廢棄礦山生態復綠設計與施工研究

吳雯雯，王念鵬

(1.池州職業技術學院 建筑與園林系，安徽 池州 247000；2.安徽省園景林業有限責任公司，安徽 合肥 230000)

池州市貴池區濟公采石場礦山位于池州市西南方向直距35公里，行政隸屬于貴池區牌樓鎮濟公村。原礦山已于2016年3月整合關閉，礦山關閉前已形成露采場、工業場地、排土場、辦公區和礦區道路，礦山至今未進行復綠。礦山開采之后成為廢棄礦山，大面積裸露的巖壁和采坑，容易遭受風化侵蝕，帶來地質災害隱患?；野椎膸r石造成了嚴重的視覺污染，影響周邊的生態景觀，同時導致了原有土地資源的嚴重浪費。

1 礦山環境特征及礦山地質環境問題

1.1 礦山環境特征

1.1.1 氣象與水文

復綠設計區域位于長江中下游，氣候溫和、陽光充足，屬于典型的亞熱帶濕潤季風氣候。歷史上該區域出現極端最高氣溫為40.6℃，極端最低氣溫為-15.6℃。設計區域內每年的5—8月為集中降雨期，降雨量占全年的60%～70%，12月到次年1月降雨量最少，占全年降雨量的2%～5%。設計區域內季風氣候明顯，春秋季多東南風，夏季多南風，冬季多北風，風速最大為24m/s[1]。每年7—9月為臺風期，也成為該區域內主要的災害性天氣，臺風伴隨強降雨帶來礦區地表崩塌和滑坡等地質災害隱患[2]。設計區域屬長江流域，地表水系較多，礦區周邊有0.07～0.3hm2面積不等的季節性水塘，干旱季節可能干涸，一般季節水深0.1～1.0m，用于本次復綠的植物的灌溉水源。

1.1.2 地貌與巖性

項目區山體呈西南方向布局，最低點位于礦山東側，內部水庫標高約+50m，最高點位于礦山北東端，標高為+325m，兩點相對的高度差為+275m。礦區地形地貌分為高丘、低丘和谷地三種類型。高丘分布于礦區內，丘頂標高為+75m～+325m，丘頂渾圓，山體邊坡坡度20°～30°，地表植被主要是灌木和草本植物。低丘分布于項目區以南，丘頂渾圓，山體標高+75m～+121m，地表植被主要是馬尾松和草本植物。谷地分布于項目區以西，標高+55m～+84m，谷地縱向自然坡度小于10°。礦山山體巖性為碎石粉質粘性土，碎石的含量在20%～30%范圍內，厚度為0.3～0.5m，分布的地層主要為志留系中統、三疊系下統和龍山組、南陵湖組灰巖(礦層)和第四系等。

1.1.3 土地利用現狀

根據全國第二次土地調查資料顯示，吳田鋪(H50 G 039053)的土地利用現狀圖中，損毀土地類型分為水田、旱地、灌木林地、其它林地和采礦用地五種類型，總損毀土地面積為6.97hm2。項目區內已損毀土地類型見下表1。

表1 項目區內損毀土地類型情況表

1.2 存在的礦山地質環境問題

1.2.1 植被資源和地貌景觀的破壞導致了視覺污染

礦山在開采后，原有的山體植物群落遭到了嚴重破壞，地面變成了大面積裸露的巖壁和未被復墾的底盤，面積達到3.96hm2(如圖1所示)。大自然區域的原有的生態系統與功能退化，原本綠意悠悠、生機盎然的山體景觀失去了生態功能和美學價值。

圖1 項目區衛星圖片

圖2 采場邊坡挖損土地

1.2.2 礦業活動的挖損導致了土地資源浪費

采礦過程中的穿孔爆破對原有地面的地質結構損壞較大，原有地形變成了露采場、工業場地、辦公區、排土場和礦區道路，總體土地投影面積為10.93hm2(如圖2所示)，該土地面積的淺層土壤和地表形態也遭到破壞，需要通過更換客土等措施優化土壤資源，達到復綠培植的土壤要求。

