李立

中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410004

“綠水青山，就是金山銀山”，中央提出了生態(tài)文明城市建設(shè)和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，力圖改變高速、粗放、外延擴張的城市發(fā)展模式。2015 年5月，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)函，將三亞列為城市修補生態(tài)修復(fù)、海綿城市和綜合管廊建設(shè)城市綜合試點城市，當?shù)卣畬ΦV山生態(tài)環(huán)境的保護和治理也非常重視[1-2]，治理如某采石場這些受損山體。因地制宜的科學(xué)生態(tài)修復(fù)是生態(tài)保護和治理的最明智選擇。

1 修復(fù)區(qū)概況

1.1 地質(zhì)環(huán)境

三亞屬于熱帶海洋性季風氣候區(qū)，全年高溫，雨量充沛，平均降水量1263mm，6～10 月為雨季，臺風季節(jié)往往雨水增多，降水量占全年的90.2%。治理區(qū)附近無河流經(jīng)過，地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水，主要接受大氣降雨的滲入補給，地下水隨季節(jié)變化大。修復(fù)區(qū)內(nèi)屬于低山丘陵地貌單元，地形起伏整體趨勢為北高南低，周圍均為丘陵，地貌形態(tài)受剝蝕切割作用影響明顯，山坡陡峻，構(gòu)造剝蝕地貌較發(fā)育。礦山內(nèi)邊坡坡度一般70°～80°，局部較陡，地表自然排水條件良好。修復(fù)區(qū)內(nèi)出露地層主要為雜填土、淤泥、白堊系強-中等風化花崗巖及殘積土（礫質(zhì)粘性土）（表1）。

表1 各巖土層計算參數(shù)表 Table 1 Calculation parameter table of each rock-soil layer

1.2 修復(fù)區(qū)現(xiàn)狀

本項目包含了兩處花崗巖采石場的生態(tài)修復(fù)治理工作，修復(fù)前的現(xiàn)場情況如圖1、圖2。1#采石場：巖質(zhì)邊坡最大高差105m，坡角44.0°～65.0°，局部最大達到80°以上，受損坡面面積6.4萬m2，坡底為淤泥坑，坑深約15m，主要節(jié)理產(chǎn)狀為165°∠70°、145°∠65°、151°∠70°。2#采石場：巖質(zhì)邊坡最大高差72.7m，坡角26.4°～58.0°，局部最大達到80°以上，受損坡面面積2.5 萬m2，巖壁大致分兩級放坡，主要節(jié)理產(chǎn)狀196°∠55°、231°∠56°。

圖1 1#采石場修復(fù)前場景 Fig.1 1#Quarry scene before the restoration

圖2 2#采石場修復(fù)前場景 Fig.2 2#Quarry scene before the restoration

2 修復(fù)技術(shù)方案選擇

根據(jù)上述基本概況，項目修復(fù)工作的特點及難點具體情況如下：巖壁高、陡，施工條件復(fù)雜，要想將整個坡面綠化難度很大；坡體巖質(zhì)主要為中風化花崗巖，質(zhì)地堅硬，不利于植物生根、生長；修復(fù)區(qū)當?shù)馗邷匮谉幔参镎舭l(fā)量大，在缺乏土壤和水的情況下，存活極其不易；修復(fù)區(qū)屬于熱帶海洋性季風氣候，強對流天氣造成的臺風、暴雨頻發(fā)。

2.1 現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)

生態(tài)修復(fù)技術(shù)很多，針對于巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)方法一般有自然復(fù)綠法、壘砌階梯復(fù)綠法、爆破燕窩復(fù)綠法、噴播復(fù)綠法、景觀再造復(fù)綠法、筑臺復(fù)綠法等[3]。

自然復(fù)綠法主要靠栽種植物，依托植物自身生長，達到綠化的效果，而不需要太多的工程輔助措施，低矮的邊坡可使用這項技術(shù)，坡前種植喬木遮擋，或者在坡底種植攀爬類植物都可以解決；對于比較高的邊坡，單獨采用該技術(shù)則效果不佳。壘砌階梯復(fù)綠法適用于階梯狀邊坡，對每個臺階及臺階之間的側(cè)壁分別進行綠化處理；如果現(xiàn)有邊坡呈階梯狀，或者是為了保證邊坡穩(wěn)定需要將邊坡改造成階梯狀，可以考慮采用這種方法，并結(jié)合其它方法一同使用，但如果只是為了復(fù)綠而去將邊坡改造成階梯狀，則將造成更大范圍的破壞，本末倒置了。爆破燕窩復(fù)綠法是在巖壁上通過爆破手段形成一個個小坑，然后在坑內(nèi)復(fù)綠；該方法可應(yīng)用于高陡巖壁，但缺點是燕窩成型規(guī)格難以統(tǒng)一，爆破風險大，且植物養(yǎng)護難度很大。噴播復(fù)綠法是將植物種子和基質(zhì)一同噴射在坡面的綠化方法，綠化速度快，成本低廉；缺點是不適宜用在太高太陡的坡面上，尤其是巖質(zhì)坡面。景觀再造復(fù)綠法[4]屬于深層次的開發(fā)利用，一般配合規(guī)劃建設(shè)需要，將廢棄礦山開辟成公園、游樂園、野生動物棲息地、生態(tài)廊道、旅游度假區(qū)等。筑臺復(fù)綠法是通過在坡面上分級搭建平臺，在平臺上覆土栽種植物；這種方法適合于坡度大、邊坡高的巖壁。

