高次團粒噴播技術在廢棄礦山地質環境恢復治理工程實施中的應用

李 超（上海市地礦建設有限責任公司，200436）

在改革開放后經濟快速發展的背景下，早期掠奪式采石造成了嚴重的生態環境問題，隨著社會發展，人們越來越意識到“綠水青山就是金山銀山”[1]，廢棄礦山地質環境恢復治理工作愈發重要。長期的采礦活動造成地形地貌被破壞、礦山植被被損毀，礦山開采后形成的裸露山體存在地質災害隱患、水土流失和粉塵污染等問題，而且十分影響城市的整體面貌[2]。擬治理廢棄礦山裸露邊坡—以巖質邊坡為主，坡面風化，巖石破碎，巖體坡面難以自然生成植被，需要人工措施綠化坡面。傳統綠化技術有生態植被毯、生態植被袋、液力噴播、高次團粒噴播等，根據擬治理廢棄礦山邊坡地質環境、坡面特征等，主要以高次團粒噴播技術為主，其他綠化技術為輔的綠化手段。

1 高次團粒噴播技術原理

高次團粒噴播技術的施工對象主要為基巖邊坡、硬質土邊坡、砂質土邊坡、酸堿性土壤、瘠薄山區地帶、干旱地帶、海岸堤壩、回填土或水土流失嚴重地帶等綠化困難的裸露坡面等[3]，使用經特殊生產工藝制成的富含有機質和粘粒的客土材料，通過干式噴播或濕式噴播，加工程措施相輔的手段，客土材料噴播瞬間在空氣作用下與團粒劑混合后發生團粒反應，然后形成與自然界表土同種團粒狀結構的“人造土壤”。這種“人造土壤”具有特殊的團粒結構，在團粒結構內部，團粒之間存在大小不一的孔隙，大孔隙主要作用為通氣、排水，小孔隙主要作用為保持水分、養分，適宜植物生長[3-4]。因噴播后會發生疏水反應，所以粘結力強的“人造土壤”會牢固地吸附在坡體表面，能抵抗雨蝕和風蝕，防止水土流失[3]。

2 高次團粒噴播技術特點

(1) 應用范圍廣泛且適用性強。高次團粒噴播技術可以應用在國土、交通、林業、環保等領域，針對高陡巖質邊坡、硬質土邊坡、砂質土邊坡、貧瘠地、酸堿性土壤地等用傳統綠化方法難以綠化或達到理想效果的困難地方，不受地形地勢限制[5]。

(2) 施工快、施工安全、見效快。將客土材料利用噴播機加壓噴射到坡面，施工過程簡潔、安全可靠，一般施工完成后 3～6 月即可見植被修復效果，2～3 a 后可達到自然植物群落狀態[3][5]。

(3) 尊重自然，追求綠色環保。植物種子選取時考慮當地自然植物群落結構，種子配料選取當地喬木、灌木、草本植物相結合方式，達到物種多樣化，并盡量選取綠色環保植物，既能達到綠化景觀，又能凈化空氣，實現人與自然和諧共處[3]。

(4)“人造土壤”具有和自然表土相同的團粒狀結構。“人造土壤”的團粒狀結構有保水性、透氣性，適宜植物生長，因噴播后會發生疏水反應，粘結力強的“人造土壤”會牢固地吸附在坡體表面，既能提高邊坡安全性，又能抵抗雨蝕、風蝕，防止水土流失[3]。

(5) 后期養護管理簡單。后期養護主要為澆水，然后是做好病蟲害防治工作，管理程序簡單[6]。

3 工程設計及實踐

3.1 項目概況

(1) 自然地理：項目區位于陽新縣城區東部，北距長江1 km。氣候類型為亞熱帶大陸性氣候，四季分明，雨量充沛，地貌為構造剝蝕丘陵地貌，地勢南高北低，最大相對高差 425.00 m。

(2) 坡面特征：Ⅰ區坡面特征就是Ⅰ區位于項目區北西側，邊坡整體走向30°，坡度 30°～55°，坡向 120°，坡頂高程 + 130.00 ～+ 160.00 m，坡腳高程 + 50.00～+55.00 m，相對高差 75.00～110.00 m，平均高差 92.50 m。坡體表面有兩級較緩平臺（最大坡度 15°），平臺延伸方向與邊坡走向一致，貫通性好，平臺寬 7.00～50.00 m，邊坡角為 35°～50°。巖性為黃龍組淺灰色中厚層狀灰巖，坡面節理裂隙不發育，巖體完整性較好。

Ⅱ區坡面特征主要為Ⅱ區位于項目區南側，為廢棄石灰巖礦采石場的主采面，邊坡整體走向 280°，坡度 40°～70°，坡向 10°，坡頂高程 + 225.00～+ 285.00 m，坡腳高程 + 50.00～ + 52.00 m, 相對高差 175.00～233.00 m，平均高差 204.00 m。坡體表面有三級較緩平臺（最大坡度 20°），平臺寬度4.00～35.00 m，延伸方向與坡體走向基本一致，平臺邊坡角 45°～65°。巖性為二疊系下統棲霞組含炭質含燧石結核灰巖、石炭系中統船山組球粒灰巖、黃龍組灰巖，坡體巖石節理裂隙發育，巖石較破碎。

