露采高陡裸巖邊坡主動(dòng)防護(hù)與綠化方法適宜性分析

黃 波，陳 鋮，彭 鳳

（湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢 430034）

礦山露天開(kāi)采不同于公路鐵路建設(shè)，形成的巖質(zhì)邊坡往往高差大、坡度很陡，特別是歷史遺留的廢棄露天礦山，由于開(kāi)采不規(guī)范，加之受爆破影響，礦山地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，礦山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題更加突出。如何有效開(kāi)展主動(dòng)防護(hù)與綠化就顯得極為重要。本文“露采高陡裸巖邊坡”是指礦山露天開(kāi)采形成高差大于15米、坡度大于45°、巖石裸露的邊坡；“主動(dòng)防護(hù)與綠化”是指采取工程措施消除礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患，同時(shí)進(jìn)行植被重建。

1 國(guó)內(nèi)外研究背景

1.1 國(guó)外研究

自2013年，連續(xù)三屆世界生態(tài)恢復(fù)大會(huì)都將礦山生態(tài)系統(tǒng)列為大會(huì)交流的主題之一，由此可見(jiàn)礦山生態(tài)修復(fù)是一個(gè)持續(xù)的研究領(lǐng)域。針對(duì)復(fù)綠難度極其困難的高陡裸巖邊坡，一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、意大利和日本等，較早開(kāi)始重視對(duì)其進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，并開(kāi)創(chuàng)了一系列的坡壁綠化工程技術(shù)：種子噴播法、客土噴播法、鋼筋水泥框格法、植生卷鋪蓋法、纖維綠化法、厚層基材噴射綠化法、生態(tài)多孔混凝土綠化法以及液壓噴播植草法等。這些技術(shù)為我國(guó)開(kāi)展露采高陡裸巖邊坡生態(tài)恢復(fù)提供了重要參考。

1.2 國(guó)內(nèi)研究

通過(guò)查閱參考文獻(xiàn)，巖質(zhì)高陡邊坡的植被恢復(fù)是目前采石場(chǎng)整治及邊坡覆綠的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]，趙志明等在工程邊坡綠色防護(hù)機(jī)制研究中認(rèn)為巖質(zhì)邊坡坡度大，植被很難在邊坡上生根成長(zhǎng)[2]，馬麗等論述了通過(guò)錨固、削坡和設(shè)置落石平臺(tái)等措施對(duì)廣西鳳山縣石灰?guī)r高陡邊坡治理與改造[3]，甘柯，黃鵬輝等在北京某采石場(chǎng)高陡裸巖邊坡修復(fù)治理工程中采用了掛網(wǎng)噴播綠化[4]。趙江水等在礦山邊坡治理中提出了植被混凝土護(hù)坡技術(shù)[5]、李昆采用綠色罩面網(wǎng)結(jié)合攀緣植物的垂直綠化技術(shù)對(duì)高陡邊坡進(jìn)行了綜合治理[6]。劉蒙蒙等在開(kāi)采后的高陡邊坡治理提出三維網(wǎng)噴播綠化技術(shù)、新興的生態(tài)袋及生態(tài)草毯綠化技術(shù)[7]。管斌在銅陵市巖質(zhì)高陡邊坡生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用了種植槽技術(shù)[8]，孟亞武提出了基質(zhì)盒和植物生根毯結(jié)合技術(shù)[9]，陳守輝在高陡巖石邊坡加固與復(fù)綠綜合防護(hù)施工技術(shù)提出了“錨桿+主動(dòng)高強(qiáng)鋼絲防護(hù)網(wǎng)+防水纖維層+（種子、肥料、土壤、改良劑、保水劑）+無(wú)紡布（從上而下）”來(lái)保護(hù)植被及其生長(zhǎng)條件，為高陡巖質(zhì)邊坡實(shí)施人工綠化提供了可能[10]。何照等在河北承德某高陡邊坡治理設(shè)計(jì)格構(gòu)護(hù)坡為坡體穩(wěn)定性進(jìn)行固定、提供了植被綠化單元[11]。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，人們的觀念意識(shí)也逐步變化，露采高陡裸巖邊坡的改造經(jīng)歷了從單純的技術(shù)性和功能性改造，到兼顧“山水林田湖草”生態(tài)環(huán)境綜合治理的過(guò)渡。目前對(duì)礦山邊坡的研究不僅僅是恢復(fù)為林地，還往往與土地復(fù)墾、土地開(kāi)發(fā)相結(jié)合，將廢棄礦山改造、開(kāi)發(fā)成建設(shè)用地、旅游景觀等。如上海深坑酒店、廣州南湖國(guó)家度假旅游區(qū)的鳳凰山水園、昆明世界園藝博覽會(huì)藝術(shù)后山的景觀再造工程等都是對(duì)廢棄礦山恢復(fù)的成功案例，取得了顯著的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

