高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復技術(shù)應用研究
——以安慶市集賢關(guān)礦區(qū)桃園治理區(qū)為例

蔡生來，潘國林，錢程

（1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊，安徽安慶246003；2.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，安徽合肥230091；3.安慶市自然資源與規(guī)劃局，安徽安慶246002）

0 引言

安徽省安慶市集賢關(guān)礦區(qū)桃園治理區(qū)位于安慶市北大門集賢關(guān)G206 國道的東側(cè)，由于歷史上長期采石，遺留下高低不平的采礦底盤和高陡的巖石邊坡，自然生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞。2010 年，安慶市政府啟動了該礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理工作，成功申報了2010年度國家級礦山地質(zhì)環(huán)境治理項目。由于資金分配和高陡巖質(zhì)邊坡治理技術(shù)問題，該項目較長時間未能實施，到2018年，正式開展了地質(zhì)環(huán)境恢復治理工程的設(shè)計和施工，施工時間為2018 年9～12 月，2019 年通過竣工驗收。通過恢復治理工程的實施，消除了礦區(qū)地質(zhì)災害隱患，修復了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，社會效益和環(huán)境效益顯著。本文以該項目中高陡巖質(zhì)邊坡治理為研究對象，對高陡邊坡生態(tài)修復的難點和修復技術(shù)的應用進行分析研究，旨在為類似的露天礦山高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復工程的設(shè)計、施工以及研究工作提供技術(shù)參考。

1 研究區(qū)概況

安慶市集賢關(guān)礦區(qū)桃園治理區(qū)位于安慶市區(qū)北側(cè)新老城區(qū)的連接部，緊鄰G206 國道，治理區(qū)面積0.3313km2。礦山長期的大量露天采石，對礦區(qū)的土地、生態(tài)資源和地貌景觀造成了嚴重的破壞，并形成安慶市北部新城特別顯眼的視覺環(huán)境污染，制約了安慶市北部新城的發(fā)展，嚴重影響了安慶市的城市形象。治理區(qū)巖質(zhì)邊坡高度80～110m，坡度60°～85°，巖質(zhì)堅硬，缺少植物生長必備的水土條件，一般的生態(tài)修復措施難以實施，需采用多種技術(shù)措施才能恢復高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)。因施工難度大、成本高、植被養(yǎng)護困難，一直是安慶市集賢關(guān)礦區(qū)生態(tài)修復的難題。

1.1 氣象水文

研究區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，多年平均氣溫16.5℃，多年平均降水量1389.2mm，歷年最大降水量2294.2mm，降水主要集中在4～7月份，平均濕潤系數(shù)接近1，日最大降水量300.3mm(2010 年7 月13 日)，一次連續(xù)最大降水量578.4mm。區(qū)內(nèi)除分布有小的水塘外，無地表流水，僅雨后沖溝內(nèi)有暫時性水流。

1.2 邊坡特征

研究區(qū)采石邊坡由北向南再拐向東展布，根據(jù)邊坡位置順序和坡高將其劃分為3 個大段（含10 個小段)以及平臺下一段，共4段高陡邊坡。如表1、圖1所示。邊坡地層巖性為三疊系下統(tǒng)殷坑組(T1y)、和龍山組(T1h)和南陵湖組(T1n)細晶灰?guī)r、粉晶白云質(zhì)灰?guī)r。坡體節(jié)理裂隙較發(fā)育，間距1～5 條/m，產(chǎn)狀多變，寬度隨深度增加由張開狀漸變?yōu)槲垹?，局部?jié)理面有泥質(zhì)充填膠結(jié)。根據(jù)對現(xiàn)場測得的121條節(jié)理所做的傾向玫瑰圖（圖2）可以看出，治理區(qū)傾向50°～60°、210°～220°和280°～300°，傾角60°～80°的節(jié)理最為發(fā)育。BP1—BP3 三段邊坡特征見表1。BP4 邊坡位于BP2 邊坡平臺下方，邊坡長度約178m，高度39m，坡度75°～85°。

