yǎng)土一起放入孔內(nèi)是該工程的又一難點(diǎn)。另外，由于廢棄礦山邊坡整治施工工期僅為5個(gè)月，而大的地塊邊坡面積約為5萬m2，平均每百m2植草孔數(shù)量為144個(gè)，僅一個(gè)地塊植草孔的數(shù)量即達(dá)7.2萬個(gè)，總數(shù)達(dá)180余萬個(gè)，若采用人工逐孔運(yùn)土、裝土、裝苗，需要投入大量的人力與物力。為進(jìn)一步降低施工成本，項(xiàng)目部借鑒了蘑菇種植技術(shù)，采用機(jī)器縫制好的無紡布袋裝入提前配備好的營(yíng)養(yǎng)土及苗木、種子，由人工扎口制作成植生棒先在地面進(jìn)行培育，待到適宜的種植季節(jié)利用卷揚(yáng)機(jī)將植生棒轉(zhuǎn)運(yùn)至利用系統(tǒng)錨桿搭設(shè)的臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)，由人工裝入孔內(nèi)。

需要注意的是：植草孔體積小，可容納的營(yíng)養(yǎng)土有限，為確保植物成長(zhǎng)所需的養(yǎng)分及安裝方便，可先用機(jī)械將底部25 cm左右的營(yíng)養(yǎng)土壓實(shí)，然后再采用人工裝剩下的25 cm營(yíng)養(yǎng)土、苗木及種子，必要時(shí)，可在后期養(yǎng)護(hù)施工中噴灑營(yíng)養(yǎng)液；袋口不宜扎的太緊，以便于孔內(nèi)安裝即可；由于植生棒內(nèi)的苗木安裝前處于幼苗的出生階段，安裝植生棒需注意輕拿輕放，保護(hù)好苗木。

3.4 鉆孔植草的施工

對(duì)于45 m高度以下的植草孔，采取高空錨桿鉆機(jī)配φ90 mm鉆頭在邊坡上直接鉆孔；對(duì)于45 m以上高度的植草孔，利用蜘蛛人(即人工掛安全繩在坡面上進(jìn)行作業(yè))手持YT-20手風(fēng)鉆在坡面上鉆孔。由于植草孔分布較為分散、錨固點(diǎn)多次移動(dòng)費(fèi)工費(fèi)時(shí)，對(duì)于平順部位的邊坡需提前布設(shè)好系統(tǒng)錨桿及對(duì)應(yīng)的支撐鋼繩，利用張拉好的支撐鋼繩作為移動(dòng)式錨點(diǎn)；由于人工在鉆孔過程中會(huì)對(duì)邊坡巖體表面造成一定程度的擾動(dòng)，若坡面巖體不完整，會(huì)出現(xiàn)大小程度不一的掉塊現(xiàn)象，將對(duì)鉆孔、裝袋人員的人身安全造成一定的威脅。因此，對(duì)于倒懸體及巖體完整性差的邊坡部位，不僅需要提前布設(shè)好系統(tǒng)錨桿及對(duì)應(yīng)的支撐鋼繩，還需要鋪設(shè)好鋼繩網(wǎng)及格柵網(wǎng)張拉縫合完畢后可作為人工鉆孔的臨時(shí)著力點(diǎn)，如此實(shí)施，即便在鉆孔施工過程中出現(xiàn)掉塊，也可以將其限制在主動(dòng)網(wǎng)內(nèi)，而不會(huì)對(duì)施工人員造成安全威脅。

待鉆孔滿足設(shè)計(jì)要求并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后采用人工及時(shí)安裝植生棒。若鉆孔完成的季節(jié)不適宜苗木生長(zhǎng)，可先采用不透水的材料對(duì)孔口進(jìn)行封堵，待到適宜的季節(jié)再開口安裝植生棒。營(yíng)養(yǎng)土必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配比進(jìn)行并做好檢查、驗(yàn)收等工作。

對(duì)于45 m高度以上邊坡孔內(nèi)植生棒的安裝，由于植生棒的直徑為80 mm，大于主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的孔網(wǎng)尺寸，因此，在其安裝過程中需臨時(shí)解開部分格柵網(wǎng)，待植生棒安裝完成后再用鋼絲或新的格柵網(wǎng)重新進(jìn)行縫合。