露采高陡裸巖邊坡進(jìn)行主動(dòng)防護(hù)與綠化具有三方面的主要特點(diǎn)：一是施工環(huán)境差，坡度過(guò)陡，不利于人工坡面操作；二是植物生長(zhǎng)自然條件差，不適于直接栽種植物，不具備自然養(yǎng)護(hù)管理?xiàng)l件；三是與城市園林景觀建設(shè)相比，工程項(xiàng)目投資低，設(shè)計(jì)與施工都不可能做到精耕細(xì)做。多年來(lái)，筆者承擔(dān)過(guò)十余項(xiàng)礦山生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目，大多成效顯著，但也有失敗的案例。工作中，主動(dòng)防護(hù)與綠化設(shè)計(jì)既要考慮邊坡穩(wěn)定性，又要保證綠化效果，既要考慮方法的可行性、耐久性，又要考慮投入的經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)出比，常用的主動(dòng)防護(hù)措施主要為削方、設(shè)置主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，綠化方式主要為“燕巢、飄臺(tái)法”、種植槽（植生孔）以及植被混凝土噴播、高次團(tuán)粒噴播、綠地開(kāi)架、掛雙網(wǎng)噴播等。主要的工作經(jīng)驗(yàn)有如下幾點(diǎn)：

（1）高陡裸巖邊坡的治理不是簡(jiǎn)單的削方工程，也不是單純的種草復(fù)綠，而是需要考慮綜合因素后進(jìn)行系統(tǒng)修復(fù)。首先需要采取措施保證邊坡的穩(wěn)定性，然后結(jié)合立地條件選擇綠化方式和植物進(jìn)行復(fù)綠。

（2）每一種綠化技術(shù)都有它的適用性和局限性，可把不同的綠化技術(shù)組合使用，具體實(shí)施要隨著現(xiàn)場(chǎng)施工遇到的問(wèn)題不斷創(chuàng)新。

（3）掛網(wǎng)噴播是常見(jiàn)的邊坡綠化方法，主要優(yōu)點(diǎn)是短期內(nèi)即可產(chǎn)生綠化效果。不少研究機(jī)構(gòu)與施工單位在相同原理的基礎(chǔ)上，從防沖刷、基材及配比等方面開(kāi)展研究，進(jìn)而衍生出不同的方法，但工藝流程大體一致。

（4）在植物選擇上，應(yīng)該選用當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的鄉(xiāng)土植物，因其適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，有助于恢復(fù)原有的生態(tài)系統(tǒng)；喬灌草藤的搭配、噴播草種的配比，都需要進(jìn)一步的實(shí)地試驗(yàn)，得出最佳的生態(tài)比例；陡坡上草本植物容易枯萎、退化，但可作為先鋒物種為常年生植物提供有機(jī)質(zhì)，灌木具有更強(qiáng)的生長(zhǎng)適應(yīng)能力和固坡能力。

