北京某采石場高陡裸巖邊坡修復思路

甘柯 黃鵬輝 全瑤

摘 要：北京市門頭溝區軍莊鎮灰峪村廢棄采石廠，多年來的礦山開采形成高陡巖質邊坡造成地形地貌景觀破壞、植被破壞、次生地質災害等一系列礦山地質環境問題，治理恢復難度大。針對區內存在的地質環境問題，擬對治理區內裸巖邊坡進行坡面危巖清理、掛網噴播綠化、坡面種植槽綠化工程等修復措施，以恢復地形地貌景觀和坡面植被。邊坡修復堅持因地制宜的原則，根據當地條件選擇適合生長的喬灌草品種，恢復重建高陡巖質邊坡的生態環境，使之與周圍的自然生態環境相融合。裸巖邊坡生態修復后，將對提升治理區域的生態環境質量，增強周邊土地資源的可利用性，產生可觀的經濟效益。

關鍵詞：礦山地質環境問題;高陡裸巖邊坡;坡面綠化;生態修復

The Engineering Design of the Restoration of the High and Steep Bare

Rock Slope in a Certain Quarry in Beijing

GAN Ke， HUANG Penghui， QUAN Yao

（Beijing Geological Engineering Design Institute， Beijing 101500）

Abstract： In the abandoned quarry of Junzhuang Town， Mentougou District， Beijing， a series of mine geological environmental problems， such as landform and landscape destruction， vegetation destruction， secondary geological disaster and so on， have been caused by the high and steep rock slope for many years of mining. Governance recovery is difficult. In view of the geological environmental problems in the area， comprehensive control measures were designed to clean up the slope of bare rock slope， plant grass by spraying and planting grooves， and so on， in order to restore geomorphological landscape and vegetation on the surface of the area. In order to restore and rebuild the ecological environment of high and steep rock slope， it is necessary to adhere to the principle of taking measures according to local conditions and to select suitable species of shrub and grass according to site conditions， so that it can be integrated with the surrounding natural ecological environment in order to restore and rebuild the ecological environment of high and steep rock slope. After completing the ecological restoration of the surrounding bare slope， the eco-environmental quality of the region will be improved， the availability of the surrounding land resources will be increased， and considerable economic benefits will be generated.

Keywords： Mine geological environment problem; High and steep rock slope; Slope greening; Ecological restoration

0 前言

北京市礦產資源豐富，各類礦產127種，礦產資源開發曾為北京市城市建設和地區經濟發展、居民就業做出巨大貢獻。但是大量已關閉、停采、責任主體缺失的歷史遺留礦山和近年來政策性關閉礦山，產生嚴重礦山環境問題，影響到居民生產生活和北京建設世界城市、宜居城市的發展目標。需推進露天礦山綜合整治和修復工作（北京市人民政府，2018）。

多年來的礦山開采形成的高陡裸露巖質邊坡，造成地形地貌景觀破壞、水土流失、次生地質災害等一系列礦山地質環境問題，治理恢復難度大，是礦山環境恢復的難點問題。采用合理的工程措施與植物措施結合的方式，恢復重建高陡巖質邊坡的生態環境是非常重要的（北京市規劃和自然資源委員會，2018）。

治理區位于門頭溝區軍莊鎮灰峪村北，在西六環路重要交通干線可視范圍內。1994年前后，隨著城市建設開發力度的加大，對建筑材料需求量的增加，該采石場開始大規模的開采活動，造成很多生態環境問題，2007年該礦點被關閉。

1 地質環境背景

（1）氣象水文條件

區域年平均降水500～675mm，年內降水不均，7—8月降水量占全年降水量的60%左右。治理區內無河流穿過，溝谷雨季有季節性陣流，大氣降水是其補給的唯一來源。

（2）地形地貌

治理區屬燕山山脈，與華北平原相鄰接觸，屬北京西山的一部分，灰峪村屬低山丘陵侵蝕地貌。總體地勢為東、西、北三面高，南側低，呈V型谷地貌。由于礦石開采活動，治理區內形成了規模不等的開采裸露巖壁和廢渣堆積，使原有微地貌形態發生了很大變化。

（3）地層巖性

根據區域地質資料及地質調查，治理區域及其附近出露的地層由老到新：寒武系，奧陶系，石炭系，二疊系，三疊系，侏羅系以及第四系。治理區位于灰峪向斜之北翼，出露地層為奧陶系馬家溝組（O2m）、石炭系太原組（C3t）及第四系。其中：奧陶系馬家溝組（O2m）以白云質灰巖、深灰色塊狀灰巖、灰色白云質灰巖為主，巖層總厚度約220m。石炭系太原組（C3t）以灰色頁巖、上部為深灰色頁巖、粉砂質頁巖、礫巖為主，含豐富的植物化石，夾劣質煤層，厚70～140m。

