黃石市江南建材總廠二車間采石場邊坡復綠成功經驗探討

陶海寧，馮劼東，陳伯恒，柳慧杰

(湖北省地質局冶金地質勘探大隊，湖北黃石 435000)

黃石市位于湖北省東南部，長江中下游南岸，是中國中部重要的原材料工業基地和港口城市。黃石市礦產資源豐富，金屬礦產儲量占全省的60%以上，但是由于多年超強度的礦產開采，對生態環境破壞極嚴重，持續發展壓力增大，不僅制約了城市規劃，也制約了地方經濟的發展，成為湖北省礦山地質環境問題最嚴重的地區。2008年和2009年，黃石市及其下轄的大冶市均被評為全國資源枯竭型城市。

鑒于黃石地區礦山地質環境問題的嚴重性和治理的必要性，2010年起，財政部和國土資源部先后下達大量資金對黃石礦山地質環境進行治理，治理對象主要是采石場邊坡、煤矸石山、采空區、金屬礦山露采坑、排土場等。其中對采石場邊坡采用了多種復綠方法，效果差別很大。在這些采石場中，黃石市江南建材總廠二車間采石場邊坡復綠施工以后取得了良好的效果。

1 邊坡地質環境概述

1．1 交通地理位置

黃石市江南建材總廠二車間位于黃荊山脈北側，西距發展大道約250 m，發展大道呈南北向分布，采場有簡易公路與之相連，交通極為便利;地理坐標:東經114°58'18″，北緯 30°10'37″。該區北側為廠區和居民居住區，地勢平坦;南側為黃石市江南建材總廠一車間采石場，見圖1。

圖1 采石場交通位置圖Fig．1 Traffic position of quarry

1．2 地形地貌

該區屬丘陵地貌，地勢南高北低，南側為黃荊山山體，山體走勢呈東西走向，原始地形坡度25°～40°。由于礦山開采形成采石場邊坡，開采面平面形態呈弧形，主采面總體走向近東西向。邊坡后緣中部有一沖溝，沖溝走向近南北向，雨季常形成水流沿邊坡面流下。邊坡底盤北側堆積有廢石堆，形成廢石堆邊坡，邊坡下部為道路和民房。

1．3 地層巖性及構造

區內出露的地層主要為三疊系下統大冶群第五段﹙T1dy5﹚厚—巨厚層狀含生物碎屑灰巖白云質灰巖，灰質角礫巖;該層主要分布于采場南側，巖石裸露地表，巖層產狀為160°∠32°。

人工堆積廢渣堆有3處，主要分布在采場北側的斜坡地帶，廢渣堆走向近東西向，厚度為1～3．5 m，廢渣成分主要為粉質粘土和塊石，塊石成分為灰巖，塊徑大小不均，一般為0．2 ～0．5 m，土石比為6∶4 ～7∶3。

第四系殘坡積主要分布于采場北側，粉質粘土夾碎石，厚度0．5 ～1．5 m，土石比為 7∶3。

采石場位于黃荊山向斜北翼西側，黃荊山向斜軸向北凸出呈“S”形，軸面傾向南，核部地層為大冶群第四—七巖性段，南翼地層由下三疊統—志留系組成，地層傾向北，傾角30°～40°，北翼地層由大冶群第一—第三巖性段組成，傾向南，傾角30°～40°，由于多條斷裂切錯，向斜被分成數段，現場調查區內無大的斷裂構造［1］。

1．4 水文地質條件

由于本區地勢較高，坡面較陡，降雨所形成的地表徑流很快沿坡面流入附近低凹處。地表巖溶發育，富水性較強;屬裂隙溶洞含水巖組。但由于位于當地最低侵蝕基準面以上，在雨季裂隙發育部位含裂隙巖溶水。人工堆積廢渣堆和第四系殘坡積結構松散，屬透水不含水層。

1．5 工程地質條件

邊坡巖體為中厚層灰巖，坡體巖石和淺部巖石風化程度較低，根據區域地質資料，巖石單軸抗壓強度為47．8 ～55．6 MPa，硬質巖石，巖石堅硬，性脆，屬堅硬中厚層狀中—強巖溶化碳酸鹽巖工程地質巖組。邊坡巖石近地表處巖溶裂隙發育，局部形成“架空結構”，導致巖石穩定性較差。

人工堆積廢渣堆和第四系殘坡積結構松散，呈松散—稍密狀，穩定性較差，屬松散巖類工程地質巖組。

2 邊坡基本特征

黃石市江南建材總廠二車間屬丘陵地貌。坡頂高程 +142．83 m，坡腳高程 +57．67 m，高差 58．16 m，邊坡總長約645 m，開采面面積27 367．5 m2。坡體總體坡向345°，總體坡度 60°～85°，逆向坡。出露巖性為三疊系下統大冶群第五段白云巖，產狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均。

