張兆長(zhǎng)， 南貴軍， 郭 睿

(河北省地礦局 國(guó)土資源勘查中心,河北 石家莊 050081)

河北省是礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)大省[1],礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn),同時(shí)產(chǎn)生了嚴(yán)重的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái),河北省政府不斷加大礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理工作力度,開(kāi)展了大量的礦山地質(zhì)環(huán)境治理工作,取得了顯著成效[2]。在對(duì)全省已經(jīng)治理礦山調(diào)研的基礎(chǔ)上,本文對(duì)礦山邊坡復(fù)綠技術(shù)及其適用條件進(jìn)行了分析,以期為其它礦山邊坡生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 礦山邊坡地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題概況

全省由采礦引發(fā)的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題十分嚴(yán)重,尤其是高陡裸露邊坡(即通常所說(shuō)的“掌子面”、“白茬山”)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題更加突顯,嚴(yán)重破壞自然景觀的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺(jué)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(cè)可視范圍內(nèi),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(guó)道兩側(cè)和邯鄲、邢臺(tái)等地區(qū)。

邊坡治理是礦山治理的重點(diǎn)和難點(diǎn),由于礦山的開(kāi)采及廢渣堆存,形成不同類型的邊坡。通過(guò)對(duì)已治理礦山的調(diào)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(shù)選擇不合理,對(duì)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(hù)不善;三是投入資金所限,也造就了恢復(fù)治理技術(shù)適用性的局限性[3]。受到長(zhǎng)期礦業(yè)開(kāi)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(fù)綠的兩個(gè)必不可少的條件,由此加大了治理項(xiàng)目實(shí)施的難度[4]。

2 礦山邊坡復(fù)綠技術(shù)

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

整形固坡：此項(xiàng)工程一般為礦山邊坡復(fù)綠的基礎(chǔ),通過(guò)削坡、錨桿支護(hù)、擋土墻、抗滑樁、格構(gòu)錨固、圬工防護(hù)等方法來(lái)消除地質(zhì)災(zāi)害隱患,使邊坡穩(wěn)固并為復(fù)綠提供基礎(chǔ)條件。

基質(zhì)改良：邊坡類型分為土坡和巖坡,一般達(dá)不到植被生長(zhǎng)所需要的基質(zhì)及肥力,通過(guò)覆土、施肥或提供植生材,恢復(fù)土地功能。根據(jù)相關(guān)覆土綠化技術(shù)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(lái)源主要有山皮土、地基開(kāi)槽土、池塘淤泥、礦區(qū)周邊農(nóng)田中的熟土等。

植被重建：根據(jù)生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)、植物生長(zhǎng)習(xí)性、植被恢復(fù)難度、立地條件、植物演替理論,選擇相應(yīng)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(shì),應(yīng)景改造,對(duì)采礦殘留的奇形怪狀、形態(tài)各異的采石邊坡采用“復(fù)綠留景修飾”,配合生物復(fù)綠技術(shù),使邊坡融留景、添景和造景于一體。

2.1 邊坡整形復(fù)綠技術(shù)

邊坡整形主要根據(jù)邊坡的高度、寬度、坡度等現(xiàn)狀條件,通過(guò)改變邊坡坡率(坡度)與形狀，形成緩坡或臺(tái)階,在緩坡坡面或臺(tái)階上覆土進(jìn)行相應(yīng)的綠化。此技術(shù)消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患,解決了坡面上的水土流失及植被復(fù)綠問(wèn)題,并可根據(jù)景觀要求人為地營(yíng)造分臺(tái)階的視覺(jué)效果。目前此技術(shù)在河北省應(yīng)用比較廣泛,復(fù)綠效果明顯,例如河北省三河市東部礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程,采用邊坡整形復(fù)綠技術(shù)取得良好效果(見(jiàn)圖1)。缺點(diǎn)是工程治理難度大、費(fèi)用高,適用于治理資金充足和對(duì)復(fù)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(fù)綠景觀

2.2 噴播復(fù)綠技術(shù)

