談廢渣坡面細(xì)溝侵蝕防治工程措施

王 燾

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003)

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談廢渣坡面細(xì)溝侵蝕防治工程措施

王 燾

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003)

結(jié)合某采石礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程實(shí)例，對(duì)廢渣坡面整治暴雨季節(jié)遇到的細(xì)溝侵蝕問(wèn)題進(jìn)行了分析，探討了防治細(xì)溝侵蝕問(wèn)題常用的工程措施，指出植被護(hù)坡工程、緩坡整理+截排水工程兩者相結(jié)合可有效解決細(xì)溝侵蝕問(wèn)題。

廢渣坡面，細(xì)溝侵蝕，防治工程

2015年4月陜西中祥基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司接受扶風(fēng)縣礦產(chǎn)資源管理辦公室任務(wù)，對(duì)喬山豐邑村、韓家窯村采石礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境開(kāi)展了恢復(fù)治理工程。該項(xiàng)工程包含了廢渣堆治理和廢棄采坑治理內(nèi)容。廢渣堆治理過(guò)程中經(jīng)歷短時(shí)強(qiáng)降雨天氣，細(xì)溝侵蝕致使治理工程造成較大損失。扶風(fēng)一帶現(xiàn)有大量廢渣堆亟待治理，且喬山山前歷來(lái)夏季多遭暴雨災(zāi)害，細(xì)溝侵蝕成為廢棄礦山治理過(guò)程中急需解決的問(wèn)題。細(xì)溝侵蝕問(wèn)題的探討對(duì)后期同類型礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的治理勘查、設(shè)計(jì)、施工均有重要意義。

1 問(wèn)題的提出

本項(xiàng)目所治理的采石礦區(qū)開(kāi)采對(duì)象為碳酸鹽巖，其生產(chǎn)的產(chǎn)品為碎石，廢渣成分主要為碳酸鹽巖石粉、細(xì)砂、中砂、粗砂混少量粘土，粘聚力低，液限指數(shù)高。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，廢渣坡面治理采用魚(yú)鱗坑栽植紫穗槐進(jìn)行坡面復(fù)綠和植物防護(hù)。坡面治理工程結(jié)束后，復(fù)綠坡面經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)15 d的連陰雨天氣(小到中雨)，僅局部出現(xiàn)小規(guī)?；?，坡面整體穩(wěn)定性較好，紫穗槐生長(zhǎng)狀況良好。

扶風(fēng)喬山山前夏季突發(fā)強(qiáng)降雨多發(fā)，加之本年度整體降雨量較多，進(jìn)入7月份，強(qiáng)降雨致渣坡坡面沖刷的問(wèn)題凸顯。施工項(xiàng)目分別于7月14日，18日，23日經(jīng)歷了短時(shí)強(qiáng)降雨，暴雨造成的坡面淋流，對(duì)已恢復(fù)坡面造成較嚴(yán)重?fù)p失。其中7月18日晚10:10～10:30，降雨歷時(shí)20 min，降雨量達(dá)25 mm。廢渣坡面受降雨匯集沖刷，形成密集細(xì)溝，細(xì)溝寬10 cm～30 cm，深10 cm～40 cm，頻數(shù)2 條/m～5 條/m，下部沖蝕嚴(yán)重。細(xì)溝侵蝕對(duì)已栽植的紫穗槐破壞嚴(yán)重，致使紫穗槐根系裸露或直接被沖走。受損坡面上游來(lái)水被擋水土埂攔截，形成的淋流來(lái)源于坡面降雨匯集。

2 細(xì)溝侵蝕的主要影響因素分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：按照37°左右自然坡度整理的廢渣坡坡面，沖溝貫穿坡頂至坡底，沖刷程度向下增強(qiáng)；局部坡頂平緩部位，坡度20°左右，坡面沖刷輕微；較早栽植的紫穗槐，根系已較發(fā)達(dá)，基本形成根系網(wǎng)，對(duì)坡面有一定防護(hù)作用，侵蝕有所減弱。

