厚層基材噴播技術在江南地區石灰巖礦山高陡巖質邊坡生態修復中的應用

邵 蔚，姚慶健，許 峰，胡殿坤，莫福成，繆 信

(中國建筑材料工業地質勘查中心安徽總隊，安徽 合肥 230031)

礦山開采過程中對山體植被造成嚴重的挖損破壞，形成的裸露創面不僅存在地質災害隱患，且造成了水土流失、環境污染等問題。江南地區石灰巖礦山開采形成了坡度陡、巖石堅硬的裸露邊坡，邊坡復綠難度大，對可視范圍內造成了嚴重的視覺污染。針對石灰巖礦山高陡巖質邊坡植被恢復問題，通過對厚層基材噴播技術進行改良，采取了混合基材合理配比、植物種子的選配、植生稻草把改良型技術及自動噴淋養護系統，取得了改良型厚層基材噴播技術在江南石灰巖礦山高陡巖質邊坡生態修復中的良好效果，為該區域內同類型礦山邊坡復綠工程提供了參考。

1 工程概述及背景

礦山開采造成大面積植被挖損破壞，土壤層結構破壞，水土流失嚴重，巖質坡面上植被生根、發育非常困難。研究區屬亞熱帶濕潤季風氣候區，該區內石灰巖礦山開采形成的巖質邊坡巖石完整且質地堅硬光滑，裂隙溶洞不發育，邊坡垂直高度約50m，邊坡坡度約65～70°不等，邊坡不規整，巖石全部裸露，巖質堅硬光滑，原有表土層和原生植被群落全部破壞，坡面已不具備植物生長必備的水土條件。為有效解決該區域內巖質邊坡植被恢復這一技術難題，通過對該區域內的各類礦山巖質邊坡復綠工程現場進行實地調研，統計對比已實施生態修復各類礦山巖質邊坡的相關技術參數、修復效果、施工成本；選擇厚層基材噴播技術作為邊坡綠化和植被恢復的主要手段，特別是在石灰巖高陡巖質邊坡的生態護坡中起到了重要的作用。

2 自然環境概況

江南地區丘陵平原，屬亞熱帶濕潤季風氣候區，具有長江流域過渡性氣候特征，溫暖濕潤、四季分明、雨量充沛、日照充足。年平均氣溫15.9℃，年極端最高氣溫41.2℃，年極端最低氣溫-14.3℃；年平均降水量1 313.5mm。年內降水多集中在6～8月，約占全年降水總量的60%以上，每年的11月至次年1月，降水量最少；多年平均蒸發量1 048.5mm，多年平均相對濕度78%。區內無霜期231天。區內土壤類型以地帶性黃棕壤、棕紅壤為主，質地較為適中。鄉土植被主要為亞熱帶常綠—落葉針闊混交林、常綠闊葉林等。主要以灌木和草本植物為主，其次為藤本植物。區內地形較平緩，區內相對高差約200m，地形起伏，地形坡度平均約23°，區內無水體和水系流經。

3 厚層基材噴播技術及適宜性分析

3.1 技術原理

厚層基材噴播技術的基本原理是清理坡面并在坡面鋪設鍍鋅鐵絲網錨固件加固后，將有機質、復合肥、粘合劑、保水劑、水等配置成專用輕型基質，與植壤土、植被種子按照比例混合經機械充分攪拌均勻后，按照設計厚度，采用客土噴播機、空壓機等設備將其均勻噴射到巖質坡面上，形成有助于植物持續生長的土壤結構營養層，經過水肥養護后植物種子發芽生長、自然演替，從而達到巖質邊坡快速復綠、修復生態系統和護坡的目的。厚層基材的合理配比是技術的關鍵[1]。

3.2 適宜性分析

針對區域內石灰巖礦山開采形成的巖質邊坡已不具備植物生長必備的水土條件，對于邊坡坡度約為55～65°，可采用厚層基材噴播技術來重建植被生態系統[2-4]。對于邊坡坡度65°以上，坡面相對較平整的高陡巖質邊坡，最適合采用高次團粒噴播技術來修復邊坡植被生態系統。高次團粒噴播技術的核心主要是土壤材料配比與團粒劑、穩定劑和的配比及設備配合應用，對成本材料有一定的要求，施工技術成本相對于市場上的傳統噴播技術略微偏高，工程造價的問題要充分結合項目考慮，設定目標，解決問題，達到效果，合理價格，選擇合理的邊坡復綠施工技術[5-7]。