根據邊坡結構類型、形態特征、結構面發育情況及其組合關系與工程地質特征差異性，將采石場邊坡劃分為五個區段，主要特征分述如下:

(1)Ⅰ區(東側邊坡)邊坡基本特征。Ⅰ區邊坡長138 m，平面形態呈弧形，坡頂高程 +117．50 m，坡腳高程 +57．60 m，高差 59．9 m，該處邊坡總體坡向320°，中部以上坡度60°左右，以下坡度約45°左右，為反向邊坡。巖性為三疊系下統大冶群第五段白云巖，產狀160°∠32°。該區變形破壞目前主要是頂部破碎巖體崩塌掉塊。邊坡上部由于爆破震動和卸荷作用，卸荷裂隙較發育，在卸荷回彈作用下，并在后期受風化作用的進一步改造，導致巖體結構破碎，易沿坡面產生滑塌墜石現象(照片1)。

照片1 Ⅰ區邊坡形態Photo 1 The first workshop quarry

(2)Ⅱ區(Ⅰ區與Ⅲ區間凸出)邊坡基本特征。Ⅱ區坡長34．5 m，平面形態呈凸出狀，坡頂高程+94．50 m，坡腳高程 +57．36 m，高差 37．14 m，該處邊坡正坡面坡向290°左右，坡度約60°左右，為反向邊坡。巖性為三疊系下統大冶群第五段白云巖，產狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木。該區變形破壞主要是頂部破碎巖體在長期的風化作用下的崩塌掉塊。該區可能破壞模式及穩定性情況同Ⅰ區邊坡相同(照片2)。

(3)Ⅲ區(西側邊坡)邊坡基本特征。Ⅲ區坡長84 m，平面形態略呈弧形，坡頂高程+101．50 m，坡腳高程+57．28 m，高差 44．22 m，該處邊坡總體坡向290°，坡度約50°左右，為逆向邊坡。巖性為三疊系下統大冶群第五段白云巖，產狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木。該區為以風化剝落為主的較穩定區，頂部巖體多破碎成塊狀，在長期的風化作用下易發生崩塌掉塊。該區主要發育2組裂隙:L1產狀210°∠80°;L2 產狀 190°∠54°。

照片2 Ⅱ區邊坡形態Photo 2 The second workshop quarry

(4)Ⅳ區(采場中部偏西)邊坡基本特征。Ⅳ區坡長327 m，平面形態呈直線形，坡頂高程最高+119．71 m，坡腳高程 +58．01 ～ +65．52 m，高差 77．31 ～84．82 m，該處邊坡總體坡向11°，坡度約65°左右，為逆向邊坡。巖性為三疊系下統大冶群第五段白云巖，產狀160°∠32°。該區主要發育 3組裂隙:L1產狀 120°∠80°;L2 產狀 190°∠54°;L3 產狀 95°∠71°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木，第四系厚度0．5 m左右。溶蝕現象較發育，坡頂部位多見溶溝、溶槽，頂部巖體多破碎成塊狀，在長期的風化作用下易發生崩塌掉塊。

該區可能破壞模式及穩定性情況與Ⅲ區邊坡相同，特別是坡頂部位(標高80 m以上)由于爆破震動和卸荷作用，巖體中節理面有一定程度拉開，局部可能產生墜石掉塊。

(5)Ⅴ區(采場西部)邊坡基本特征。Ⅴ區坡長61．5 m，平面形態略呈弧形，坡頂高程最高+128．81 m，坡腳高程 +66．49 m，高差 62．32 m，該處邊坡總體坡向58°，坡度約59°左右，為切向邊坡。巖性為三疊系下統大冶群第五段白云巖，產狀160°∠32°。頂部土層分布薄而不均，多為矮小灌木，第四系厚度0．5 m左右。溶蝕現象較發育，坡頂部位多見溶溝、溶槽，該處邊坡中部有一近似垂直裂隙，由坡頂往下延伸，頂寬約0．5 m左右，往下逐漸消失，延長約10 m左右。頂部巖體多破碎成塊狀，在長期的風化作用下易發生崩塌掉塊。

該位置節理裂隙發育情況與Ⅳ區邊坡相同，可能破壞模式同Ⅳ區邊坡。

3 治理工程方案

3．1 總體方案

治理工程總體布置如圖2。

Ⅰ區主要方案:局部危巖削方+坡面清方+客土噴播+擋墻+格賓網生態袋+覆土綠化;

Ⅱ區主要方案:坡面清方+保持自然景觀;