綜合分析認(rèn)為，影響細(xì)溝侵蝕的因素主要為以下方面：

1)短時(shí)降雨的降雨強(qiáng)度：當(dāng)降雨量大于入滲量，將形成地表徑流，坡面漫流匯集成小股流水對(duì)坡面形成槽狀沖刷。降雨強(qiáng)度是細(xì)溝侵蝕的先決條件。2)土體的物理性質(zhì)：土體的液限指數(shù)、顆粒大小、粘聚力等決定了其抗侵蝕能力。植被生長(zhǎng)對(duì)其有改良作用。3)堆積體坡度：堆積體坡度直接影響坡面水流匯集的速度、流量、流速。歐洲學(xué)者提出土壤上細(xì)溝發(fā)生的臨界坡度為2°～3°，砂壤土臨界坡度為6°～12°；國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)人工降雨實(shí)驗(yàn)得到的土壤侵蝕臨界坡度為25°。據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，自然溝渠不沖流速一般為4 m/s，依溝渠土體性質(zhì)有所不同。在緩坡地上,薄層水流的速度通常不會(huì)超過(guò)0.5 m/s，故沖刷較輕。4)匯水面積：當(dāng)?shù)乇韽搅餮仄旅媛鲿r(shí),徑流匯集的面積不斷增大,同時(shí)又繼續(xù)接納沿途降雨,因而流量和流速不斷增加，到一定距離后,坡面水流的沖刷能力便大大增加,產(chǎn)生強(qiáng)烈的坡面沖刷,引起地面凹陷,隨之徑流相對(duì)集中,侵蝕力變強(qiáng),地表上會(huì)逐漸形成細(xì)溝侵蝕。

3 細(xì)溝侵蝕防治工程措施探討

3.1 常用的防治工程措施

針對(duì)細(xì)溝侵蝕的以上影響因素，可采取以下工程措施進(jìn)行防治：1)植被護(hù)坡工程：坡面密植深根系草、灌、喬，爭(zhēng)取在暴雨季節(jié)來(lái)臨前形成根系網(wǎng)，保護(hù)坡體；同時(shí)地表植被枝葉基本覆蓋坡面，對(duì)降雨形成植被截流。伴隨植被的生長(zhǎng)，根系及冠幅發(fā)達(dá)，可逐漸減緩乃至消除細(xì)溝侵蝕現(xiàn)象。該措施優(yōu)點(diǎn)是施工便捷、成本低；缺點(diǎn)在于第一年植被生長(zhǎng)緩慢，坡面防護(hù)往往不足以抵御細(xì)溝侵蝕，需要多次對(duì)坡面修復(fù)。本次施工的工程即是實(shí)例。2)緩坡整理+截排水工程：勘查中注意收集不同坡度渣坡面的細(xì)溝侵蝕發(fā)育情況數(shù)據(jù)資料，確定適合當(dāng)?shù)亟涤陱?qiáng)度、渣土類型的堆積體坡度，將廢渣整理為緩坡(15°～25°)，橫向修筑馬道，馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置簡(jiǎn)易截排水溝，馬道及截排水溝間距可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。該措施優(yōu)點(diǎn)在于施工便捷，成本較低，可結(jié)合植被護(hù)坡工程以達(dá)到更好的效果；缺點(diǎn)在于整理緩坡要求足夠的場(chǎng)地面積。3)坡面小排水：即在細(xì)溝侵蝕坡面斜向交叉布設(shè)小排水工程，旨在減小匯水面積，通過(guò)截流減緩沖蝕。4)平鋪草皮護(hù)坡：通過(guò)人工在邊坡面鋪設(shè)天然草皮的一種傳統(tǒng)邊坡植物防護(hù)措施。具有施工簡(jiǎn)單、工程造價(jià)一般等特點(diǎn)。適用于附近草皮來(lái)源較易、邊坡高度不高且坡度較緩的各種土質(zhì)及嚴(yán)重風(fēng)化的巖層和成巖作用差的軟巖層邊坡防護(hù)工程，是設(shè)計(jì)應(yīng)用最多的傳統(tǒng)坡面植物防護(hù)措施之一，但由于施工后期養(yǎng)護(hù)管理困難，平鋪草皮易被沖走，且成活率低，工程質(zhì)量往往難以保證，達(dá)不到滿意的邊坡防護(hù)效果。5)三維植被網(wǎng)護(hù)坡：該方法是利用活性植物并結(jié)合土工合成材料等工程材料，在坡面構(gòu)建一個(gè)具有自身生長(zhǎng)能力的防護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)植物的生長(zhǎng)對(duì)邊坡進(jìn)行加固的一門新技術(shù)，常用于公路邊坡防護(hù)領(lǐng)域。根據(jù)邊坡地形地貌、土質(zhì)和區(qū)域氣候的特點(diǎn)，在邊坡表面覆蓋一層土工合成材料并按一定的組合與間距種植多種植物。通過(guò)植物的生長(zhǎng)活動(dòng)達(dá)到根系加筋、莖葉防沖蝕的目的，經(jīng)過(guò)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)處理，可在坡面形成茂密的植被覆蓋，在表土層形成盤根錯(cuò)節(jié)的根系，有效抑制暴雨徑流對(duì)邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強(qiáng)度，減小孔隙水壓力和土體自重力，從而大幅度提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。其優(yōu)點(diǎn)是綠化見(jiàn)效快、防治效果好，施工簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是成本過(guò)高。