（4）土壤植被條件

除被破壞區域，區域自然植被總體覆蓋較好，主要以荊條低矮灌木為主，另外還有野酸棗、臭椿等植被，雜草包括高羊茅、黑麥草、狗尾草、蒿草等。治理區內喬木主要包括側柏、白楊、火炬樹等，灌木主要為沙地柏，紫穗槐，藤本植物主要有五葉地錦、扶芳藤。

區內原狀土壤稀少，土壤厚度一般為0.1～1.0m。母質為灰巖風化物的殘坡積物等，沒有明顯的鈣質層。以淀積黏化為主，兼有殘積黏化。褐土呈中性微堿性反應，pH值為7.8，有機質含量約11.2g/kg，速效磷28.8mg/kg，重金屬單項污染指數<1.0，陽離子交換量不高。不含交換性氫，無游離酸。

2 礦山生態環境現狀

區內灰巖多為塊狀或層狀構造，屬硬質—較硬巖類，開采后產生的地質環境問題主要包括地形地貌景觀產生了巨大破壞、植被破壞、廢石廢渣占用土地、開采導致坡面破碎引發次生地質災害等一系列生態環境問題（李成等，2016）。由于采礦活動，治理區形成了兩處高陡的裸巖邊坡（Z-BP01、Z-BP02），總面積20054.3m2，詳見圖1、表1。

（1）裸露巖質邊坡Z-BP01

Z-BP01開采面坡面形態為折線形，寬約295.9m，高約13～137m，整體坡度大于50°，主坡向105°，坡面面積約17625.3m2，邊坡坡面風化較強烈，巖石較破碎。根據坡面坡度、坡高及坡面粗糙程度，將BP01分為3段，分別為Z-BP01-1、Z-BP01-2、Z-BP01-3，面積分別為13100.7m2、3926.2m2、748.9m2。

（2）裸露巖質邊坡Z-BP02

Z-BP02坡面形態為直線形，長約141.8m，高約15～24m，坡度45°～70°，主坡向87°，坡面面積約2160.4m2。邊坡坡面風化較強烈，表層巖石較破碎，下部存在松散堆積體，見少量草本植被。

3 高陡裸巖邊坡修復思路

3.1 修復方案分析討論

由于氣候因素，我國南方地區多雨潮濕，邊坡綠化技術比較成熟，在各類邊坡修復中都有較好的效果。但是在北方干旱半干旱區，尤其是大規模開采的石灰巖采場，其高陡裸巖邊坡的生態修復成為一個難題。

采石場區域水分滲漏流失嚴重、客土及養分流失嚴重，可選擇的整地技術較少，植物選擇與配置是采石場植被恢復的關鍵，而針對采石廠高陡巖質坡面條件下的植物選配技術報道較少。植物物種選擇一般遵循生態適應性、抗逆性、生物多樣性和先鋒性、可演替性等原則（張華，2013）。坡面植被恢復是將“先驅植物”首先人為移植，使這些先驅植物迅速覆蓋坡面，防止水土流失，但是坡面的永久性恢復還需要靠周邊不斷侵入的鄉土類植物完成演替（趙思金，2008）。

對區內裸巖邊坡進行坡面危巖清理、掛網噴播綠化、坡面種植槽綠化等修復措施，以恢復地貌景觀和地表植被，改善生態環境（北京市地質工程設計研究院，2019）。邊坡修復堅持因地制宜的原則，根據立地條件選擇適合貧瘠環境的喬灌草和鄉土樹種，降低后期管護成本，提高存活率。

3.2 修復工程方案

（1）邊坡整治

依據治理區現狀地貌，邊坡整治工程主要對巖質邊坡進行人工削坡和修整，消除邊坡表面碎石、廢渣，并根據治理區內巖石風化程度及坡面現狀，清理坡面零星危巖、碎石。

（2）掛網噴播綠化

針對區內Z-BP01、Z-BP02裸巖邊坡，坡度在50°～65°之間的坡面采用該治理措施，在人工清理浮石結束后進行掛網噴播治理，順序為：清理巖面、坡面整形→坡面鋪設金屬網→植生噴播 （ 李春林等，2011）→椰絲毯覆蓋→養護管理。

掛網錨固：采用鉤花鐵絲網、絲徑φ2.0，網孔50m×50mm，網片搭接10cm，網掛至坡頂，主錨采用φ14螺紋鋼，長50cm，坡頂、坡面主錨桿間距1m×1m錨固;次錨固件采用φ10螺紋鋼，長30cm，坡面次錨桿主要用于對坡面形態變化處進行錨固作用;錨固件呈梅花狀或不規則形狀布置，分布均勻。