（5）綠化養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要，特別是存活期養(yǎng)護(hù)需到位。對(duì)于邊坡起伏不均的坡面，會(huì)存在植物長(zhǎng)勢(shì)不一致的現(xiàn)象。

3 主動(dòng)防護(hù)與綠化影響因素

3.1 影響因素

露采高陡裸巖邊坡主動(dòng)防護(hù)與綠化的影響因素主要有立地條件以及物種選擇，立地條件包括地質(zhì)條件、土壤、氣候與周邊植被條件，其中地質(zhì)條件包括邊坡特征、構(gòu)造、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件等。

物種盡量選擇鄉(xiāng)土植物，鑒于高陡裸巖邊坡土壤及水分條件差，為提高存活率，目的植物宜選擇耐干旱、耐貧瘠、抗性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)的植物。

3.2 影響因子

主動(dòng)防護(hù)具體影響因子可細(xì)分為坡高、坡度、坡向、坡體結(jié)構(gòu)、巖性、巖石風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育程度、透水性等，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大的因子是邊坡的坡高、坡度、坡體結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育程度。綠化的影響因子除以上外，還有邊坡的粗糙度、土壤條件、氣候條件以及物種，對(duì)綠化影響較大因子是邊坡的坡高、坡度、土壤、氣候條件以及物種，其中對(duì)植物生長(zhǎng)最直接影響因子是土壤條件（土壤含水量、土壤養(yǎng)分含量、土壤孔隙度等）、氣候因子（空氣濕度、溫度、光照強(qiáng)度等）。而露采高陡裸巖邊坡基本無(wú)土壤，綠化只能靠人工客土換填或配制基質(zhì)層。

筆者曾選定4處不同坡度和朝向的巖質(zhì)坡面，每處坡面設(shè)置3種試驗(yàn)方案，主動(dòng)防護(hù)采取主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，綠化采取植穴法種植攀援植物、植生孔種植灌木、高次團(tuán)粒噴播三種常見(jiàn)、且代表性強(qiáng)的方法開(kāi)展了試驗(yàn)性應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)：植生孔種植的灌木生長(zhǎng)不佳，達(dá)不到好的覆蓋效果；高次團(tuán)粒噴播見(jiàn)效快、對(duì)于65度以上的高陡裸巖邊坡不適用，依然存在較為嚴(yán)重的基質(zhì)干燥剝落、植被無(wú)法成活的問(wèn)題；藤本植物地錦和迎春，地錦成活率高于迎春；同時(shí)采用種植藤本和噴播綠化時(shí)，宜先實(shí)施噴播，再種植藤本；周邊野生的藤本植物生長(zhǎng)速度快于種植的藤本植物。

3.3 一致性與矛盾性分析

一般情況下，裸巖邊坡的坡度越高、坡度越陡，邊坡的穩(wěn)定性越差，主動(dòng)防護(hù)越需加強(qiáng)，綠化越困難。巖石強(qiáng)度低、易風(fēng)化的邊坡，巖體裂隙發(fā)育的邊坡往往穩(wěn)定性差，但有利于植物的生長(zhǎng)。巖石強(qiáng)度大、不易風(fēng)化的邊坡，巖體裂隙不發(fā)育的邊坡穩(wěn)定性好，但不利于植物生長(zhǎng)，這些影響的一致性與矛盾性決定了方法的選取應(yīng)先保證邊坡的穩(wěn)定，然后結(jié)合邊坡特征、綠化需求，以及經(jīng)濟(jì)合理性來(lái)統(tǒng)籌考慮。

4 主動(dòng)防護(hù)與綠化方法

根據(jù)上述國(guó)內(nèi)外研究、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、影響因素分析，針對(duì)露采高陡裸巖邊坡適宜的主動(dòng)防護(hù)與綠化方法如下：

4.1 主動(dòng)防護(hù)