噴播復(fù)綠技術(shù)適用于60°以下的邊坡,根據(jù)不同的坡率又可分為普通噴播、液壓噴播(濕噴)、掛網(wǎng)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(guò)專用噴播機(jī)噴射到整治區(qū)域建植植被的高效植被恢復(fù)技術(shù)。適用于土質(zhì)邊坡及廢礦堆場(chǎng)邊坡、較緩的巖質(zhì)邊坡。一般用于土質(zhì)邊坡,適宜的坡率為1∶1.50～1∶2.00,當(dāng)坡率超過(guò)1∶1.25時(shí)應(yīng)結(jié)合其他方法使用。每級(jí)坡高不超過(guò)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(wǎng)客土噴播：一般用于渣土質(zhì)邊坡及較陡的巖質(zhì)邊坡。適宜的常用坡度角應(yīng)≤55°。當(dāng)坡度角>55°時(shí),應(yīng)結(jié)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(yè)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(zhì)巖面,是快速綠化石質(zhì)邊坡的一項(xiàng)行之有效的高新技術(shù)。

普通噴播：同掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)原理,差別是無(wú)需在坡面進(jìn)行掛網(wǎng)。適用于≤35°的各種類型巖土質(zhì)穩(wěn)定邊坡,河北省范圍內(nèi)均適用。

2.3 綠色屏障復(fù)綠技術(shù)

由于礦山邊坡較陡,其它復(fù)綠技術(shù)不可行時(shí),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(dá)到遮擋綠化的效果,形成綠色屏障。該技術(shù)簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)環(huán)保,在河北省礦山治理中得到廣泛應(yīng)用,取得了良好的復(fù)綠效果。此方法采用的常見(jiàn)喬木有新疆楊、側(cè)柏、國(guó)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(shù)的核心內(nèi)容為植樹(shù)、栽植爬山虎等攀爬植物,綠化工程無(wú)需布置于邊坡之上,資金投入少,養(yǎng)護(hù)要求低,河北省范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛。坡腳堆坡的復(fù)綠方法適用于廢石廢渣充足的采場(chǎng)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(gè)斜坡面,再進(jìn)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(dāng)?shù)匾案鸷臀迦~地錦綠化,當(dāng)年可生長(zhǎng)17～25 m,起到良好的遮擋效果(見(jiàn)圖2)。

圖2 石家莊市鹿泉區(qū)東胡申灰?guī)r礦綠色屏障復(fù)綠效果

2.4 骨架護(hù)坡植被恢復(fù)技術(shù)

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

框架內(nèi)填混凝土空心六角磚固土植草(灌)：在框架內(nèi)滿鋪并漿砌預(yù)制的混凝土空心六角磚,然后在混凝土空心六角磚內(nèi)填土植草(灌)。這種方法使回填土具有較強(qiáng)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(nèi)設(shè)土工格室固土種植：框架內(nèi)固定土工格室,并在格室內(nèi)填土,掛三維植被網(wǎng)或鋪釘鐵絲網(wǎng)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(nèi)設(shè)土工格柵加筋固土種植：這是一種先在框架內(nèi)用土工格柵加筋后填土,再掛三維植被網(wǎng)噴播或直接噴播的綠化方法。對(duì)于坡度<1∶0.50的邊坡,骨架內(nèi)土工格柵加筋固土后掛三維網(wǎng)噴播綠化,對(duì)于邊坡坡率≤1∶0.75時(shí),骨架內(nèi)土工格柵加筋固土后直接噴播綠化,可不掛三維植被網(wǎng)。

輪胎固土護(hù)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(dá)到綠化坡面的目的[12]。把準(zhǔn)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(yíng)養(yǎng)豐富的客土撒在輪胎內(nèi),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(shí)。適用于坡度≤45°的各種類型穩(wěn)定邊坡。

2.5 坡面開(kāi)挖客土栽植復(fù)綠技術(shù)

在邊坡坡面爆破或開(kāi)挖孔、穴、溝、槽等,增加坡面植被的根系生長(zhǎng)空間,促進(jìn)木本植物的生長(zhǎng)及植物群落的營(yíng)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(zhǎng)條件;溝槽內(nèi)蓄存的水分為植被正常生長(zhǎng)提供了良好的生長(zhǎng)條件。常見(jiàn)的技術(shù)有魚(yú)鱗坑復(fù)綠、打孔植生復(fù)綠、挖溝植草(灌)、刻槽復(fù)綠等。