2.2 當?shù)匾延猩鷳B(tài)修復(fù)經(jīng)驗

通過在三亞及周邊區(qū)域考察，同類型的項目主要采用的是筑臺復(fù)綠法，但可惜的是復(fù)綠的效果并不是很好。修復(fù)效果不好的原因主要有以下幾個方面：一是筑建的平臺結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，當某一級平臺失穩(wěn)脫落時，下面的平臺在沖擊下連續(xù)失穩(wěn)，向多米諾骨牌效應(yīng)一樣，造成大面積破壞；二是缺乏灌溉，很多植物栽種后沒有成活；三是平臺之間間距太大，造成大面積裸露。

2.3 修復(fù)方法的選擇

綜合以上各類技術(shù)的分析和當?shù)亟?jīng)驗，結(jié)合本項目的特點和難度，認為分級筑臺復(fù)綠最適合本項目，筑臺結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土V 型種植槽[5-6]，同時解決灌溉及平臺間距的問題，使綠化效果更有保證。

3 實施方案及效果

3.1 實施方案

3.1.1 邊坡穩(wěn)定分析

修復(fù)的對象首先應(yīng)當確保是穩(wěn)定的，不得存在地質(zhì)災(zāi)害風險，甚至是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害[7]。邊坡的穩(wěn)定性可以通過專項勘察，結(jié)合極限平衡法、赤平投影法等進行綜合分析[8]，對于不穩(wěn)定的邊坡在修復(fù)工作實施前必須先行治理。根據(jù)地層巖性、坡度、巖層產(chǎn)狀等因素，利用赤平投影法分析表明：1#采石場坑壁大部分區(qū)域及2#采石場整體穩(wěn)定性滿足要求；需要對1#采石場穩(wěn)定性較差的區(qū)段進一步驗算；將該不穩(wěn)定區(qū)段原有坡度59.3°降為55.4°后，分天然工況（工況Ⅰ，考慮危巖體自重）、暴雨工況（工況Ⅱ，考慮危巖體自重+暴雨作用）進行驗算分析，通過平面極限平衡法計算，工況Ⅰ的安全系數(shù)為1.414，工況Ⅱ的安全系數(shù)為1.387，整體穩(wěn)定性滿足要求。

3.1.2 邊坡治理工程布置

刷方清危工程。根據(jù)穩(wěn)定分析的結(jié)果，1#采石場局部不穩(wěn)定地段進行刷方處理，坡度由59.3°降至55.4°；對其它區(qū)域坡面上有威脅施工安全的浮土及浮石予以清除，保持原始坡率，不做大量土石方開挖；對于欠穩(wěn)定危巖體，進行爆破清除，為后續(xù)綠化工程創(chuàng)造有利條件。

主動防護網(wǎng)工程。為防止清危后的坡面有松動巖石剝落崩塌，需要設(shè)置主動防護網(wǎng)，同時充分發(fā)揮其開放性特點，為后續(xù)綠化工程提供攀附基礎(chǔ)。主動防護網(wǎng)按4.5×4.5m～4.5×5.5m 正方形布置，通過錨桿和支撐繩對各網(wǎng)塊施加預(yù)張力，使各網(wǎng)塊在坡面上張緊后對坡面危巖落石施以一定的預(yù)緊壓力，阻止危巖落石。橫向、豎向支撐繩φ16mm，網(wǎng)塊為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層S0/2.2/50 格柵網(wǎng)，外層D0/08/300 鋼繩網(wǎng)，網(wǎng)塊通過φ8mm縫合繩縫合。

截排水溝工程。依地勢在開挖坡頂線后緣設(shè)置截水溝，坡面沖溝處設(shè)置排水溝，最大限度地將大氣降水和地表水引出邊坡以外，減少雨水入滲；根據(jù)當?shù)氐乃臍庀髼l件，設(shè)計以50 年一遇最大暴雨強度120mm/h 為標準，水溝超高不低于0.2m；根據(jù)降雨強度及匯水面積等因素綜合考慮計算，設(shè)計截排水溝的具體情況如表2。