表1 采場邊坡現(xiàn)狀特征一覽表Table 1. List of current characteristics of stope slopes

圖1 研究區(qū)邊坡分布位置圖Figure 1. Slope distribution map of the study area

2 高陡邊坡生態(tài)修復難點及修復思路

研究區(qū)邊坡高陡后緣山坡無地表水體，邊坡巖石全裸露，巖質(zhì)堅硬、光滑，原有表土層和原生植物群落損毀殆盡，坡面已經(jīng)不可能自然復綠，必須通過巖壁植被恢復工程來重建植被生態(tài)系統(tǒng)[1～3]。由于邊坡各段高度、坡度和坡面狀況不同，單獨一種邊坡覆綠方案難以達到良好的治理效果，且邊坡高度大部分在90～100m，施工難度大。

對于坡度60°～70°、坡面較平整的高陡巖質(zhì)邊坡，最適合采用高次團粒噴播技術(shù)修復邊坡植被生態(tài)[4～6]。對于坡度70°～85°、坡面不太平整，且局部垂直、反傾坡面的巖質(zhì)邊坡，噴播植生層難以立足，V 型槽客土植草可修復坡面生態(tài)[7]。對于坡面陡立、上部穩(wěn)定性較差的高陡巖質(zhì)邊坡，高次團粒噴播以及V型槽均不合適，這時可利用爬藤上掛下爬的特點進行生態(tài)覆蓋[8]。另外，在高陡邊坡坡腳，還可以采取填土覆蓋生態(tài)袋修復坡腳生態(tài)，同時提高爬藤高度。

圖2 研究區(qū)節(jié)理裂隙產(chǎn)狀分布圖Figure 2. Distribution of occurrences of joint fractures in the study area

3 高陡邊坡生態(tài)修復設(shè)計

高邊坡首先要清除危巖，然后進行生態(tài)修復工作，本文省略了危巖部分的相關(guān)內(nèi)容。主要針對高陡邊坡修復難點，研究本項目不同坡面情況下，采用多種方法修復邊坡生態(tài)。

3.1 高次團粒噴播生態(tài)修復

研究區(qū)BP1 邊坡BCDE 段、BP2 邊坡和BP3 邊坡GHI 段上部，巖石顏色以灰白色為主，是集賢關(guān)廢棄礦區(qū)十分顯眼的視覺污染邊坡，邊坡高度65～110m，坡度55°～70°不等，局部有微小臺階，本項目采用高次團粒噴播技術(shù)恢復植被生態(tài)。

高次團粒噴播系統(tǒng)由鐵絲網(wǎng)、錨釘和高次團粒噴播基層構(gòu)成(圖3、圖4)。鐵絲網(wǎng)采用14＃鍍鋅勾花鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)目為5cm×5cm。錨釘采用Φ14螺紋鋼制成，考慮到邊坡灰?guī)r堅硬，主錨釘長度28cm(不含彎頭)，次錨釘長度12cm，錨釘交錯排列，豎向、橫向間距50cm，將M7.5號砂漿灌入孔內(nèi)錨固錨釘，坡頂設(shè)2 排主錨釘，間隔1m 布置。團粒噴播基層由黏質(zhì)土、有機質(zhì)添加料、復合纖維、土壤穩(wěn)定劑、團粒劑、吸水性良好的植物纖維以及植物種子構(gòu)成，基層厚度10cm，分兩層噴播，基層厚8cm，面層厚2cm(含草灌種子)，植物種子主要選擇刺槐、鹽膚木、馬棘、傘房決明、車桑子、紫穗槐、胡枝子、火棘和高羊茅、黑麥草等鄉(xiāng)土草灌進行混合。

圖3 高次團粒噴播生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure 3. Structure diagram of highorder granule spray-seeding ecosystem