魚(yú)鱗坑復(fù)綠技術(shù)：在露采邊坡巖體裂隙較多、邊坡坡面平整度較差、巖質(zhì)疏松、溝槽面積較大或陡坡下部的平臺(tái)區(qū)域以一定的密度開(kāi)鑿或砌筑魚(yú)鱗坑,并于其內(nèi)覆土種植[13]。綠化種植采用喬木、灌木、藤本及草本植物相結(jié)合。挖掘(鑿)坑法是在巖體裂隙較多、巖質(zhì)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(fù)綠技術(shù)：為增加邊坡巖面孔隙率,加強(qiáng)邊坡表層巖土的穩(wěn)定性,增強(qiáng)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(zhǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定,促進(jìn)植被的自我演替,使之與周邊自然生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。在每個(gè)所打的孔內(nèi)填滿營(yíng)養(yǎng)土、腐殖土,在其邊坡上進(jìn)行掛網(wǎng)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(guò)打孔植生復(fù)綠,取得了一定的效果(見(jiàn)圖3)。

圖3 石家莊市鹿泉區(qū)北山礦區(qū)打孔植生復(fù)綠景觀

挖溝植草(灌)技術(shù)：在坡面上按一定的行距人工開(kāi)挖楔形溝,在溝內(nèi)回填改良客土,并鋪設(shè)三維植被網(wǎng),然后進(jìn)行噴播綠化的一種植草(灌)護(hù)坡技術(shù)。與傳統(tǒng)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(tǒng)的溝播、三維植被網(wǎng)和液壓噴播三種植草(灌)護(hù)坡方法有機(jī)結(jié)合,兼顧三者的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[14]。

刻槽復(fù)綠技術(shù)：在較陡巖質(zhì)坡面上,按一定高度、寬度和深度刻槽,其內(nèi)覆土及種植,以提高陡立邊坡巖面綠化效果。開(kāi)鑿溝槽的布置應(yīng)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(duì)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(hù)坡技術(shù)

柔性生態(tài)護(hù)坡技術(shù)是集土木工程和生態(tài)環(huán)保綠化為一體的系統(tǒng)工程,該系統(tǒng)由充填土的生態(tài)袋組成擋土結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),在生態(tài)袋內(nèi)外采用混播、噴播、壓播、插播、內(nèi)粘播進(jìn)行綠化,形成整體的生態(tài)柔性擋土結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)由抗老化的高分子化學(xué)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(tǒng)建筑材料。

植生袋堆疊復(fù)綠技術(shù)：此技術(shù)是把土壤、保水劑、樹(shù)種等按照相應(yīng)的要求裝入生態(tài)袋,采用生態(tài)袋和連接板或連接繩進(jìn)行堆疊,必要時(shí)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(guò)水或短期過(guò)水,高度5 m以下的巖土質(zhì)邊坡。

植生帶邊坡植被護(hù)坡技術(shù)：將植物種子按一定比例均勻地播撒在兩層布質(zhì)或紙質(zhì)無(wú)紡布中間,然后通過(guò)行縫、針刺及膠粘等工藝,將尼龍防護(hù)網(wǎng)、植物纖維、綠化物料、無(wú)紡布密植在一起而形成的一種特制產(chǎn)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(zhì)和巖質(zhì)邊坡,且坡高一般不超過(guò)10 m的穩(wěn)定性邊坡。

植生毯復(fù)綠技術(shù)：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(shí),又具有一定的防護(hù)功能。適用于自然土質(zhì)邊坡、自然土石混合邊坡或回填土質(zhì)邊坡,通常坡率≤1∶1。

2.7 飄臺(tái)復(fù)綠技術(shù)

坡度在60°以上的邊坡,坡度較為陡峭,存土條件差,無(wú)法進(jìn)行爆破,又急需改善視覺(jué)效果時(shí),可采用飄臺(tái)復(fù)綠技術(shù)。此技術(shù)是一種專門(mén)針對(duì)高、陡巖質(zhì)邊坡快速生態(tài)修復(fù)的新型綠化技術(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐對(duì)比,該技術(shù)是針對(duì)坡度>60°的巖質(zhì)邊坡快速生態(tài)修復(fù)、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(shù)攻關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目——河北省灤縣椅子山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理,在掌子面上每10 m高錨固澆筑混凝土形成飄臺(tái)蓄土空間,在飄臺(tái)上種植側(cè)柏及上爬下掛的攀爬類植物(見(jiàn)圖4)。