本工程綜合考慮邊坡特點、氣候條件、施工工藝、工程造價等方面，選擇厚層基材噴播技術進行高陡巖質邊坡植被恢復，其施工工藝簡單、應用廣泛、施工成本合理，能夠使原裸露巖質坡面植被迅速成坪，加強后期植被養護管理，確保巖質坡面植被生長的良好性與持續性。

4 在高陡巖質邊坡的應用

4.1 重建土壤培養基

厚層基材噴播技術的核心是在巖質坡面上營造一個既能讓植物生長發育而種植基質又不被沖刷的多孔穩定結構[8]。該項技術的工程特征主要在巖體上鋪設鍍鋅鐵絲網(勾花網)，并用錨固件使其固定在坡面上，根據邊坡地理位置、邊坡角度、邊坡巖性、相關綠化要求，將土壤、有機質、保水劑、粘合劑、纖維及混合植物種子按一定比例組成的基材原料經攪拌均勻后通過噴播機噴射到巖質坡面上，形成一定厚度的土壤培養基層[9-11]。

4.2 噴播材料的組成

厚層基材噴播技術的材料從上到下依次由表層(植被種子層)、底基層(配置成型的輕型基材)、植生草把+鍍鋅鐵絲網(勾花網)和錨固件等四部分組成。

(1)表層材料。

厚層基材噴播技術所噴射的材料分為兩層，其中上部為表層，下部為基材。表層材料由土壤、植物種子、保水劑、粘合劑加水混合而成，作為植物種子(草灌木群落)前期生長的土壤環境。

按照因地制宜、保證坡面穩定的原則，并與周邊植被相協調，同時注重植物多樣性，本工程植物種類的選擇注重以喬、灌、草、花的有機結合，充分發揮草、花植物的先期護坡效果，同時注重灌木為主的中長期綠化效果。為能有效的達到目標植被群落的自然狀態，確定合理的初植密度，對各類植物種子用量進行合理的配比(表1)。

表1 植物種子的選擇及配比用量(按噴播機容量8m3，噴播厚度2cm配置)

(2)底基層(成型的輕型基材)。

輕型基材主要由土壤(鄉土為宜)、泥炭土、草纖維、有機肥、粘合劑、保水劑等物質加水混合配置而成，懸掛于鍍鋅鐵絲網上，使其更好地附著于巖石坡面上，防止巖石坡面的風化剝落，作為植物的后期生長環境，達到護坡綠化植被的效果。

為增強噴播的輕型基材混合物在石灰巖高陡巖質邊坡上的附著性和穩定性，噴播材料的選擇及配比用量充分考慮工程邊坡所處的自然地理位置、邊坡角度、巖石質地及噴播施工質量控制要求等，根據噴播材料的特性、噴播厚度、噴播機的容量，對土壤、泥炭土、有機肥、草纖維、保水劑、粘合劑等材料進行合理的配比(表2)。經過工程試驗驗證，對植壤土∶泥炭土∶纖維配合比例以6∶3∶1進行配置為最佳。(3)植生稻草把+鍍鋅鐵絲網(勾花網)。

表2 單位面積噴播基材配比用量(按噴播機容量8m3，噴播厚度10cm配置)

選用鍍鋅防腐鋼絲網，規格為14#；網孔4cm×4cm；網寬2m，長20m；長度可根據坡面實際需要進行裁剪。鋪網時將網片向坡頂延伸不少于1m，開溝并用長大于50cm的樁釘固定后回填并覆土夯實。坡頂固定后自上而下鋪設，順層且光滑的坡面，可外加植生把將其加固于兩層勾花網之間，以增加噴播基材的附著性和保濕性。

兩片網之間搭接寬度不小于10cm。上下二張網搭接時搭接處所有接頭采用擰結，以連成整體網片結構。鋪網前可用厚度3～5cm的木條間隔一定距離固定在坡面上，以防網片緊貼坡面，鋪網完成后，在坡角大于65°的坡面上應再加一層4cm×4cm的鍍鋅鐵絲網，上下網片之間采用鐵絲捆扎連接。

針對順層面或者裂隙面留下光滑陡壁，為提高噴播基質附著性和保濕性，以往采用開挖魚鱗坑及傳統植生袋雖能較好的修復但造價高昂，施工成本較大。經過多次試驗改良后，本工程設計一種植生稻草把結合鍍鋅鐵絲網掛于順層光滑巖質坡面能夠很好提升噴播基材附著性和保濕性，坡面修復效果良好且性價比較高。

(4)錨固件。

錨固件分為主錨固和次錨固：主錨固件采用直徑Φ16mm，長度為450mm的螺紋鋼，次錨固件采用直徑Φ6mm，長度為150mm的L型錨釘。沿坡頂線以每米設置一枚主錨釘；L型錨釘按間距50×50cm設置，在坡面鍍鋅鐵絲網搭接處布置一行，間距1m，在坡面其余位置，每平方米不少于5個L型錨釘，且梅花形布置。

