廢棄礦山破損山體危險性分析及復綠設計

劉 光 磊

(中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

廢棄礦山破損山體危險性分析及復綠設計

劉 光 磊

(中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

結合工程實例，對破損山體的高陡邊坡穩定性進行了危險性分析，確定了邊坡不穩定段，提出了相應的邊坡治理方案，并選擇了適合廢棄礦山復綠設計的方法，為今后類似工程提供借鑒。

廢棄礦山，破損山體，邊坡穩定性，復綠設計

0 引言

采礦或取土廢棄地就是人類劇烈干擾下的一種特殊環境類型，是人類為獲得礦產資源而對土地或山體進行劇烈改造的區域。開采前，當地生態系統通過生物之間、生物與環境之間的相互作用和系統內的自我組織、自我調整達到了相對穩定狀態，具有正常的生產功能和自我保護功能[1]。開采后，大自然區域微系統的穩定性受到破壞，群落的改變超出了自然系統的調節和物種的適應范圍，由此導致生態系統結構與功能的極度退化，使用功能和美學價值的嚴重缺失。同時破損山體人為形成高陡邊坡，極易發生工程地質災害，危及周邊建筑物以及人員安全，為了防止此類地質災害的發生以及周邊生態環境的恢復，急需對此類人為地質破壞區域進行治理，隨著遼寧青山工程的開展，廢棄礦山治理工作提上日程，本文主要針對某一工程實例進行了分析和治理設計。

1 工程概況

本工程位于大連市金州新區，屬于廢棄頁巖礦磚廠取土場，礦區(見圖1)需治理面積約20 000 m2。治理區地處暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，因受海洋影響，同時又具有一定海洋性氣候的特點，主要表現為：四季分明，氣候溫和，空氣濕潤，季節明顯，降雨集中。最低溫度-23.6 ℃；最高氣溫38.2 ℃。年平均降水量約為600 mm。最高年份1 053 mm，最低年份263 mm，多集中在7月～9月。區內為低山丘陵區，最高點高程值為59 m，最低14 m，最大邊坡高度達到30 m以上，邊坡高度變化較大。頁巖礦均為巖質邊坡，但是上面覆蓋一定厚度的粘土體。

該區域的地震活動頻度及強度相對較高。歷史上共記載有6級地震(1861年)1次，5.5級(1855年)和5.25級(1856年)地震各1次，4.75級(1934年)地震1次。其中1861年地震震中位置距離治理區不足1 km。自1990年遼寧省地震臺網建立以來，共記錄ML1.8級以上地震437次，表明這一地區目前仍保持較強的地震活動趨勢。

治理區原為頁巖礦及紅磚廠取土處，由于受到人類采石的強烈干預，產生大量取土鑿巖的人為陡坎(如圖1所示)，植被發育情況較差，導致山體殘缺及功能缺失，原有山體受力自平衡體系被破壞，巖體裂隙發育，加大了創面周圍特別是表層的不穩定性，極易發生巖崩和滑坡危險并形成安全隱患，已對周圍生態環境構成嚴重破壞。

本文針對廢棄礦區首先進行安全分析，在此基礎上進行邊坡治理設計及邊坡復綠設計，以便于消除工程地質災害并改善周邊生態環境。

2 邊坡穩定性分析

礦區地層產狀存在不穩定區，節理裂隙較為發育，邊坡基巖主要由中等風化灰巖和強風化灰巖組成，上覆一定厚度粘土體穩定性差，危險性較高。

為保證廢棄礦區邊坡安全，對治理區域邊坡進行區域劃分，分為Ⅰ，Ⅱ段，其中各段又分為6個或7個亞段進行安全評價。邊坡安全評價主要采用邊坡穩定性分析，分析方法大致可以分為以下幾類：定性分析方法、定量分析方法、非確定性分析方法、物理模擬方法。

本工程采用工程上應用較多的成熟軟件理正巖土軟件進行安全性分析，本軟件可以考慮張裂隙、裂隙水、地震等外部作用對巖質邊坡穩定的影響。

根據GB 50011-2010建筑工程抗震設計規范[2]，場地抗震設防烈度為7度，據GB 18306-2001中國地震動參數區劃圖，區內地震動峰值加速度為0.10g。地震動反應譜特征周期為0.40 s，據《中國地震動參數區劃圖附錄D》，區內對應的地震基本烈度為7度。分別對原始邊坡和削坡后的邊坡進行穩定系數計算，計算結果見表1和表2。

