高寒區釆動山體邊坡生態修復設計

吳國璽，楊凱亮，李滿園，李彥克

（1.許昌學院城鄉規劃與園林學院，河南 許昌 461000；2.花之都實業有限公司，河南 許昌 461000）

在水電工程及山地資源開發過程中，由于工程施工導致大量山體開挖與填埋，擾動了原有地形地貌和原生植被，形成了釆動山體邊坡。釆動山體邊坡如果不及時進行生態修復，就會使釆動山體生物多樣性降低、水源涵養能力下降，從而造成水質惡化、誘發地質災害，加劇生態環境的惡化[1]。在礦區邊坡生態修復實踐中，袁磊等就高陡巖質邊坡，提出了利用植物群落與地下生境進行生態修復方法[2]，朱兆華等基于受損邊坡，給出了生態修復的工藝選擇、目標群落設計與景觀重建的案例[3-4]，薛春曉等就寒區露天煤礦排土場邊坡生態修復進行研究[5]。但是，傳統的邊坡治理技術雖然能夠地起到邊坡穩固作用，卻難以恢復自然植被和生態系統功能，環境保護和生態平衡脆弱。因此，結合高寒區釆動山體，實施邊坡生態修復研究與設計，對恢復生態系統功能，具有非常重要的意義。

1 項目區概述

該項目位于西藏拉薩市堆龍德慶縣乃瓊鎮加木溝，距離拉薩市區西25km處東北臨拉薩河、青藏公路和青藏鐵路，南依大山，東望案山，北臨溪口（圖1）。屬拉薩河南岸河流階地，山體海拔3690m～3780m。該礦山以海相石灰巖為主，是高爭水泥廠水泥生產的主要原料，屬于典型的高寒區釆動山體。該礦山采用自上而下，臺階式開采，為一級安全質量標準化非金屬礦山。

2 釆動山體環境因素分析

2.1 氣候特征

該項目位于青藏高原地區，屬內陸高原溫帶半干旱氣候，全年多晴朗天氣，日照充足，空氣稀薄而且干燥。據拉薩氣象站資料，區內多年平均氣溫7.4℃，氣溫較低，冬季氣候寒冷，冬夏溫差在30。左右；多年平均降水量426.50mm，降雨稀少而集中在夏季，多年平均蒸發量2306.70mm，蒸發量遠大于降水量。

圖1 項目位置

圖2 釆動山體地貌、植被特征

2.2 地貌條件

研究區地貌屬構造剝蝕山地，山頂海拔3780m，切割深度小于100m。山頂呈尖棱狀，山坡陡峻，一般40?！?0。，山脊呈鋸齒狀，石峰發育。干濕交替和凍融循環對巖土物理力學性質影響顯著。由于降水集中，使得區內受巖性、構造及干濕季節大氣降水變化影響，極易產生滑坡、崩塌等地質災害，所以生態修復過程中重點考慮邊坡穩定，同時考慮防止邊坡后緣大面積坍塌。

2.3 土質特征

礦山的礦石屬侏羅系上統奪底溝群(J3d)海相石灰巖，巖性為灰白色-灰黑色中厚層狀細粒結晶灰巖，點荷載抗壓強度53.97MPa，屬堅硬巖石。石灰巖品位好，開采條件較好。土壤類型為亞高山草甸土，富含礫石。土壤表層草根較少，形成不連續草皮層，成土過程微弱，土壤發育程度差，腐殖質累積過程弱、有機質含量低；土壤較沙質、顆粒粗大，土層淺薄且層次不明顯，有風沙危害。通常在10月下旬至次年4月中旬封凍，凍土深度12cm～50cm，土壤凍融交替，通氣不良，土質疏松，缺少水分，土壤較干燥。土壤有機質腐殖化和礦物質分解緩慢，有機質含量低，營養元素貧乏，粘粒含量少、土壤貧瘠。

2.4 植被條件

礦區海拔較高，空氣稀薄、氧氣量少，紫外線輻射量較同緯度地區大，不利于植被生長。邊坡植物群落結構簡單，常只有一層，以草本植被為主，多在20cm以下，草層較低、植被稀少，生物量小，一旦被破壞生態修復的難度加大。

3 釆動山體生態修復設計

3.1 山體現狀

根據現場勘查，在礦山邊坡現已堆積大量廢石，堆積總量約2萬m3，占地面積約1萬m2（圖2）。斜坡上廢石堆積物較松散，兩側為草地。對堆積體進行變形特征分析，現狀處于欠穩定—基本穩定狀態，上部邊坡在 70。以上，中部 50?！?0。，下部 20。～30。，較為平緩?，F在邊坡底部未設置任何攔擋設施，在雨季和巖土體自重狀態下，存在坡表降水的匯入，致使廢石堆積斜坡穩定性較差，局部存在引發滑坡和崩塌的可能。同時，表層堆積大量裸露廢石，與周邊山體植被覆蓋景觀不一致，不連續，造成本區可視景觀效果極差，特別突兀。而且本段位于新建高鐵、青藏鐵路、拉薩環城道路的可視范圍內，本段邊坡開展工程治理和植被生態修復顯得尤為必要。