表2 截排水溝流量計算結(jié)果表 Table 2 Calculation result table of intercepting -drainage ditch flow

監(jiān)測工程。為監(jiān)測兩處山體巖質(zhì)邊坡的水平位移和垂直位移及速率變化，做好施工安全監(jiān)測、防治效果監(jiān)測，采用大地測量法對邊坡體進行位移監(jiān)測；依坡面形態(tài)布置一定數(shù)量的觀測站和監(jiān)測點，并按現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求對治理工程進行監(jiān)測[9-10]。

3.1.3 種植平臺設(shè)計

種植平臺的設(shè)計既要便于修筑，又要便于覆土，更要安全牢靠，且覆土的厚度要滿足植物生長的需要[11]。本設(shè)計采用鋼筋混凝土V 型槽（圖3，圖4）作為平臺，截面尺寸100×900mm，通過兩排錨桿將V 型槽固定于巖壁上；其中斜置固定錨桿鋼筋直徑18mm，間距500mm，錨固段長2000mm，孔徑60mm，傾角45°，注漿漿體強度等級M30，外露段伸入槽板內(nèi)；水平抗拉錨桿鋼筋直徑20mm，間距2000mm，錨固段長2500mm，孔徑60mm，傾角水平，注漿漿體強度等級M30，外露段伸入槽板內(nèi)，并在水平抗拉錨桿處設(shè)置現(xiàn)澆梯形隔板，厚100mm。槽內(nèi)回填栽植土。V 型槽間隔20m 設(shè)置伸縮縫，縫寬20mm，縫中填塞瀝青麻筋或其他有彈性的防水材料。

圖3 V 型槽布置剖面圖 Fig.3 Layout section of V-shape trough

圖4 V 型結(jié)構(gòu)配筋圖 Fig.4 bar arrangement drawing of V-shape structure

伸入巖壁內(nèi)的兩排錨桿是V 型槽的固定結(jié)構(gòu)措施，非常重要，必須保證其牢固可靠；錨固段

要貫穿松動破碎的巖壁進入完整的巖體內(nèi)，其長度在扣除松動破碎巖塊厚度后須滿足現(xiàn)行《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中錨桿的設(shè)計長度要求[12]。此處要強調(diào)水平抗拉錨桿的重要性，前文所述三亞已有同類項目平臺筑建不穩(wěn)定，就在于沒有設(shè)置水平抗拉錨桿，造成V 型槽外翻傾覆。相鄰兩級V 型槽的凈距要控制好，相鄰兩排V 型槽為4m，是根據(jù)選種的植物類型及生長周期以及工程造價等方面綜合考慮的，能達到較快的綠化效果，節(jié)省成本且不至于出現(xiàn)大面積裸露。

3.1.4 原有分級平臺利用

邊坡側(cè)壁上原有的平臺要充分利用，這些已有的平臺比修筑V 型槽要省時省力省造價，又安全牢靠，前文在分析修復(fù)技術(shù)時提到的壘砌階梯復(fù)綠法，可以在此得到具體體現(xiàn)。本項目在平臺外邊緣處砌筑磚墻作擋土之用，磚墻內(nèi)側(cè)回填種植土，為植物提供土壤環(huán)境。磚墻厚240mm，高400mm，磚墻下用C15 素混凝土打底100mm 厚作墊層（圖5）。

圖5 原有平臺利用剖面圖 Fig.5 Original platform utilizes profile

3.1.5 植物選種

根據(jù)項目所在地的地形地貌、氣候、立地條件，生態(tài)修復(fù)力求增加山地的自然感和自然觀賞性，兼顧綠化景觀效果，增強綠地的色彩感，層次豐富，同時也要考慮生物多樣性的要求；方案中綠化植物選擇適應(yīng)性強、耐旱的鄉(xiāng)土植物進行喬灌草立體配置，常綠與落葉結(jié)合，淺根與深根搭配[13]。