3.5 鉆孔植草施工需要注意的事項(xiàng)

由于該方案屬于創(chuàng)新工藝，因此，項(xiàng)目部會(huì)同浙江大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)共同在實(shí)施前進(jìn)行了原地試驗(yàn)，試驗(yàn)得出的結(jié)論是：鉆孔的傾角宜控制在25°以內(nèi)，孔深控制在50 cm即可。若鉆孔傾角過大、孔深太深，養(yǎng)護(hù)水及雨水極易順著坡面滲入孔內(nèi)，將致孔內(nèi)土體的水分達(dá)到飽和狀態(tài)而不易蒸發(fā)，也容易造成孔內(nèi)苗木的死亡；若孔深太淺，營(yíng)養(yǎng)土保水性差，苗木易枯死且新生的苗木容易被雨水沖走。

該工程植草孔的鉆孔布置方案按照1.5 m(縱向)×1.5 m(橫向)及0.85 m(縱向)×0.85 m(橫向)兩種方式排布，孔位呈梅花型設(shè)置。經(jīng)試驗(yàn)分析，采用1.5 m間排距時(shí)，會(huì)因生長(zhǎng)環(huán)境的差異導(dǎo)致局部生長(zhǎng)條件差的孔內(nèi)苗木死亡而降低整個(gè)坡面的綠化覆蓋率，從而導(dǎo)致后期的養(yǎng)護(hù)施工難度加大；而采用0.85 m的間排距，則整個(gè)坡面的綠化效果在初期就能凸顯出來。

對(duì)于巖體破碎的部位，為避免巖體表面重復(fù)擾動(dòng)，可適當(dāng)增大植草孔孔徑及間排距；對(duì)于倒懸體及陰山部位，由于其日照不足，植被幼苗不易成活，宜采用喜陰的成品苗木且需加強(qiáng)人工養(yǎng)護(hù)[5]；對(duì)于陽山部位，由于營(yíng)養(yǎng)土體積小、保溫效果不理想，受夏季巖體升溫快影響，不利于苗木的成活，需加強(qiáng)灑水養(yǎng)護(hù)。灑水前應(yīng)按比例適當(dāng)補(bǔ)加營(yíng)養(yǎng)液。

另外，該工程所處地段多為灰?guī)r，巖體內(nèi)多發(fā)育程度不一的溶洞，且因巖石的堿性重，安裝植生棒前需將孔內(nèi)的巖粉及積水清除干凈，營(yíng)養(yǎng)土配比可適當(dāng)添加弱酸性物質(zhì)。

3.6 安全保障

安全繩的錨固點(diǎn)應(yīng)在坡頂就近尋找完整穩(wěn)定的巖體，采用鉆孔灌注砂漿錨桿的方式設(shè)置錨固點(diǎn)，每個(gè)作業(yè)工人掛三繩(即作業(yè)繩、安全繩、保險(xiǎn)繩)自上而下進(jìn)行作業(yè)，上層加固完成后方能進(jìn)行下層作業(yè)，且錨固點(diǎn)需派專人進(jìn)行照看、維護(hù)。

高溫時(shí)段鉆孔施工人停、機(jī)不停，在減少安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)還可避免人員中暑的現(xiàn)象出現(xiàn)。

采用可視化管理，做到攝像頭全覆蓋、遠(yuǎn)程監(jiān)控等措施，杜絕了違章作業(yè)的發(fā)生。

4 效 果

邊坡修復(fù)前與修復(fù)后的效果見圖1、2。

圖1 修復(fù)前示意圖

圖2 修復(fù)后效果圖

5 結(jié) 語

該廢棄礦山邊坡鉆孔植草工程施工歷時(shí)5個(gè)月即通過驗(yàn)收，綠化效果獲得驗(yàn)收專家組的一致好評(píng)。鉆孔植草這一全新施工技術(shù)不僅規(guī)避了超高腳手架搭拆的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且經(jīng)濟(jì)性及適用性較強(qiáng)，所取得的經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考借鑒。