擬治理區高次團粒噴播施工區域主要布置在Ⅰ區、Ⅱ區坡面坡度 ≤55° 的地段，坡度 ＞55° 的坡面及坡體表面各級平臺采用其他綠化技術，本次高次團粒噴播施工總面積為 103 708.83 m2。

3.2 施工工藝設計

施工工藝設計流程見圖 1。

圖1 施工工藝設計流程圖

3.2.1 坡面整形

(1) 采用機械和人工清除坡體表面危石、松石、浮石及雜物。

(2) 清除坡體表面有礙于人造土壤附著坡面的植物浮根、雜草及垃圾。

(3) 坡體表面盡量保持原有形態，坡面起伏控制在 20 cm以內。對位于凸起巖體下方的基巖面不允許有倒傾或垂直坡面。

3.2.2 鋪網、釘網

鋪網：選取的金屬網為網孔 5 cm×5 cm 的過塑鍍鋅菱形鐵絲網，長度根據需要而定。鋪設時自上而下，坡頂延伸≥50 cm，坡頂處用主錨釘固定后采用 C 25 混凝土壓頂，上下及左右采用平行對接，對接處用18 # 鐵絲綁扎牢固，兩片網之間搭接寬度 ≥10 cm，即至少兩個網孔的距離，在錨釘與網片接觸處也一并用 18 # 鐵絲綁扎牢固。網片距坡面保持 5～8 cm 的距離，用墊塊支撐。

釘網：對土質坡面，因其坡面松軟，釘網的錨固件采用長度為 50 cm 的木樁，坡面每平方米 ≥3 個木樁。對裸露巖質邊坡坡面，錨固件采用鐵質錨釘，分為主、次錨釘，錨釘均為規格 Φ16 的鋼筋，釘前對其進行防銹處理，水泥漿錨固，錨釘入坡深度根據邊坡地質情況確定，要保證錨釘不僅本身牢固而且能使網片及噴射后的基材局部穩定。主錨釘長 2.00 m，副錨釘長 1.50 m，外露段長度為 0.20 ～0.30 m，每平方米 ≥4 個錨釘，主副錨釘相間布設，具體布設方式見圖 2。孔偏差 ≤5 cm，外露段錨釘向坡體上方彎折。坡體頂部為加強穩定，按間距 0.80 m×0.80 m、長 2.00 m 進行兩排加密處理。

圖2 主、次錨釘布設示意圖

3.2.3 噴射基質及種子

前期工序完成后，即可進行噴射。將高次團粒噴播原材料即黏土、有機質添加料、復合纖維料、土壤穩定劑、團粒劑、植物種子等混拌過篩，經人工傳送到高次團粒噴播機，再經噴播機加壓噴射到坡面上。噴射分兩次進行，首先噴射不含種子的混合料；然后在種子中加入泥炭土、腐殖土、粘結劑、纖維、緩釋復合肥、保水劑攪拌均勻后，噴射在混合土層上，最終噴射混合材料平均厚度 ≥15cm。每次噴播寬度為 4.00～6.00 m，高度為 3.00～5.00 m，噴播由大于 12.00 m3的空壓機送風，采用干式噴漿法施工。

3.2.4 無紡布覆蓋

噴播植物種子后表面采用無紡布覆蓋，以防止雨水沖刷、水分蒸發和保護幼苗等。

3.2.5 養護管理

養護管理期為竣工后 2 年。 施工完成初期應注重澆水，原則上一周澆水 1～2 次，視當地降雨量情況而定；做好病蟲害防治工作，病蟲害防治工作要本著“早預防、早發現、早治療”的原則。

3.3 施工工藝實踐

3.3.1 坡面整形

主要采用挖機、鎬頭機、液壓劈裂機、手用風鎬等機械清除坡體表面危石、松石、浮石、雜物等，見圖 3。

3.3.2 鋪網、釘網

鋪網：人工鋪網，坡頂固定后，自上而下鋪設。網片距坡面保持 5～8 cm 的距離，用墊塊支撐。釘網：利用手用風鎬打孔，孔內灌漿，錨釘外露長度按照設計要求，鋪網及釘網效果見圖 4。

圖3 機械坡面整形

圖4 鋪網、釘網

3.3.3 噴射基質及種子

本次噴植選取以鄉土植物為主、外來植物為輔的植物群落的種子，以適應當地自然生態環境，植被建成后在景觀效果上接近自然，并與周邊山體景觀協調融合，噴播設備采用 HKP 型客土噴播機（圖 5）。本次噴植種子配方見表 1。

圖5 噴播設備

表1 噴植種子配方表

3.3.4 無紡布覆蓋

噴播植物種子后表面采用無紡布覆蓋。

3.3.5 養護管理

養護管理期為竣工后 2 a。初期注重澆水，出苗 15 d后，為了促進草坪生長，應施氮肥（5 g/m2）1 次，再過 10 d 施復合肥（15 g/m2）1 次。

4 結 語

通過現場實踐，本次高次團粒噴播技術在某縣石灰巖礦廢棄采石場裸露邊坡恢復治理實施中是可行的，達到了預期效果，可為同類型廢棄礦山地質環境恢復治理工程提供參考。高次團粒噴播技術的應用有助于改善城市周邊礦山地質環境，提高生態環境綠化修復效果和邊坡安全性，有效解決基巖裸露坡面植被恢復和水土流失問題，同時有助于美化周邊景觀、凈化空氣、恢復生態平衡，具有可持續發展的特點。