根據(jù)邊坡破壞機(jī)理的不同，巖質(zhì)邊坡主動(dòng)防護(hù)的方法有坡率法、錨桿加固法、錨噴支護(hù)、主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)、砌體護(hù)坡、鋼筋混凝土格構(gòu)護(hù)坡、注漿加固法等。由于砌體護(hù)坡不適用高陡邊坡，錨噴支護(hù)、注漿加固法不利于坡面后期綠化，故露采高陡裸巖邊坡適宜的主動(dòng)防護(hù)方法主要有下面四種，工作中亦可選取2種方法混用。

（1）坡率法：是在邊坡整體基本穩(wěn)定，局部欠穩(wěn)定的前提條件下，根據(jù)允許坡率或工程類比值，通過(guò)分級(jí)削方控制坡高、坡度以及馬道寬，以此進(jìn)一步提高邊坡的穩(wěn)定性。坡率主要通過(guò)穩(wěn)定性計(jì)算來(lái)核定，不宜超過(guò)允許值。該方法施工十分簡(jiǎn)便，成本較低，馬道可作為綠化平臺(tái)，但需具備放坡條件，且會(huì)造成邊坡二次破壞，導(dǎo)致邊坡裸露面積增大。

（2）錨桿加固法：主要是通過(guò)錨桿傳遞拉力，將一些不穩(wěn)定的巖體與穩(wěn)定巖體緊密聯(lián)結(jié)，達(dá)到加固不穩(wěn)定體的工程措施。該方法常用于欠穩(wěn)定的高陡巖質(zhì)邊坡，最大優(yōu)點(diǎn)是不用削坡，防治效果好。因受錨桿結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)與質(zhì)量及防腐等因素的影響大，故該方法對(duì)設(shè)計(jì)與施工的要求很高。

（3）主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)：是通過(guò)柔性防護(hù)網(wǎng)的作用抑制局部巖體移動(dòng)或發(fā)生局部位移破壞后將其裹縛于原位附近，從而達(dá)到主動(dòng)防護(hù)坡面的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)坡面風(fēng)化剝落、溜滑或塌落類地質(zhì)災(zāi)害的加固防護(hù)，適用于不存在結(jié)構(gòu)性深層滑動(dòng)面或大范圍整體失穩(wěn)可能性的高陡巖石邊坡。該方法對(duì)邊坡形態(tài)要求不高，對(duì)柔性網(wǎng)、鋼絲繩的技術(shù)性能要求高，不破壞原有坡面，為開(kāi)放系統(tǒng)，可為后期坡面綠化提供好的基礎(chǔ)條件。

（4）鋼筋混凝土格構(gòu)護(hù)坡：主要針對(duì)穩(wěn)定邊坡易風(fēng)化、剝落及淺層崩塌、掉塊進(jìn)行坡面防護(hù)，利用現(xiàn)澆鋼筋混凝土進(jìn)行坡面防護(hù)、加固，格構(gòu)型式以方形、菱形、拱形為主。該方法具有格構(gòu)形式多樣、可隨坡就勢(shì)等顯著優(yōu)點(diǎn)，通常與錨桿（索）一起共同使用，提高自身與坡體穩(wěn)定性。格構(gòu)護(hù)坡作為坡面骨架，可在格構(gòu)間直接堆置植生袋或先設(shè)置擋板再堆置植生袋進(jìn)行坡面綠化，達(dá)到恢復(fù)植被、美化環(huán)境目的。該方法適用較廣，具有較好的加固效果，見(jiàn)效快，缺點(diǎn)是工序復(fù)雜、施工要求高，成本很高。

4.2 綠化方法

受限于立地條件差，露采高陡裸巖邊坡綠化不同于園林綠化，適宜的綠化方法有穴植法、縫植法或魚鱗坑法、燕巢法（飄臺(tái)法）、植生孔種植法、植生袋（生態(tài)袋）種植法、噴播六種。