圖4 高次團粒噴播A大樣圖Figure 4. High-order granule sprayseeding A in detail

圖5 植生槽生態(tài)系統(tǒng)示意圖Figure 5. Schematic diagram of the vegetative trough ecosystem

圖6 植生槽結(jié)構(gòu)示意圖Figure 6. Schematic diagram of the vegetative trough structure

3.2 V型植生槽生態(tài)修復

研究區(qū)BP3 邊坡GHI 段下部和IJK 段，巖石顏色呈灰及灰白色，局部已長出零星的自然綠化植物，邊坡坡度70°～85°，局部垂直或反坡，噴播植生層難以立足，不適宜噴播。安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局“礦山生態(tài)修復理論與方法研究”課題組已在合肥市環(huán)巢湖地區(qū)對該工藝進行了試驗，取得了良好的效果。研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境、氣象和邊坡條件與實驗區(qū)基本相同，能夠適用本治理區(qū)，可建立高陡巖質(zhì)邊坡的快速、永久性綠色生態(tài)。因此，本項目設(shè)計針對BP3邊坡GHI段下部和IJK 段采用植生槽工程技術(shù)修復邊坡綠色生態(tài)(圖5)。

植生槽由現(xiàn)澆鋼筋混凝土槽板、綠化基質(zhì)和綠化植物組成。設(shè)計槽板上下間距5.0m，槽板與巖壁夾角45°～50°，槽板為頂端厚度不小于8cm、底部不小于10cm 的梯形斷面，斜伸高度60～80cm。槽板主筋為Φ 25 鋼筋，構(gòu)造筋為Φ 18 鋼筋，分布筋為Φ 6.5 鋼筋(圖6)。植生槽內(nèi)按上爬下掛、中間遮擋模式配置綠化植物(圖5)。上爬植物選擇1年生爬山虎和凌霄，下掛植物選擇1年生云南黃馨和月季，中間遮擋植物選擇2 年生女貞、小蠟、夾竹桃、木槿和美麗胡枝子。

3.3 爬藤覆蓋生態(tài)修復

研究區(qū)BP2 邊坡平臺下部邊坡高度相對較小(40m)，斜交坡，發(fā)育一組順坡向傾角70°的裂隙面，下部坡面坡度70°，上部坡度80°～90°，局部反坡凸出坡面，V型槽施工具有安全隱患，上述兩種生態(tài)修復技術(shù)均不適宜。

本項目采用邊坡上部和下部種植爬藤進行生態(tài)覆蓋[8]。設(shè)計在距離平臺外邊延1.5m的位置開鑿植生穴，種植2年生黃馨，種植間距0.5m，利用爬藤下掛遮蔽裸露坡面。在坡腳邊坡下部種植2 年生爬山虎，種植間距0.5m，利用爬藤向上攀爬遮蔽裸露坡面(圖7)。

圖7 邊坡爬藤生態(tài)覆蓋示意圖Figure 7. Ecological coverage by creepers on the slope

3.4 坡腳填土植生袋生態(tài)修復

BP2 平臺下部高陡邊坡的下半部分坡面十分平整，爬藤攀爬較困難，且上部巖石穩(wěn)定性較差，為增加爬山虎爬高，減少邊坡復綠難度，同時適當隔離邊坡和場地，提高邊坡安全系數(shù)，采用坡腳填土加環(huán)保植生袋技術(shù)修復邊坡坡腳生態(tài)[9]。

圖8 坡腳填土植生袋生態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 8. Ecological structure diagram of soil filling and planting bags at the foot of slope

在距離坡腳1.5～2.0m 以外堆砌兩排植生袋壓腳，控制其寬度1.0m，植生袋規(guī)格選取54cm × 32cm ×12cm(裝土后)，堆砌高度0.6m(圖8)。壓腳植生袋內(nèi)側(cè)填土增高，控制填土表面坡度不大于35°。填土表面覆蓋環(huán)保植生袋恢復草灌生態(tài)，同時能有效防止水土流失。最后在坡腳內(nèi)側(cè)種植爬山虎，種植間距0.5m，由于抬高了爬藤的高度，有利于爬藤盡早上爬。