表1 原始邊坡穩定性計算參數及結果

表2 削坡后穩定性計算參數及結果

3 廢棄礦區邊坡治理及復綠設計

3.1 邊坡治理

由邊坡安全分析可知，該工程破損高陡邊坡存在極大的安全隱患，需進行邊坡治理設計。目前，常用的邊坡治理大致可分為工程護坡和生物護坡兩種方法。幾種邊坡治理的方法，如三維植被網、噴混植生、格構護坡、錨噴支護等。由于本工程高陡邊坡是人為形成，邊坡坡度超出安全需求，因此在本工程邊坡治理中首先采取不穩定邊坡區域的削坡卸載，如圖2和圖3所示，對高度不超過10 m的中矮邊坡和高度大于10 m的不穩定段分別采用單一坡和臺階坡形式進行削坡卸載，并在邊坡坡腳處設計護坡擋土墻，削坡后采取錨釘掛網工程防護加固措施(錨釘間距1 000 mm,直徑16 mm主錨釘深度為1.5 m，次錨釘深度為1 m，掛網采用鍍鋅低碳鋼絲)以保證邊坡安全。

3.2 邊坡復綠設計

本廢棄礦區邊坡復綠采用混合植物團粒噴播方法，綠化植物種類主要選擇耐旱、耐瘠薄、生命力頑強、綜合抗性較強的荒山造林先鋒植物。植被復綠工程可以選用表3所列植物種類，包括刺槐、火炬樹、臭椿等混合物。將一定比例的種子與土壤培養基混合，均勻噴播在土壤培養基表層。所選用植物材料的根系都具有較強的萌蘗能力，能適應惡劣的邊坡環境條件。噴播使用的土壤培養基主要由粘質土、有機質添加料、土壤添加劑及必要的緩釋肥料構成。土壤添加有機質添加料，除了起到增肥、保肥、保水、透氣的作用外，還能提高土壤養分的有效性，促進團粒結構的形成，為培養基中的微生物生長提供適宜環境[3]。噴播作業時，分層在坡面上噴播，培養基的上層部分加入選用的植物種子，設計的培養基總體厚度為6 cm～8 cm。對削坡后的巖基邊坡進行掛網噴播，由于本工程邊坡高度變化較大，噴播復綠設計如圖2和圖3所示。

表3 邊坡山體綠化植物種類選擇

名稱發芽率/%科屬形態特征根系特征生態特性刺槐≤80豆科刺槐屬落葉大喬木根淺,放射成網狀伸展固氮、速生樹種火炬≤60漆樹科鹽膚木屬落葉大喬木根淺但發達,萌蘗性強護坡、固堤能力強馬棘≤80豆科木籃屬落葉灌木根系發達固氮、固坡樹種紫穗槐≤85豆科紫穗槐屬落葉灌木根系發達,萌蘗力強固氮、水土保持能力強臭椿≤65苦木科臭椿屬落葉大喬木根系較深荒山造林先鋒樹種小冠花≤95草本豆科落葉灌木根系發達,再生能力強,水平方向蔓延胡枝子≤95豆科胡枝子屬落葉灌木根系發達固氮能力強

4 結語

廢棄礦山治理工程是一項涉及多種學科領域的綜合性工程，通過本工程實例的破損山體邊坡危險性分析可知，高陡邊坡在汛期降雨影響及潛在地震影響下，邊坡穩定系數不滿足安全要求，極易發生邊坡滑塌危險，在破損山體邊坡治理設計中可綜合運用削坡、掛網及錨桿相結合方法進行邊坡處理，并結合植物噴播技術進行邊坡復綠施工，既可消除廢棄礦山安全隱患又可以實現山體生態環境改善。

[1] 龍花樓.采礦跡地景觀生態重建的理論與實踐[J].地理科學進展,1997,4(16):68-74.

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S]．

[3] 張俊華,常慶瑞,賈科利,等.黃土高原植被恢復對土壤肥力質量的影響研究[J].水土保持學報,2003(4):38-41．

Danger analysis and greening design for damaged mountainside of abandoned mine

LIU Guang-lei

(ChinaRailway19thBureauGroup2ndCo.,Ltd,Liaoyang111000,China)

The slope stability analysis of high damaged mountainside for a typical engineering example was analyzed is to find the unstable region. The corresponding slope control method and suitable greening design method were put forward in the text, which provides reference for similar projects in the future.

abandoned mine, damaged mountainside, slope stability, greening design

1009-6825(2014)22-0065-02

2014-05-08

劉光磊(1981- )，男，工程師

TD325.1

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