Ⅲ區危巖方案:局部危巖削方+坡面清方+客土噴播+擋墻+格賓網生態袋+覆土綠化;

Ⅳ區主要方案:局部危巖削方+坡面清方+綠化格柵+客土噴播+擋墻+覆土綠化;

Ⅴ區主要方案:局部危巖削方+坡面清方+客土噴播+擋墻+覆土綠化;

Ⅵ區(廢渣堆)主要方案:削方減載+坡面整形+擋墻+覆土綠化。

圖2 工程布置平面示意圖Fig．2 Plane schematic of engineering layout

3．2 分項綠化工程方案

其中主要的綠化工程設計如下。

3．2．1 綠化格柵

布置于Ⅲ區、Ⅳ區高程85 m以下，邊坡坡度多在70°以上，由于A采場Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ區地形坡度較陡但其高差不大，因此，在坡面清方后，采用綠化格柵進行護坡綠化。

綠化格柵主要由錨桿、混凝土梁、混凝土預制板、回填生態袋裝種植土和植物組成。

格柵及預制板施工完成后，在格柵的預制板槽內采用生態裝種植土、生物菌肥、復合肥進行回填。

種植植物主要包括以下種類:

草種 護坡型羊胡子草、狗牙根、黑麥草白三葉、紫花苜蓿等。

灌木種 黃馨，紫穗槐，二色胡枝子，多花木蘭，云石等。

草種與灌木比例為4∶6。

在綠化格柵頂部以種藤類植物為主，要求種植生長多年藤類植物，長度≥3 m，嚴禁扦插種植，灌木冠叢≥20 cm。

3．2．2 格賓網生態袋

在Ⅰ區A型擋墻和廢渣堆B型擋墻外側堆設置格賓網生態袋擋墻。格賓網底寬1 m，高1．0 m。格賓網內底部0．5 m裝填干砌塊石，上部0．5 m裝填生態袋，采用鑫三角GTX生態系統，其由兩個部分組成，即鑫三角GTX生態袋和鑫三角連接扣，GTX生態袋是可以填充碎石、土壤、基質等多種土工材料、種植材料的無紡布袋，是高分子有機聚合物。草、花、灌木等植物種子可以通過混播、噴播、插播等方法加入袋中或袋表噴播，可迅速生長綠化植物，并起到固土的作用;標準扣是用于連接GTX生態袋的固定連接器，使交錯碼砌的生態袋之間形成穩定的三角結構，并通過整體材料的柔韌性達到自我修復的特性及穩定性。

3．2．3 覆土綠化及景觀工程

在回填后采場內以及整形后的廢渣堆坡面進行覆土綠化，覆土厚度50 cm，按照當地生物生長習性，種植灌木，灌木樹種為刺槐。苗木栽植株行距均按2 m;樹苗應采用二年生苗，要求胸徑4 cm，苗株高不低于100 cm，且頂芽飽滿，無病蟲危害和機械損傷;栽植前留干高80 cm截頂，栽植時做到根舒壓實，上面增一層松土成龜背形。

對Ⅳ區北側橢圓形孤山進行削方，在其頂部形成一個標高72 m的平臺，布置一個八角重檐亭，平臺四周設不銹鋼護欄。

3．2．4 CBS 基材生態護坡

CBS(植被混凝土生態防護技術)基材是一種護坡新型植物生長基材，由砂壤土、水泥、有機質、CBS基材添加劑、混合植綠物種等組成，CBS基材生態護坡技術就是采用特定的CBS基材配方和種子配方，對各種類型的硬質邊坡，坡度＞45°的各種高陡邊坡，以及受水流沖刷較為嚴重的坡體進行生態防護的新技術(圖3)。布置于Ⅱ(A采場南側區)和Ⅲ(南采場區)。

3．2．5 種植池工程

在距坡頂邊緣線1 m處設置種植池，即可起到擋水作用，減輕大氣降水形成的坡面流對坡面的沖刷，同時種植紫藤、爬山虎、凌霄等藤類植物，以及相間種植黃馨、荊條和黃櫨等灌木［2］。種植池采取不對稱形截面設計，種植池寬0．5 m，外側池壁采用混凝土澆注，內側池壁采用漿砌石砌筑，砂漿標號M7．5，溝壁及溝底厚度均為0．3 m。

圖3 CBS(植被混凝土生態防護技術)護坡結構圖Fig．3 Structure diagram of CBS revement

3．2．6 養護工程

養護用水源通過管道引至坡腳(坡面平臺)蓄水池，采取高壓水泵(揚程160 m，功率18．5 kW)輸送到坡頂，供水主管采用Φ63 mm鍍鋅管，分管采用Φ50 mmPVC管，支管采用Φ32 mmPVC管，噴灌噴頭采用旋轉式全圓噴頭。設計噴頭與噴頭之間的縱橫間距均為25 m，噴射半徑為15 m，流量為2．62 m3/h。