釘網時盡量使鍍鋅鐵絲網隨坡面變化而變化，確保空隙不能過大，特殊部位根據坡面實際情況加以調整，需確保釘網到位，不形成活動空心網。錨釘需經過涂層防腐處理方可使用。坡面角大于60°的坡面應加密錨釘。

4.3 施工工藝

厚層基材噴播技術主要分為施工準備階段、施工階段、養護階段(圖1)。本工程施工準備階段主要配備的機械設備有液力噴播機(含攪拌機一體)、空壓機、發電機、高壓輸送泵、水泵、運料車、沖擊鉆及電纜線等，結合現場地形條件，噴播設備安裝設置以方便上料、噴播方便且安全為原則。噴播材料的配備主要有鍍鋅鐵絲網、錨釘、土壤、泥炭土、有機肥、草纖維、保水劑、粘合劑、植物種子等，相關材料均有出廠質量合格證及檢驗檢測報告等。

圖1 施工工藝流程圖

厚層基材噴播技術施工階段主要過程及工藝有以下幾個方面。

(1)削坡降坡處理，使其符合設計要求。對坡面的碎石、浮石進行清理，以人工采用撬棍進行清除，使其坡面盡可能平整，對于光滑巖質坡面采用植生稻草把的措施使其固定于光滑坡面，以確保噴播基質的附著性和保濕性。

(2)鋪設鍍鋅鐵絲網采用自上而下的方式，使其網面拉開自然平鋪于巖質坡面，確保貼近坡面，兩網之間重疊搭接，采用沖擊鉆垂直于坡面打孔，將錨固件釘入坡面固定。

(3)現場配置噴播基材鏟入噴播機內攪拌，以確保物料混合的均勻性，厚層基材分兩層噴射，第一層基質層不含種子，噴射厚度以10～12cm為宜，第二層種子層，噴射厚度以2～3cm為宜。通過空壓機利用高壓輸送泵使其拌和均勻物料噴射于坡面，使其進入鍍鋅鐵絲網下部，確保鍍鋅鐵絲網處于噴播基材的中上部為宜。

(4)養護階段主要對種子層噴播后進行覆蓋遮陽網，以確保夏季太陽光直曬，冬季保溫的作用，促進植被的萌芽生長，同時保護出牙前坡面噴播基質雨水沖刷。在坡面上布設自動噴淋養護系統，合理布置自動噴淋系統管網，確保控制整個巖質坡面，選擇旋轉噴頭可形成細小的霧狀水滴，確保了噴灑水滴不破壞土壤培養基結構，不損害植物。澆水養護應避開高溫天氣，早晚各一次，反復噴灑，澆透為止。

4.4 生態修復效果

治理區邊坡生態修復工程于2020年10月竣工，竣工后半年內進行了坡面植被恢復效果跟蹤調查，記錄其出芽、成坪、完工半年后等階段的植被生長影像，通過現場查驗，巖質邊坡上植被生長狀況良好，草本植物覆蓋率可達90%以上，小灌木也已成活，具備了喬、灌、草搭配的多層次結構。原本因礦山開采形成的高陡巖質邊坡已完全被植物覆蓋，改善了因礦山開采造成的環境破壞，提高了巖質邊坡植被覆蓋率，有效地減輕了水土流失，消除了可視范圍內的視覺污染，取得了良好的社會和生態效益(圖2)。

圖2 巖質邊坡生態修復效果

5 結論

(1)根據邊坡坡度及巖性等特征，確保治理效果的同時選用施工成本相對較低的厚層基材噴播技術，針對順層光面巖質邊坡，設計一種植生稻草把技術以確保噴播基材能夠保持良好的附著性和保濕性。

(2)噴播基材配置合理，根據噴播材料的特性、噴播厚度及噴播機的容量，經過試驗驗證選擇植壤土∶泥炭土∶纖維以6∶3∶1的比例進行配置為最佳，保證了噴播復綠效果，確保了植被生長的良好性與持續性。

(3)根據區內氣候、土壤、原始植被群落等條件，對植物種子選擇合理，配置用量適當，選擇高羊茅、黑麥草、白三葉、紫穗槐、馬棘、刺槐、波斯菊等符合當地的鄉土植被組合配置，做到了喬灌草的有機結合，豐富了植被的多樣性。

(4)巖質坡面建立了自動噴淋養護系統，加強了噴播后植被養護工作，確保了巖質邊坡生態修復效果。