1.2.3 地表結構的損壞導致了地質災害的隱患

設計區內共形成上下2個開采宕口(如圖3、圖4所示)。宕口的邊坡形狀近“一”字型，邊坡最大高差分別為36.5m和47.2m，邊坡坡度在40°～65°范圍內，局部邊坡坡度近90°。宕口邊坡主要由弱風化和中風化灰巖組成，局部邊坡巖體的完整性差，特別容易破碎，安全隱患較大。

圖3 下部宕口邊坡(節理裂隙較發育)

圖4 上部宕口邊坡

上部采場邊坡最大高差為36.5m，針對小于40m的高差，邊坡穩定性可采用“查表法”。下部采場邊坡最大高差為47.2m，針對大于40m的高差，邊坡穩定性采用“赤平極射投影法”進行分析。上下宕口邊坡參數情況見表2。

表2 各段邊坡參數情況一覽表

上部宕口邊坡最大高差為36.5m，邊坡巖石種類為石灰巖巖質邊坡，巖石風化程度處于微風化至中等風化。上部宕口分兩級臺階，根據節理發育進行評估(如表3所示)。上部宕口分為沒有臺階部分和有兩級臺階部分。沒有臺階部分，邊坡高度在40m以內，邊坡坡度在1:0.5～1:0.75(53°～63°)內為穩定；有臺階且高度在5m～20m范圍內，邊坡坡度在1:0.3～1:0.5(63°～73°)內為穩定。通過綜合分析可見，上部宕口分兩級臺階部分邊坡基本穩定，未分臺階部分高陡邊坡坡度在約50°屬于穩定角度內，上部宕口邊坡基本穩定。

表3 巖質邊坡坡度與高度參考數值表

下部宕口邊坡最大高差達47.2m，邊坡穩定性采用“赤平極射投影法”分析。巖層產狀180°∠61°，現場調查測得一組節理240°∠50°，通過“理正巖質邊坡穩定性分析”中的赤平投影圖(如圖5所示)進行分析。

圖5 赤平投影分析圖

上部宕口由于人為開采礦物過程中堆積了大量渣石、渣土，從而形成的掌子面坡度超過50°，上下落差大，無基質，整個坡體面積巨大。因此，一定要做好削坡和坡腳防護工作。坡面防護等多管齊下的措施，除在坡腳放置鋼筋石籠，還需布設截排水渠等措施，增強疏水、導水性。下部宕口邊坡走向與節理走向斜交，發生地質滑坡的可能性小。根據上述赤平投影圖分析結果，邊坡雖然目前基本穩定，但由于該段邊坡部分高陡，有的邊坡坡度角達到近垂直的狀態，且沒有臺階進行緩坡，所以綜合判定該段邊坡穩定性一般。

2 復綠工程設計

2.1 總體思路

廢棄礦山地表面需要更換有利于植物生長的土壤，結合復綠技術，才能改善礦山破壞的生態環境和視覺景觀。復綠工程程序上包括三個步驟：一是改善坡面，通過修坡和固坡，為復綠提供一個安全可靠的坡度場地；二是生態復綠治理，在改善的坡面上，通過經濟實用、科學適用園林綠化方法進行復綠施工；三是植物的養護管理。本次復綠設計場地為露采場和排土場，復綠設計方案如下。

2.1.1 露采場復綠設計

露采場復綠主要是上宕口棄渣的堆積面和下宕口的底盤。上宕口棄渣堆積形成的坡高約70m，實際坡度平均在50°。因此在整個坡面的中間部位增設平臺降低坡度，增設寬度5～6m平臺后，整體坡度控制在30°范圍內，以保證復綠時種植物成活和方便施工。下部巖口小于90°坡面可采用人工掛設防護網，提供種植平臺。