4 高陡邊坡生態(tài)修復工程

依據(jù)研究區(qū)高陡邊坡特征，劃分4 個生態(tài)修復工程區(qū)(圖9)。工程位置及工藝如下：

(1)高次團粒噴播陡坡生態(tài)修復工程區(qū)：位于北部至中部，包括BP1 邊坡BCDE 段、BP2 邊坡EFG 段以及BP3 邊坡GI 段上部。施工工藝為：首先對邊坡上的危巖體和浮石進行全面清除，同時對局部坡面進行修整，再掛網(wǎng)，安裝錨釘，分兩層噴播植生層。

(2)V型植生槽陡坡生態(tài)修復工程區(qū)：位于東部和東南部，包括BP3邊坡GI段下部及HIJ段。施工工藝為：鑿孔安裝錨桿、安裝槽板鋼筋、澆筑槽板混凝土、填筑槽內(nèi)種植土、種植灌木和爬藤。

(3)爬藤覆蓋陡坡生態(tài)修復工程區(qū)：位于BP2邊坡下部的BP4 邊坡段。施工工藝為：坡頂開鑿植生穴，回填種植土，種植爬藤。

(4)坡腳植生袋生態(tài)修復工程區(qū)：位于BP4邊坡的坡腳帶狀區(qū)域。施工工藝為：壓腳植生袋碼砌、內(nèi)側(cè)填土、填土表層碼鋪植生袋。

2018 年12 月，工程施工在施工單位的精心組織和監(jiān)理的監(jiān)督控制下，高次團粒噴播、爬藤覆蓋和坡腳植生袋等三項工程順利完成，工程質(zhì)量符合設(shè)計和相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。V型植生槽工程后被取消，原因是：施工難度大，效果欠佳，而BP3邊坡灰?guī)r層理及褶皺構(gòu)造清晰，巖石顏色為灰白和灰色相間，具有較好的科學研究價值和欣賞價值，經(jīng)多方研究確定，保留現(xiàn)狀邊坡，擬用于礦山地質(zhì)公園。

圖9 生態(tài)修復區(qū)段劃分圖Figure 9. Ecological restoration section division

5 研究區(qū)其他區(qū)域生態(tài)修復情況

其他區(qū)域低矮巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復：GF1—GF3 孤峰區(qū)裸露邊坡，清理危巖后采用高次團粒噴播恢復植被，DP2西南側(cè)覆土壓腳，高次團粒噴播；DP3西側(cè)和南側(cè)覆土壓腳，局部植生袋復綠。

采坑底盤生態(tài)修復：DP1、DP3和DP4采坑底盤前期已植樹植草修復了生態(tài)，本次在DP2和DP5采坑底盤覆土、植樹植草，局部凸出的巖質(zhì)坡腳采用植生袋覆蓋植草。

PT1高平臺生態(tài)修復：BP2邊坡中部PT1平臺，表面削高填低，平整覆土，撒播草籽，種植廣玉蘭、桂花樹，平臺西側(cè)邊坡外側(cè)設(shè)鐵質(zhì)護欄，護欄外側(cè)開鑿植生穴種植黃馨下掛。

6 邊坡植被養(yǎng)護系統(tǒng)建設(shè)