4 施工效果

2011年7月該工程完成設計工作并進行了施工招投標，確定了施工、監理單位，最終于2012年8月完成主體工程施工。該工程效果良好(照片3、照片4)，基本達到了坡面全面綠化的要求，綠化覆蓋率達100%。該工程成為全國一亮點工程，包括中國地質環境監測院、中國地質大學等多家單位都前往考察、學習，交流經驗。

照片3 施工半年后效果Photo 3 The construction effect of six months

照片4 施工一年后效果Photo 4 The construction effect of one year

5 成功經驗探討

5．1 綠化技術方法選擇得當

本工程根據不同的分區共選用綠化格柵、CBS基材生態護坡、格賓網生態袋、覆土綠化、爬藤植物上垂下爬等多種方法共同組合進行綠化。其中主要綠化方法是綠化格柵+CBS基材生態護坡。

綠化格柵主要由錨桿、混凝土梁、混凝土預制板、回填生態袋裝種植土和植物組成，特別適合高坡度巖質邊坡綠化，但是不宜應用在30 m以上邊坡上。二車間采石場邊坡上緩下陡，下部30 m高度范圍內坡度在70°以上，使用綠化格柵方法進行綠化，可以減小削方量，同時取得良好的綠化效果。

CBS基材生態護坡技術主要采用由三峽大學獨立開發、具有自主知識產權的植被混凝土生態護坡綠化專利技術，由于它具有一定的強度和整體性能(能抵御110 mm/h的強暴雨的沖刷，不產生龜裂)，又是良好的植物生長基材，能夠達到邊坡淺層防護、修復坡面營養基質、營造植被生長環境、促進植被良好生長的多重功效。此技術于2003年通過水利部科技鑒定，于2003年獲得湖北省科技進步二等獎，2006年獲得湖北省科技推廣二等獎，2008年評為水利部水利先進實用技術推廣項目。應用CBS基材生態護坡技術的植被恢復工程近年來共完成百萬余平方米，經歷了較長時期和復雜環境的檢驗，產生顯著的生態和社會效益。CBS基材生態護坡技術區別于客土噴射和掛網噴播技術在于其使用水泥作為基材粘結劑，因而CBS基材除了為良好的植物生長基材外，根據水泥用量的不同，還具有一定的強度和良好的抗沖刷能力。

5．2 綠化植物選擇了當地適宜生長的物種

在綠化植物選擇上，草種選擇護坡型羊胡子草、狗牙根、黑麥草白三葉、紫花苜蓿等混種，灌木選擇刺槐、黃馨、紫穗槐，二色胡枝子，多花木蘭等，所選品種均為適宜黃石地區生長的植物［3］。

5．3 施工季節較佳

本工程綠化施工時正是春夏之交，為適宜植物生長的季節，大大提高了綠化工程成功率。

5．4 養護得當

工程設計養護三年，施工單位施工時嚴格按照設計要求，在坡面布置了噴灌系統并進行了養護，是綠化成功的必要因素。

6 結論

黃石市江南建材總廠二車間采石場位于黃石城區，黃荊山脈北側。主要礦山地質環境問題為采石場邊坡破壞了原有的地形地貌景觀，治理工程主要目的是使邊坡復綠。方案設計時通過各種方面比選，最終確定危巖削方+坡面清方+綠化格柵+漿砌石擋墻+CBS基材生態護坡+植被綠化方案進行綠化，最終施工效果良好，達到了原來的設計目的。

本項目綠化共選用綠化格柵、CBS基材生態護坡、格賓網生態袋、覆土綠化、爬藤植物上垂下爬等多種方法共同組合進行綠化。其中主要綠化方法是綠化格柵+CBS基材生態護坡。綠化植物選擇了當地適宜生長的物種。同時在植物適宜生長的季節施工，輔以養護措施。多種因素的綜合作用，提高了本項目綠化成功率。

本項目的成功可作為灰巖采石場高陡邊坡復綠工程的典型案例，其經驗可供同類型邊坡復綠工程借鑒。

［1］ 馮劼東，陳伯恒，陳堯堯，等．湖北省黃石市礦山地質環境治理重點工程項目一期工程——黃石市江南建材總廠二車間采石場治理工程施工設計［R］．武漢:湖北省地質環境總站，2011．

［2］ 陸志敏，吳鵬敏，湯社平，等．廢棄采石場綠化樹種選擇及其配套技術研究［J］．浙江林業科技，2006，5(3):61-65．

［3］ 李小琴．淺談廢棄采石場的復綠技術［J］．科技創新導報，2009，2(21):45．