2.1.2 低坡坡面的復綠設計

低于30°的坡面利用培土種植灌木和藤本。利用常綠灌木的生物學特點和藤本植物的上爬下掛的特點，對巖石坡面復綠。考慮土壤質量和植物的生態特性，復綠植物可選用耐旱、耐貧瘠植物，如女貞、紫穗槐等，藤本植物可選擇生命力頑強的爬山虎和葛藤。采場底盤平整覆土采用灌草混交方式栽植，灌木選用女貞、紫穗槐等。

2.1.3 排土場復綠設計

排土場內的表土可用于各場地的覆土，場地平整之后，種植灌木并撒播草籽進行復綠，礦區原有道路保留，可作為植物的養護道路。

2.2 分項設計

本次設計的復綠措施主要為場地平整、覆土、坡面草坪復綠和撒播復綠、宕穴復綠、灌草栽植等。

2.2.1 場地平整

設計對最終宕底(底盤)、排土場進行平整，設計平整面積為3.87hm2，采場底盤由坡腳向外、排土場由北向南按照3‰坡率整平。設計采用挖高填低的方式人工攤鋪平整。

2.2.2 覆土

宕底(底盤)、排土場挖損占用土地的土層已遭到破壞，因此需要進行優質土層的回填。場地平整完畢后，將排土場的部分土層運至宕底(底盤)進行整體覆土，覆土面積3.87hm2，土層回填厚度60cm，根據面積計算得出覆土層量23220m3。所需土方量來自場內排土場，現狀兩個排土場內共有土方量約23470m3，基本滿足所需土方量要求[3]。碎石回填、覆土項目的來料由運營單位挖運和攤鋪。

2.2.3 復綠

(1)邊坡復綠。下部采場沿著邊坡等高線的位置，設計出種植穴，培土種植灌木和藤本。利用常綠灌木的生物學特點，對巖石坡面覆綠，保護山麓邊坡的地質環境，美化地質環境景觀[4]。根據樹種及樹冠形態調整株距，確保達到遮擋效果，栽植灌木11911株，樊爬植物11911株。鋪設草坪面積2.18公頃，撒播草籽1.69公頃。

(2)平臺復綠。宕口安全平臺和底盤坡腳設計采用灌、草混交方式栽植，采用機械覆土平整和人工平整的模式相結合。栽種方式采用人工栽植灌木和撒播草籽，擬栽植灌木1007株，攀爬植物1007株。對上部宕口棄渣形成坡面，在覆土后可鋪設馬尼拉草坪，以減少水土流失。

(3)底盤、排土場復綠。對采場底盤、排土場進行覆土后復綠，采用灌草混交方式栽植，灌木可選用紫穗等，同時人工撒播草籽。種植面積為1.69公頃，灌木按5000株/公頃計算，該區共需種植灌木8450株。覆土后挖宕規格0.4×0.4×0.4m，挖宕方量0.064×8450=541m3，撒播草籽面積1.69公頃。本項中灌木灌高40cm。上部采場復綠面積為2.18公頃，考慮坡度因素，鋪設馬尼拉草坪，對部分坡面的草坪需采用人工釘插竹簽以及其他防護措施。

(4)植物養護管理。邊坡復綠后，施工單位需安排專人對復綠的植物進行養護管理。植物養護管理包括植物噴灌、施肥、病蟲害防治和苗木后期補種。在邊坡上設計噴灌系統對植物定期澆水，噴灌系統包括離心泵、PVC水管和噴頭。灌溉的水源可利用項目區東南側水塘和水庫水體，采用泵站抽水進行灌溉，噴灌采用采取滴灌和噴灌方式。澆水時間選擇在每天清晨和晚間各進行一次，直到復綠的苗木成活。