綠化噴播：首先在坡面噴播8cm厚的植生混凝土，作為植物生長的基礎層;然后再上面噴播混合好的種子層，厚度4cm。噴播后，采用椰絲毯覆蓋保護。噴播綠化大樣圖及工程剖面圖詳見圖2、圖3。

植被種類的選取：籽種選用耐寒耐旱的鄉土草種與小灌木。將紫花苜蓿、高羊茅、黑麥草、紫穗槐、荊條等草種按比例適當搭配組合混合拌入基材之中一起噴播，養護3年。

（3）植生孔工程

針對Z-BP01邊坡四處鏡面巖部分，利用綠化噴播的同時，采用坡面植生孔的技術進行綜合修復，幫助坡面植物扎根巖層內，防止土壤基質被雨水沖刷。

據不同坡面形態及巖層現狀，進行坡面危巖清理后對BP01邊坡的Z-JM01至Z-JM04鏡面巖區域進行以1×1m規格布置生態植生孔，呈梅花狀布置，孔徑150mm，孔深500mm，結構詳見圖4。植生孔內回填種植土。籽種選用耐寒耐旱的鄉土草種與小灌木，主要物種有紫花苜蓿、高羊茅、黑麥草、紫穗槐、荊條等，每孔內不少于20粒。

（4）植生槽工程

針對區內坡度在大于70°的坡面采用該治理措施，人工清理浮石結束后進行。植生槽按等高線布置，每隔2m高差布設一道，累計植生槽34道。

①植生槽結構

在清除邊坡局部危巖體確保邊坡整體穩定基礎上，現澆（預制）種植槽（王生忠等，2008;孫平平等，2012;吳帆等，2017）。種植槽板與巖壁呈V型，與巖壁夾角45°～50°，槽板厚度為10cm，斜伸高度60cm。

槽板主筋和構造筋錨固巖壁、間隔配置，相距左右0.5m，分布筋橫向配置，相交于主筋和構造筋;主筋長度按深入巖體1.0m，石壁外延長度按板的斜長控制，構造筋長度按深入巖體0.5m，巖壁外延長度按板的斜長控制，分布筋按間距20cm間距布置，與主筋、構造筋的交叉點綁扎固定（圖5）。考慮排水需要，槽板下側5cm 處設置泄水孔，間距1.5m。

②植被種類的選取

選擇耐旱、耐貧瘠、管理粗放、根系發達的鄉土樹種（種子）進行灌、草、藤本植物立體配置，主要綠化物種有高羊茅、紫花苜蓿、爬山虎、紫穗槐等。選用爬山虎進行上部坡面綠化，紫惠槐進行中間部分遮擋，整個槽內播種草本植物，以保證成活率、可持續性和景觀效果。

4 分析及建議

（1）效益分析

廢棄礦山生態環境修復工程新增喬木、灌木、攀緣植物45121株，采用鄉土樹種為主，消除生態景觀 “傷疤”，根據立地條件營造植生環境，使之與周圍的自然生態環境相融合，關注整體生態的修復重建。

在完成周邊裸巖邊坡生態恢復后，將提升治理區區域的生態環境質量，增加周邊土地資源的可利用性，產生可觀的經濟效益。可為其它地區的廢棄礦山生態環境修復工作提供經驗。

（2）建議

由于高陡裸巖邊坡修復難度較大，立地條件創建困難，加之北京地區降雨量時空分布不均勻，應在前期修復工程的基礎上，加強后期養護工作，配套相應的蓄水，噴灌及滴灌措施工程，以保證植被的成活率和修復效果。

5 結論

（1）治理區位于門頭溝區軍莊鎮灰峪村北，在西六環路重要交通干線可視范圍內，由于多年來的礦山開采，形成了兩處高陡的裸巖邊坡（Z-BP01、Z-BP02），總面積20054.3m2，造成嚴重的地形地貌景觀破壞等礦山地質環境問題，治理恢復難度大。

（2）針對治理區內的礦山地質環境問題現狀，依據因地制宜的原則，采用系統修復的思路，擬對區內裸巖邊坡進行邊坡危巖清理、掛網噴播綠化、植生孔、坡面種植槽綠化等綜合修復措施，并根據立地條件選擇適合貧瘠環境的喬灌草和鄉土樹種，以恢復地貌景觀和地表植被，改善生態環境。

（3）治理項目開展后，擬新增喬木、灌木、攀緣植物約45000株，可產生明顯的環境和經濟效益，達到改善區內生態環境的效果，由于采石場裸巖邊坡立地條件差，應加強后期養護工作，以保證植被的存活率和修復效果。

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