3.2 常用的防治措施的適宜性討論

1)植被護(hù)坡工程、緩坡整理+截排水工程兩者相結(jié)合應(yīng)用，施工便捷、成本低廉、綠化及景觀效果好，實(shí)踐證明其在礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程中較適宜。在場(chǎng)地滿足的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮緩坡整理+截排水工程結(jié)合植被護(hù)坡，能取得較好的治理效果；如受場(chǎng)地面積限制，堆積體坡度不能放緩至細(xì)溝沖蝕臨界坡度，應(yīng)盡量降低堆積體坡度，選擇適宜季節(jié)栽植，通過(guò)人工方法加快植被建植進(jìn)度，力爭(zhēng)第一次暴雨季來(lái)臨時(shí)形成一定防護(hù)力。2)項(xiàng)目部選取一處坡面進(jìn)行了坡面小排水方案試驗(yàn)，暴雨過(guò)后，坡面修筑的建議水溝多段被沖毀或被預(yù)計(jì)，效果不明顯。筆者認(rèn)為：渣土巖土物理力學(xué)性質(zhì)較差，渣坡面不適宜直接作為地基，處理地基、加固水渠將會(huì)增加成本，在其上部修筑截水溝適宜性差；沖積物會(huì)在截水溝淤積，損毀水渠；如坡度已確定，只能通過(guò)加密水渠密度達(dá)到防治沖刷目的，導(dǎo)致成本增大。故小排水方案在廢渣堆治理工程中適宜性較差。3)平鋪草皮后期養(yǎng)護(hù)難度大，易被沖走，成活率低，導(dǎo)致護(hù)坡最終成功率低；且其成本相對(duì)較高，對(duì)于礦山恢復(fù)治理工程適宜性差。4)三維植被網(wǎng)護(hù)坡是公路邊坡防治中常用的防沖刷方法，其治理效果好，但成本過(guò)高(每平方米綜合單價(jià)約為100元)。礦山恢復(fù)治理邊坡防護(hù)要求較低，以經(jīng)濟(jì)原則考慮，該方法適宜性差。

4 結(jié)語(yǔ)

扶風(fēng)乃至渭北一帶石灰石采石礦山治理工程量巨大；喬山山前歷來(lái)夏季多遭暴雨災(zāi)害，細(xì)溝侵蝕是廢棄礦山治理亟待解決的問(wèn)題。根據(jù)目前常用的各種工程防治措施分析，結(jié)合扶風(fēng)縣喬山豐邑村、韓家窯村采石礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程實(shí)例，植被護(hù)坡工程、緩坡整理+截排水工程兩者相結(jié)合可有效的解決細(xì)溝侵蝕問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下方面：植被根系護(hù)坡，增加坡體穩(wěn)定性；植被冠幅截流，延緩成流過(guò)程；放緩坡度，降低坡面水流流速、截排水溝對(duì)坡面分割，分解匯水面積，降低匯流流量、流速。

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Discussion on preventive engineering measures of waste residue slope rill erosion

Wang Tao

(ChinaConstructionMaterialIndustryGeologySurveyCenterShannxiHeadquarter,Xi’an710003,China)

Combining with the geological environment recovery treatment engineering example of the mining mine, the paper analyzes the waste residue slope rill erosion problems in rainy season, explores common rill erosion preventing engineering measures, and finally points out that: it can effectively solve rill erosion problem by integrating planting slope protecting engineering with gentle slope treatment + intercepting drainage engineering.

waste residue slope, rill erosion, preventive engineering

1009-6825(2016)11-0073-02

2016-02-02

王 燾(1984- )，男，工程師

P694

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