圖4 河北省灤縣椅子山飄臺(tái)復(fù)綠效果

3 復(fù)綠技術(shù)適用性分析

邊坡復(fù)綠是采取工程和生物措施,主要針對(duì)露天開(kāi)采礦山及地下開(kāi)采礦山地表工程區(qū)域所形成的各類開(kāi)采邊坡的治理、綠化。礦山邊坡復(fù)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(fù)綠技術(shù)的資金投入以及施工工藝等,對(duì)復(fù)綠技術(shù)的適用條件進(jìn)行了分析，見(jiàn)表1。

渣土質(zhì)邊坡整治工程內(nèi)容主要包括：改變邊坡坡率(坡度)與形狀、邊坡防護(hù)加固工程、邊坡排水工程等。條件允許時(shí),應(yīng)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(wǎng)植草防護(hù)、魚(yú)鱗坑、穴播等綠化技術(shù);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(hù);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(hù)。

表1 礦山邊坡復(fù)綠技術(shù)適用條件分析表

巖質(zhì)邊坡主要采用的復(fù)綠技術(shù)有：邊坡整形復(fù)綠、三維植被網(wǎng)、掛網(wǎng)客土噴播、挖溝植草(灌)、植生袋邊坡植被、刻槽復(fù)綠、打孔植生復(fù)綠、骨架護(hù)坡綠化等。由于各種礦山復(fù)綠技術(shù)均有其獨(dú)特的適用條件,比如打孔植生、飄臺(tái)復(fù)綠技術(shù)等施工難度大、工程造價(jià)高，對(duì)后期養(yǎng)護(hù)要求較高,其他邊坡復(fù)綠技術(shù)施工難度較小,工程造價(jià)相對(duì)較低,養(yǎng)護(hù)方便,在短期內(nèi)可以達(dá)到良好的復(fù)綠效果。因此在選擇復(fù)綠技術(shù)時(shí)應(yīng)根據(jù)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(kāi)采為主,大部分為堅(jiān)硬較完整的高陡邊坡,因此廣泛采用邊坡整形復(fù)綠技術(shù)、坡面開(kāi)挖客土栽植復(fù)綠技術(shù)、噴播復(fù)綠技術(shù)、綠色屏障復(fù)綠技術(shù)等,并配置相應(yīng)的灌溉系統(tǒng),如以抽取地下水為主要水源的節(jié)水滴灌系統(tǒng)或節(jié)水型自動(dòng)控制滴灌系統(tǒng)[17]。張承地區(qū)巖質(zhì)以片麻巖類邊坡為主,宜采用柔性生態(tài)護(hù)坡技術(shù)、魚(yú)鱗坑復(fù)綠技術(shù)、骨架護(hù)坡植被恢復(fù)技術(shù)等。

總之,根據(jù)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(fù)綠技術(shù),達(dá)到最好的生態(tài)環(huán)境復(fù)綠效果。

4 結(jié)論

本文針對(duì)河北省礦山開(kāi)采邊坡復(fù)綠技術(shù)進(jìn)行了研究,根據(jù)不同邊坡類型對(duì)其適用性進(jìn)行了分析。目前常用的復(fù)綠技術(shù)有：邊坡整形復(fù)綠技術(shù)、噴播復(fù)綠技術(shù)、綠色屏障復(fù)綠技術(shù)、骨架護(hù)坡植被恢復(fù)技術(shù)、坡面開(kāi)挖客土栽植復(fù)綠技術(shù)、柔性生態(tài)護(hù)坡技術(shù)、飄臺(tái)復(fù)綠技術(shù)等。具體選擇時(shí)應(yīng)考慮邊坡特征、資金投入以及施工工藝等因素。通過(guò)本文分析探討,以期為類似的礦山邊坡生態(tài)復(fù)綠提供參考與借鑒。