露采高陡裸巖邊坡主動防護與綠化方法適宜性分析

黃 波，陳 鋮，彭 鳳

（湖北省地質環境總站，湖北 武漢 430034）

礦山露天開采不同于公路鐵路建設，形成的巖質邊坡往往高差大、坡度很陡，特別是歷史遺留的廢棄露天礦山，由于開采不規范，加之受爆破影響，礦山地質災害時有發生，礦山生態環境問題更加突出。如何有效開展主動防護與綠化就顯得極為重要。本文“露采高陡裸巖邊坡”是指礦山露天開采形成高差大于15米、坡度大于45°、巖石裸露的邊坡；“主動防護與綠化”是指采取工程措施消除礦山地質災害隱患，同時進行植被重建。

1 國內外研究背景

1.1 國外研究

自2013年，連續三屆世界生態恢復大會都將礦山生態系統列為大會交流的主題之一，由此可見礦山生態修復是一個持續的研究領域。針對復綠難度極其困難的高陡裸巖邊坡，一些發達國家如美國、德國、英國、意大利和日本等，較早開始重視對其進行生態恢復，并開創了一系列的坡壁綠化工程技術：種子噴播法、客土噴播法、鋼筋水泥框格法、植生卷鋪蓋法、纖維綠化法、厚層基材噴射綠化法、生態多孔混凝土綠化法以及液壓噴播植草法等。這些技術為我國開展露采高陡裸巖邊坡生態恢復提供了重要參考。

1.2 國內研究

通過查閱參考文獻，巖質高陡邊坡的植被恢復是目前采石場整治及邊坡覆綠的重點和難點[1]，趙志明等在工程邊坡綠色防護機制研究中認為巖質邊坡坡度大，植被很難在邊坡上生根成長[2]，馬麗等論述了通過錨固、削坡和設置落石平臺等措施對廣西鳳山縣石灰巖高陡邊坡治理與改造[3]，甘柯，黃鵬輝等在北京某采石場高陡裸巖邊坡修復治理工程中采用了掛網噴播綠化[4]。趙江水等在礦山邊坡治理中提出了植被混凝土護坡技術[5]、李昆采用綠色罩面網結合攀緣植物的垂直綠化技術對高陡邊坡進行了綜合治理[6]。劉蒙蒙等在開采后的高陡邊坡治理提出三維網噴播綠化技術、新興的生態袋及生態草毯綠化技術[7]。管斌在銅陵市巖質高陡邊坡生態修復中應用了種植槽技術[8]，孟亞武提出了基質盒和植物生根毯結合技術[9]，陳守輝在高陡巖石邊坡加固與復綠綜合防護施工技術提出了“錨桿+主動高強鋼絲防護網+防水纖維層+（種子、肥料、土壤、改良劑、保水劑）+無紡布（從上而下）”來保護植被及其生長條件，為高陡巖質邊坡實施人工綠化提供了可能[10]。何照等在河北承德某高陡邊坡治理設計格構護坡為坡體穩定性進行固定、提供了植被綠化單元[11]。

隨著經濟發展和社會進步，人們的觀念意識也逐步變化，露采高陡裸巖邊坡的改造經歷了從單純的技術性和功能性改造，到兼顧“山水林田湖草”生態環境綜合治理的過渡。目前對礦山邊坡的研究不僅僅是恢復為林地，還往往與土地復墾、土地開發相結合，將廢棄礦山改造、開發成建設用地、旅游景觀等。如上海深坑酒店、廣州南湖國家度假旅游區的鳳凰山水園、昆明世界園藝博覽會藝術后山的景觀再造工程等都是對廢棄礦山恢復的成功案例，取得了顯著的生態效益、社會效益和經濟效益。

2 工作經驗總結

露采高陡裸巖邊坡進行主動防護與綠化具有三方面的主要特點：一是施工環境差，坡度過陡，不利于人工坡面操作；二是植物生長自然條件差，不適于直接栽種植物，不具備自然養護管理條件；三是與城市園林景觀建設相比，工程項目投資低，設計與施工都不可能做到精耕細做。多年來，筆者承擔過十余項礦山生態修復項目，大多成效顯著，但也有失敗的案例。工作中，主動防護與綠化設計既要考慮邊坡穩定性，又要保證綠化效果，既要考慮方法的可行性、耐久性，又要考慮投入的經濟性、產出比，常用的主動防護措施主要為削方、設置主動防護網，綠化方式主要為“燕巢、飄臺法”、種植槽（植生孔）以及植被混凝土噴播、高次團粒噴播、綠地開架、掛雙網噴播等。主要的工作經驗有如下幾點：

（1）高陡裸巖邊坡的治理不是簡單的削方工程，也不是單純的種草復綠，而是需要考慮綜合因素后進行系統修復。首先需要采取措施保證邊坡的穩定性，然后結合立地條件選擇綠化方式和植物進行復綠。