（1）穴植法：主要用于馬道平臺(tái)、緩坡及坡腳，在種植穴或種植槽內(nèi)回填土壤栽種喬灌木或攀援植物，坑穴尺寸與栽種苗木的種類、大小相關(guān)。種植方法與園林綠化一樣，采用常規(guī)“三埋二踩一提苗”方法，但栽植的苗木需耐貧瘠、耐干旱。該方法施工簡(jiǎn)單、易成活、造價(jià)相對(duì)低廉。

（2）縫植法或魚鱗坑法：是在坡體節(jié)理裂隙栽種喬灌木或攀援植物，苗木利用裂隙里的水、水蒸氣以及礦物質(zhì)存活、生長(zhǎng)。該方法最大優(yōu)點(diǎn)是后期不用養(yǎng)護(hù)，但局限性大，喬木宜為小喬木，整體效果較差。

（3）燕巢法（飄臺(tái)法）：是利用邊坡凸凹不平，人工修筑燕巢狀種植穴或安置預(yù)制構(gòu)件如同飄臺(tái)，并放入土壤與肥料，供栽種的灌木或攀援植物成活與生長(zhǎng)的方法。該方法依靠坡面有利的微地貌實(shí)施，呈零星點(diǎn)狀，施工難度與安全風(fēng)險(xiǎn)大，后期養(yǎng)護(hù)困難、工程耐久性與綠化效果難以保證。

（4）植生孔種植法：是在坡面按照一定間距用潛孔錘鉆孔，孔內(nèi)回填土壤后栽種灌木或攀援植物，一般孔徑0.1m～0.3m，間距1m，孔深0.5m左右，是一種較為傳統(tǒng)的綠化技術(shù)。該方法操作較容易，應(yīng)用較廣，但綠化效果不長(zhǎng)久。

（5）植生袋（生態(tài)袋）種植法：是通過(guò)機(jī)械設(shè)備將肥料、草種和保水劑按照一定比例拌合，采用特定的生產(chǎn)工藝放在聚丙烯人造纖維、無(wú)紡布袋內(nèi)表層，袋內(nèi)再填充土壤，堆疊在坡腳、平臺(tái)或坡面上，種子從袋內(nèi)表層發(fā)芽、長(zhǎng)出，從而達(dá)到綠化效果。由于袋體壽命不長(zhǎng)，一段時(shí)間后會(huì)降解，因此，該方法不適用匯水面積大的高陡邊坡，常與格構(gòu)護(hù)坡聯(lián)合使用。

（6）噴播：是按照一定的配比均勻混合土壤、有機(jī)質(zhì)、肥料及其他添加材料，通過(guò)專用設(shè)備噴射至邊坡表面，形成苗木生長(zhǎng)的載體，從而達(dá)到坡面綠化的效果。巖面光滑的邊坡為利于噴播基質(zhì)的附著，可采取設(shè)置支檔或開(kāi)鑿坡面等措施。噴播方式主要有干噴法、濕噴法。適宜的噴播方法主要為團(tuán)粒噴播、植被混凝土噴播、加筋生態(tài)基材噴播三種方法。

4.3 研究總結(jié)與方法推薦

（1）主動(dòng)防護(hù)需從地層巖性，坡高坡度，節(jié)理、裂隙發(fā)育特征，坡向與地層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系等方面進(jìn)行穩(wěn)定性分析。坡率法主要是通過(guò)分級(jí)放坡，降低坡度，預(yù)留馬道達(dá)到坡體自穩(wěn)。錨桿加固法是通過(guò)錨桿（索）將欠穩(wěn)定巖體與穩(wěn)定巖體連成整體從而避免崩塌。主動(dòng)柔性網(wǎng)防護(hù)是利用柔性網(wǎng)將坡面淺層欠穩(wěn)定巖體與整個(gè)坡面連成一體，增強(qiáng)坡面整體穩(wěn)定性。鋼筋混凝土格構(gòu)往往與錨桿（索）結(jié)合，不僅起到護(hù)坡作用，而且坡面形成格構(gòu)后有利于綠化。