邊坡后緣已到達山脊，無地表水源，因此，邊坡生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)護工作至關(guān)重要。本工程針對高陡邊坡建立了山腳提水山頂蓄水的自流噴灌養(yǎng)護系統(tǒng)，系統(tǒng)由水源點、高位水池、提水管、供水主管、支管、噴頭等組成。水源點為現(xiàn)狀東部宕口底盤內(nèi)側(cè)的坑塘，通過提水泵站輸送至高位水池；高位水池為1個型鋼蓄水池(容量32m3)，安裝在BP2 邊坡頂部最高處；提水管為DN63PE 管，豎向供水主管為DN50PE 管，支管為DN25PE管，支管上下間距20m左右，每隔10m安裝一個旋噴噴頭。養(yǎng)護工作包括灌溉、施肥、病蟲害防治、基質(zhì)修補、補噴、間苗等，竣工后及時按設(shè)計和綠化植被養(yǎng)護規(guī)范進行了養(yǎng)護工作，邊坡植被養(yǎng)護期為2年。

7 邊坡生態(tài)修復效果

研究區(qū)邊坡生態(tài)修復工程于2019年3月竣工，竣工后6 個月進行了生態(tài)修復效果跟蹤調(diào)查?，F(xiàn)場查驗，高陡巖質(zhì)邊坡上植被生長狀況良好，草本植物覆蓋率達95%以上，小灌木已成活，數(shù)量逐漸增多，灌木株高在50cm以上，冠幅在30cm以上且分布均勻，具備了灌、草搭配的多層次結(jié)構(gòu)。原本殘缺裸露的高陡巖質(zhì)邊坡已被綠色生態(tài)植物覆蓋，帶來了綠色的山體美景，取得了良好的社會效益和生態(tài)效益(圖10、圖11)。

圖10 巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復前實景圖Figure 10. Real scene of rock slope before ecological restoration

圖11 巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復完工半年后實景圖Figure 11. Real scene of rock slope ecological restoration half a year after completion

本次高陡邊坡生態(tài)修復效果良好，是一個較成功的礦山生態(tài)修復案例，主要得益于以下幾個方面：

(1)因地制宜，分區(qū)治理。根據(jù)各邊坡段高度、坡度及巖性等特征進行了有針對性的設(shè)計，采用多種生態(tài)修復技術(shù)進行分區(qū)修復，在保證治理效果的同時降低了治理費用。

(2)植物種類選擇合理，配置適當。根據(jù)氣候、土壤、水文等自然條件，選擇刺槐、紫穗槐、胡枝子、火棘和高羊茅、黑麥草等當?shù)氐泥l(xiāng)土樹種組合栽植，做到了喬灌藤草的較完美結(jié)合，豐富了植物多樣性，構(gòu)建了立體的生態(tài)體系。

(3)研究區(qū)邊坡巖石為碳酸鹽巖，溶蝕裂隙發(fā)育，提供了植被生長的水分和邊坡基材養(yǎng)分的涵養(yǎng)空間[7]。

(4)氣候適宜，雨水充沛。研究區(qū)位于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，氣候適宜，降雨較為充沛，利于植被生長。

(5)建立了可靠的邊坡植被養(yǎng)護系統(tǒng)，重視后期植被養(yǎng)護工作，確保了邊坡生態(tài)修復效果。

8 結(jié)論

研究區(qū)采坑邊坡高陡，巖質(zhì)堅硬，根據(jù)邊坡特征，因地制宜確定了不同的修復措施。BP2邊坡高陡，坡面較平直，坡度主要在60°～70°之間，采用高次團粒噴播恢復植被生態(tài)；BP3邊坡高陡堅硬，但坡面復雜，坡度70°～85°，局部反傾，采用V型槽客土修復生態(tài)；BP4邊坡高陡直立，上部巖質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，采用爬藤上掛下爬覆蓋坡面；BP4邊坡下部近直立，爬藤覆蓋較困難，采用填土覆蓋植生袋修復坡腳植被，加快了爬藤上爬覆蓋坡面的速度。V型槽客土植被修復工程在研究區(qū)后期施工中變更取消，反映了這種修復技術(shù)的局限性，而高次團粒噴播植被修復工程施工難度小、效果好，是高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復的最佳選擇。