（2）每一種綠化技術都有它的適用性和局限性，可把不同的綠化技術組合使用，具體實施要隨著現場施工遇到的問題不斷創新。

（3）掛網噴播是常見的邊坡綠化方法，主要優點是短期內即可產生綠化效果。不少研究機構與施工單位在相同原理的基礎上，從防沖刷、基材及配比等方面開展研究，進而衍生出不同的方法，但工藝流程大體一致。

（4）在植物選擇上，應該選用當地常見的鄉土植物，因其適應當地環境，有助于恢復原有的生態系統；喬灌草藤的搭配、噴播草種的配比，都需要進一步的實地試驗，得出最佳的生態比例；陡坡上草本植物容易枯萎、退化，但可作為先鋒物種為常年生植物提供有機質，灌木具有更強的生長適應能力和固坡能力。

（5）綠化養護至關重要，特別是存活期養護需到位。對于邊坡起伏不均的坡面，會存在植物長勢不一致的現象。

3 主動防護與綠化影響因素

3.1 影響因素

露采高陡裸巖邊坡主動防護與綠化的影響因素主要有立地條件以及物種選擇，立地條件包括地質條件、土壤、氣候與周邊植被條件，其中地質條件包括邊坡特征、構造、工程地質與水文地質條件等。

物種盡量選擇鄉土植物，鑒于高陡裸巖邊坡土壤及水分條件差，為提高存活率，目的植物宜選擇耐干旱、耐貧瘠、抗性強、根系發達的植物。

3.2 影響因子

主動防護具體影響因子可細分為坡高、坡度、坡向、坡體結構、巖性、巖石風化程度、裂隙發育程度、透水性等，對邊坡穩定性影響較大的因子是邊坡的坡高、坡度、坡體結構、裂隙發育程度。綠化的影響因子除以上外，還有邊坡的粗糙度、土壤條件、氣候條件以及物種，對綠化影響較大因子是邊坡的坡高、坡度、土壤、氣候條件以及物種，其中對植物生長最直接影響因子是土壤條件（土壤含水量、土壤養分含量、土壤孔隙度等）、氣候因子（空氣濕度、溫度、光照強度等）。而露采高陡裸巖邊坡基本無土壤，綠化只能靠人工客土換填或配制基質層。

筆者曾選定4處不同坡度和朝向的巖質坡面，每處坡面設置3種試驗方案，主動防護采取主動防護網，綠化采取植穴法種植攀援植物、植生孔種植灌木、高次團粒噴播三種常見、且代表性強的方法開展了試驗性應用。發現：植生孔種植的灌木生長不佳，達不到好的覆蓋效果；高次團粒噴播見效快、對于65度以上的高陡裸巖邊坡不適用，依然存在較為嚴重的基質干燥剝落、植被無法成活的問題；藤本植物地錦和迎春，地錦成活率高于迎春；同時采用種植藤本和噴播綠化時，宜先實施噴播，再種植藤本；周邊野生的藤本植物生長速度快于種植的藤本植物。

3.3 一致性與矛盾性分析

一般情況下，裸巖邊坡的坡度越高、坡度越陡，邊坡的穩定性越差，主動防護越需加強，綠化越困難。巖石強度低、易風化的邊坡，巖體裂隙發育的邊坡往往穩定性差，但有利于植物的生長。巖石強度大、不易風化的邊坡，巖體裂隙不發育的邊坡穩定性好，但不利于植物生長，這些影響的一致性與矛盾性決定了方法的選取應先保證邊坡的穩定，然后結合邊坡特征、綠化需求，以及經濟合理性來統籌考慮。

4 主動防護與綠化方法

根據上述國內外研究、經驗總結、影響因素分析，針對露采高陡裸巖邊坡適宜的主動防護與綠化方法如下：

4.1 主動防護

根據邊坡破壞機理的不同，巖質邊坡主動防護的方法有坡率法、錨桿加固法、錨噴支護、主動柔性網防護、砌體護坡、鋼筋混凝土格構護坡、注漿加固法等。由于砌體護坡不適用高陡邊坡，錨噴支護、注漿加固法不利于坡面后期綠化，故露采高陡裸巖邊坡適宜的主動防護方法主要有下面四種，工作中亦可選取2種方法混用。

（1）坡率法：是在邊坡整體基本穩定，局部欠穩定的前提條件下，根據允許坡率或工程類比值，通過分級削方控制坡高、坡度以及馬道寬，以此進一步提高邊坡的穩定性。坡率主要通過穩定性計算來核定，不宜超過允許值。該方法施工十分簡便，成本較低，馬道可作為綠化平臺，但需具備放坡條件，且會造成邊坡二次破壞，導致邊坡裸露面積增大。

（2）錨桿加固法：主要是通過錨桿傳遞拉力，將一些不穩定的巖體與穩定巖體緊密聯結，達到加固不穩定體的工程措施。該方法常用于欠穩定的高陡巖質邊坡，最大優點是不用削坡，防治效果好。因受錨桿結構、施工技術與質量及防腐等因素的影響大，故該方法對設計與施工的要求很高。