3.2 設計原則

①生態性原則，在“修復工程”實施的同時，應同時生態修復兼顧“管護”的方法，使工程長期有效，改善生態環境條件。

②可行性原則。工程修復時，充分考慮施工可行性、施工工期等因素。

③經濟性原則。在確保安全的前提下，充分考慮工程修復的經濟性，做到技術可靠，經濟上合理。

3.3 生態修復設計方案

依據前期勘探和相關資料分析，本次初步確定兩個修復方案，其中管護和監測工程是這兩種方案所必須開展的，本次將其合并，現分別介紹如下：

3 .3 .1 格構加固覆土生態修復

根據現場調查，可以對邊坡實施沿著邊坡底部修建擋渣墻、削坡、清理坡面上危石和松動石塊、格構加固處理、覆土種植。

①修筑擋渣墻：修筑擋渣墻為防止在后期削坡和清理過程中，邊坡廢石滾落，危機水泥廠正常的生產，同時也是應對邊坡可能出現的崩塌滑坡等地質災害。因此，首先應在邊坡底部修建擋渣墻，本次設計修建重力式漿砌石擋土墻，采用梯形斷面，并在墻腳設置小排水溝。

圖3 擋渣墻示意圖

②削坡和清理邊坡：由于上部邊坡極陡，穩定性也是極差，將上部廢石通過削坡開挖，運至水泥廠作為原料。本次設計將整個坡面分成四級削坡作業，一級坡高度15m，二級坡高度在20m，三級坡高度在20m，四級邊坡的高度在25m以上，每級邊坡設置平臺，平臺寬5m。邊坡按照設計要求削坡完成后，清除坡頂處和坡面上危石和松動的巖塊，必須采取徹底清除的措施，消除局部鷹嘴巖及破碎巖石，以避免發生崩塌的可能。

圖4 格構加固示意圖

③格構加固：錨桿采用鉆孔打眼，錨桿軸線與水平面架設成25。夾角（圖4），鉆孔要符合以下要求：鉆孔圓而直，鉆孔方向盡量與巖層主要結構面垂直；錨桿孔徑要大于桿體直徑15mm。在錨桿施工完成后立即進行測量，根據設計要求在放出格構梁，壓頂及鑲邊的平面位置及高程。其后開展格構鑿槽，模板加工及鋼筋綁扎以及伸縮縫等施工。

④填土種植：當格構養護期完成后，可對格構內進行回填植草，植草采用撒播。采用本地草種，且草籽的質量要求是無發霉變質的當年種子。

圖5 高寒區釆動山體生態網

圖6 釆動山體水泥格網、鋼架平臺

3 .3 .2 鋼架生態植被袋修復

對邊坡實施沿著邊坡底部修建擋渣墻、鉆孔及搭設鋼架平臺、邊坡表面布設竹席或是櫚棕墊、充填生態植被袋，建設釆動山體生態網（圖5）。

①架設鋼架平臺：首先鉆孔，采用自上而下開展，本次鉆孔深度采用2m，邊坡上部鉆孔密度:2m×2m，中部采用2m×2m，下部采用：2m×2m。鉆孔結束后采用高壓風管吹孔，將孔內巖粉吹洗干凈。其后，搭設平臺架管的要求①對于架管底部地面不平處，應挖鑿平整后再搭設。②加管底部必須墊木塊以加大受力面積，減少架管沉降。③適當架設剪刀架以及斜撐，以便平臺整體穩固（圖6）。

②鋪設竹席或是櫚棕墊：利用鋼絲等，將竹席和棕櫚墊鋪設在邊坡表面，并與鋼架固定在一起，防止出現竹席和棕櫚墊滑落。

③充填生態植被袋：采用的生態植被袋是一種綠化、護坡的一種袋子，通過裝土填充，來植被綠化、護坡的一種生態袋，生態袋內充填的植物生長基質特點是質量輕、營養高、種子易發芽等，特別是在惡劣環境下確保植被正常生長。

3 .3 .3 管護和監測工程

利用礦山泉水進行灌溉，在山頂部平臺上修建水池，采用水泵將山下泉水輸送至山上水池，在邊坡上架設噴灌設施進行灌溉。在灌溉過程中，觀察修復植被的長勢，來確定添加多少量的肥料至灌溉水中，隨灌溉水一起施加至修復植被上。在雨季，特別是暴雨過后，仔細檢查邊坡是否沖刷損毀，對損毀嚴重的狀況，立即采取補植措施，堵塞漏洞，實施工程的管護。采用高精度GPS、全站儀（水準儀）、活動式鉆孔測斜儀、人工觀測等方法，監測邊坡失穩可能發生的地段及規模，重點監測邊坡滑坡等地質災害。

實踐表明，利用格構加固覆土、鋼架生態植被袋的方法，對高寒地區山頂部平臺上修建水池，采用水泵將山下泉水輸送至山頂，并在邊坡上架設噴灌設施進行灌溉保證充分的水分供應，能確保礦區釆動山體邊坡形成良好的生態。