2.2.4 設計工程量

本項目按道路保留、工業場地不予復綠方案進行設計及工程量和費用統計，復綠工程工作量匯總如表4所示。

表4 復綠工程量匯總表

3 施工方法及安全措施

3.1 施工方法

按照本項目采取的施工方法是機械和人工方式進行邊坡處理及場地平整和邊坡復綠。

3.1.1 邊坡處理及場地平整

清理施工坡體表面的碎石和雜物，對坡面轉角和坡頂進行修整，采場邊坡底盤由坡腳向外、排土場由北向南按照3‰坡率整平[5]。坡度施工與設計要求誤差不超過0.1%。場地平整范圍內，種植土應選擇栽植土或純黃土，土壤厚度不低于40cm。土石方回填采用人工方式回填和夯實，土地平整采用推土機加人工方式共同完成。復綠區域應合理布置好排水溝，排水溝(如圖6所示)尺寸為5000mm×5000mm×300mm，排水溝采用漿砌塊石砌筑，分區域匯水至道路邊溝。

3.1.2 邊坡復綠具體施工方法

(1)苗木栽植。在坡面綠化節點栽植苗木，苗木選擇一到兩年生的穴盤苗，苗木種類主要選擇常綠、抗寒、抗旱、根系發達的護坡木本植物，本項目(圖7)選用女貞、冬青、常春藤、黃馨、紫穗槐、爬山虎等苗木[6]。

(2)養護管理。撒播作業完成后，10天以內無天然降水，應在培養基上人工澆水，使坡面保持濕潤。噴灌的水質較高，PH值應在6～8范圍，嚴禁用鹽堿水、污水(管道污水、工廠排污)澆灌坡面。幼苗出土前，宜少量多次澆水，經常保持土壤培養基表面濕潤。夏季地表溫度在30℃以上，氣溫在這25℃以上的中午應禁止澆水，澆水的最好時間應在上午11點以前，下午在2點以后(具體情況視天氣情況確定)。一般3月初，在苗木即將發芽以前，應及時澆一次返青水，在12月澆一次封凍水，以保證苗木正常生長及安全越冬。澆水人員要掌握好噴槍角度，不得直對苗木噴射。對一個坡面澆水時，應重復噴灑幾次完成，先在坡面一側依次向另一側移動噴灑，然后重復從頭開始，做到澆勻澆透。馬尼拉草坪第一次澆足水后要人工踩實。

3.2 安全措施

礦山地質環境復綠工程屬于高危作業，施工過程中，施工單位應做好自身的安全防護工作。施工人員做好安全培訓交底工作，人人參加安全教育培訓，明確安全責任劃分，加強安全意識。施工人員應熟悉施工方案、作業標準、安全用品使用和高空作業應急措施。在斜坡地段施工，設置好防護網，凡是工程可能涉及到的場地要做好明確的警示標志[7]。施工人員做好自身的安全防護工作，正確佩戴勞保產品，自身的安全防護、用電安全、防火安全等均應按照相關規程要求嚴格執行。構建安全保障體系，從班組、專職安全員、安全分管領導到單位負責人，層層分解到人，明確安全責任，一旦出現安全事故，要嚴格追究責任。對于邊坡較近的居民，要提前告知工程的重要性及可能出現的安全問題，夜間施工時必須安裝符合安全要求的照明設施，同時要有專人看守，防止周圍人身傷亡事故的發生。

圖6 項目區排水治理布置圖

圖7 項目區綠化種植布置圖

結語

貴池區濟公采石場復綠設計利用邊坡處理和植物栽植措施進行綜合治理。通過削坡和護坡工程方法，科學解決礦山地表崩塌、滑坡、泥石流等自然災害的隱患，人為對邊坡通過人工覆土，為植物生長提供土壤介質。后期人為科學養護，提高復綠植物成活率。經過1年的養護，該礦山區域基本形成灌草復合的植物生態系統，與周邊丘陵山體近似的景觀。廢棄礦山通過生態復綠修復，實現了可持續發展，有效改善了生態環境，真正發揮了良好的經濟效益、社會效益和環境效益。