（2）露采高陡裸巖邊坡六種綠化方法中，穴植法、縫植法或魚鱗坑法、燕巢法（飄臺(tái)法）、植生孔種植法屬點(diǎn)狀綠化，多呈單株或簇狀，只有集中連片后綠化效果才明顯；植生袋（生態(tài)袋）種植法為線狀綠化，呈條帶、斑塊狀綠化；噴播為面狀綠化，呈整體片狀綠化，存活后效果顯著。

（3）露采高陡裸巖邊坡主動(dòng)防護(hù)與綠化的組合方式主要有：坡率法+穴植法+噴播、或坡率法+植生孔種植法；錨桿加固法+縫植法、或錨桿加固法+噴播；主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)+植生孔種植法、或主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)+噴播；鋼筋混凝土格構(gòu)+植生袋（生態(tài)袋）種植法等。

（4）目的植物群落分為喬灌草型、喬灌型、灌木型、灌草型、草本型和攀援型，在一定程度上改變著小環(huán)境生態(tài)因子。其中草本型植物生長(zhǎng)迅速、復(fù)綠快，但維護(hù)成本高、易退化，適用于立地條件好、持續(xù)養(yǎng)護(hù)管理的邊坡。喬灌草型、喬灌型、灌草型群落結(jié)構(gòu)中的木本植物多為抗性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的鄉(xiāng)土樹種和水土保持樹種，適用于立地條件惡劣、粗放型管理或不管理的邊坡。

（5）亞熱帶季風(fēng)氣候帶露采高陡裸巖邊坡綠化，喬木宜選擇刺槐、柏樹、桑樹、沙棘、酸棗；灌木宜選擇紫穗槐、胡枝子、金銀木、多花木藍(lán)、荊條；攀援植物宜選擇油麻藤、地錦、凌霄、金銀花、常春藤；草本植物宜選擇狗尾草、高羊茅、紫花苜蓿、白三葉、波斯菊。

5 建議

（1）露采高陡裸巖邊坡主動(dòng)防護(hù)與綠化方法既要考慮邊坡穩(wěn)定性，又要保證綠化效果，既要考慮方法的可行性、耐久性，又要考慮投入的經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)出比。

（2）總體上，露采高陡裸巖邊坡的坡度越陡、坡高越大，主動(dòng)防護(hù)與綠化的難度越大，適宜的技術(shù)方法越少，治理費(fèi)用就越大，綠化效果越難以保證。

（3）解決坡面植物生長(zhǎng)所需土壤條件與防沖刷之間的矛盾是噴播的一大難題。坡面上土壤越厚，對(duì)植物生長(zhǎng)越有利，但抗沖刷能力越弱、越容易脫落；為增加與坡面的粘結(jié)，噴播所用的固化劑用量就越大，但基質(zhì)越板結(jié)，對(duì)植物生長(zhǎng)越不利。

（4）綠化后養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要，特別要加強(qiáng)前三個(gè)月存活期的養(yǎng)護(hù)，可考慮噴灌、滴灌系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并結(jié)合坡面覆膜起到保濕保暖、防沖刷的作用。后期還需加強(qiáng)追肥、病蟲害、剪枝等管護(hù)工作。

（5）綠化難度系數(shù)大的高陡裸巖邊坡，就算高投入，綠化效果的期望值也不宜過(guò)高，建議根據(jù)邊坡的特征，在坡體穩(wěn)定的前提下，充分利用微地形和坡體節(jié)理裂隙進(jìn)行點(diǎn)綴式綠化，坡面以灌木、地被植物為主，坡腳與馬道平臺(tái)可考慮種植攀援植物，通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的自組織調(diào)節(jié)達(dá)到長(zhǎng)期效果，亦可結(jié)合城市建設(shè)、旅游景點(diǎn)建設(shè)，通過(guò)打造人工瀑布、石雕石刻等美化生態(tài)環(huán)境。