V 型槽內(nèi)，內(nèi)側(cè)栽植爬山虎、五爪金龍，發(fā)揮其向上攀附的特點[14]，遮擋陡峭巖壁；中間栽植三角梅、軟枝黃蟬，增強景觀效果；外側(cè)栽植油麻藤、常春藤，發(fā)揮其向下生長的特點，對V型槽起到遮擋作用；油麻藤、常春藤4 株/m，三角梅、軟枝黃蟬1 株/m，爬山虎、五爪金龍4 株/m，香根草、百喜草5 株/m。山腰原有平臺處，內(nèi)側(cè)栽植五爪金龍，中部栽植香根草，外側(cè)栽植油麻藤，安全經(jīng)濟；常春藤列植于平臺外邊緣矮墻處，4 株/m；香根草均勻布置于平臺上，36 株/m2；五爪金龍列植于平臺內(nèi)側(cè)，4 株/m。坡角，沿坡腳線栽植小葉榕、木棉樹和三角梅，遮擋巖壁，豐富綠化層次，同時縮小栽植株距，起到攔截落石的作用；坡底淤泥坑回填后栽植零星鳳凰木作為點綴，突出色彩亮點，其余部分成片栽植成本低、繁衍效果快的香根草；小葉榕與木棉樹間隔均勻布置，株距3m；三角梅布置于小葉榕與木棉樹之間，株距2 株/3m；爬山虎臨坡底線列植，4 株/m；坡底平臺中部采用鳳凰木+香根草，鳳凰木零星點綴布置，香根草成片栽植，36 株/m2。

3.1.6 供水養(yǎng)護措施

物質(zhì)栽種后，供水養(yǎng)護很重要，尤其是在炎熱的天氣下，按時供水是植物存活的保障。由于綠化坡面較陡，V 型槽植物采用普通灌溉方法效果很難達到要求，故本工程對灌溉系統(tǒng)進行了專門設(shè)計。灌溉方式采取滴灌模式[15]（圖6），將自來水接入坡頂各區(qū)段蓄水池，再依次經(jīng)過一級給水管、二級給水管和微管到達植物附近。因1#、2#山體邊坡灌溉范圍較大，故對其進行分區(qū)灌溉，沿邊坡每300m 長度范圍為一個灌溉單元。

圖6 滴灌系統(tǒng)布置圖 Fig.6 Lay-out diagram for dripping irrigation system

3.1.7 后期管護要點

澆水：養(yǎng)護期不小于兩年，養(yǎng)護期中要注意澆水。防病蟲害：種植完成后應(yīng)定時、及時進行防蟲、防菌處理。生根素處理：對于種植完成后的喬灌木，為了促進根系生長，必要時可在澆灌的水中加入0.2%的生根素，或用掛瓶滴灌營養(yǎng)素的方法，使植物根系盡早生長健全。防寒、防曬處理：在冬季，對于不耐寒的植物應(yīng)采取防寒措施；對于大小一般的植株，可選用草繩從樹基往上緊密纏繞樹干到1.5～2m 高度處進行保暖；盛夏太陽曝曬厲害時，應(yīng)對部分喬木采取防曬保護；對于大小一般的植株，可選用浸濕的草繩從樹基往上密密纏繞樹干到1.5～2m 的高度進行補水、保水。

3.2 修復(fù)后效果

該工程已于2019年6月通過了三亞市林業(yè)局組織的竣工驗收，驗收合格，以下是修復(fù)后的現(xiàn)場照片（圖7，圖8）?，F(xiàn)場驗收情況表明：采礦坑巖壁穩(wěn)定，清危刷方成效顯著；V 型槽結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未出現(xiàn)失穩(wěn)垮塌或其他形式的破壞；V 型槽間距布置合理，沒有出現(xiàn)大面積裸露；灌溉得力，水分充足，植物生長良好。

圖7 1#采石場修復(fù)后場景 Fig.7 1#Quarry scene after the restoration

圖8 2#采石場修復(fù)后場景 Fig.8 2#Quarry scene after the restoration

4 結(jié)論

修復(fù)技術(shù)的使用，必須建立在邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，這是基礎(chǔ)條件。如果邊坡不穩(wěn)定，必須先行治理，然后再選用合適的綠化修復(fù)方式。本項目巖壁高陡，修復(fù)難度無疑巨大，采用V 型槽搭建綠化平臺，可以有效地解決這個問題。V 型槽兩排錨桿是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的必須措施，缺一不可，V 型槽的排距要根據(jù)修復(fù)區(qū)當?shù)貧夂?、選種的植物類型綜合考慮，力求在節(jié)省造價的同時，做到盡快復(fù)綠的效果。植物選種不能為了綠化而綠化，要統(tǒng)籌兼顧，滿足生物多樣性的要求。本工藝適用于高陡且?guī)r質(zhì)堅硬完整的邊坡。

對于高陡的巖質(zhì)邊坡，常規(guī)的修復(fù)技術(shù)很難做到綠化修復(fù)，該項目的成功實施，消除了采礦留下的生態(tài)傷疤，提升了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，也為其它同類型項目提供了經(jīng)驗。高難度必然帶來高成本，如果在礦業(yè)開采過程中甚至前期規(guī)劃時就考慮了后期生態(tài)修復(fù)的需求，做到合理規(guī)劃，有序開采，那么后期的生態(tài)修復(fù)會更容易，投入的經(jīng)費也會更低。