（3）主動柔性網防護：是通過柔性防護網的作用抑制局部巖體移動或發生局部位移破壞后將其裹縛于原位附近，從而達到主動防護坡面的功能，實現對坡面風化剝落、溜滑或塌落類地質災害的加固防護，適用于不存在結構性深層滑動面或大范圍整體失穩可能性的高陡巖石邊坡。該方法對邊坡形態要求不高，對柔性網、鋼絲繩的技術性能要求高，不破壞原有坡面，為開放系統，可為后期坡面綠化提供好的基礎條件。

（4）鋼筋混凝土格構護坡：主要針對穩定邊坡易風化、剝落及淺層崩塌、掉塊進行坡面防護，利用現澆鋼筋混凝土進行坡面防護、加固，格構型式以方形、菱形、拱形為主。該方法具有格構形式多樣、可隨坡就勢等顯著優點，通常與錨桿（索）一起共同使用，提高自身與坡體穩定性。格構護坡作為坡面骨架，可在格構間直接堆置植生袋或先設置擋板再堆置植生袋進行坡面綠化，達到恢復植被、美化環境目的。該方法適用較廣，具有較好的加固效果，見效快，缺點是工序復雜、施工要求高，成本很高。

4.2 綠化方法

受限于立地條件差，露采高陡裸巖邊坡綠化不同于園林綠化，適宜的綠化方法有穴植法、縫植法或魚鱗坑法、燕巢法（飄臺法）、植生孔種植法、植生袋（生態袋）種植法、噴播六種。

（1）穴植法：主要用于馬道平臺、緩坡及坡腳，在種植穴或種植槽內回填土壤栽種喬灌木或攀援植物，坑穴尺寸與栽種苗木的種類、大小相關。種植方法與園林綠化一樣，采用常規“三埋二踩一提苗”方法，但栽植的苗木需耐貧瘠、耐干旱。該方法施工簡單、易成活、造價相對低廉。

（2）縫植法或魚鱗坑法：是在坡體節理裂隙栽種喬灌木或攀援植物，苗木利用裂隙里的水、水蒸氣以及礦物質存活、生長。該方法最大優點是后期不用養護，但局限性大，喬木宜為小喬木，整體效果較差。

（3）燕巢法（飄臺法）：是利用邊坡凸凹不平，人工修筑燕巢狀種植穴或安置預制構件如同飄臺，并放入土壤與肥料，供栽種的灌木或攀援植物成活與生長的方法。該方法依靠坡面有利的微地貌實施，呈零星點狀，施工難度與安全風險大，后期養護困難、工程耐久性與綠化效果難以保證。

（4）植生孔種植法：是在坡面按照一定間距用潛孔錘鉆孔，孔內回填土壤后栽種灌木或攀援植物，一般孔徑0.1m～0.3m，間距1m，孔深0.5m左右，是一種較為傳統的綠化技術。該方法操作較容易，應用較廣，但綠化效果不長久。

（5）植生袋（生態袋）種植法：是通過機械設備將肥料、草種和保水劑按照一定比例拌合，采用特定的生產工藝放在聚丙烯人造纖維、無紡布袋內表層，袋內再填充土壤，堆疊在坡腳、平臺或坡面上，種子從袋內表層發芽、長出，從而達到綠化效果。由于袋體壽命不長，一段時間后會降解，因此，該方法不適用匯水面積大的高陡邊坡，常與格構護坡聯合使用。

（6）噴播：是按照一定的配比均勻混合土壤、有機質、肥料及其他添加材料，通過專用設備噴射至邊坡表面，形成苗木生長的載體，從而達到坡面綠化的效果。巖面光滑的邊坡為利于噴播基質的附著，可采取設置支檔或開鑿坡面等措施。噴播方式主要有干噴法、濕噴法。適宜的噴播方法主要為團粒噴播、植被混凝土噴播、加筋生態基材噴播三種方法。

4.3 研究總結與方法推薦

（1）主動防護需從地層巖性，坡高坡度，節理、裂隙發育特征，坡向與地層產狀、結構面的組合關系等方面進行穩定性分析。坡率法主要是通過分級放坡，降低坡度，預留馬道達到坡體自穩。錨桿加固法是通過錨桿（索）將欠穩定巖體與穩定巖體連成整體從而避免崩塌。主動柔性網防護是利用柔性網將坡面淺層欠穩定巖體與整個坡面連成一體，增強坡面整體穩定性。鋼筋混凝土格構往往與錨桿（索）結合，不僅起到護坡作用，而且坡面形成格構后有利于綠化。

（2）露采高陡裸巖邊坡六種綠化方法中，穴植法、縫植法或魚鱗坑法、燕巢法（飄臺法）、植生孔種植法屬點狀綠化，多呈單株或簇狀，只有集中連片后綠化效果才明顯；植生袋（生態袋）種植法為線狀綠化，呈條帶、斑塊狀綠化；噴播為面狀綠化，呈整體片狀綠化，存活后效果顯著。

（3）露采高陡裸巖邊坡主動防護與綠化的組合方式主要有：坡率法+穴植法+噴播、或坡率法+植生孔種植法；錨桿加固法+縫植法、或錨桿加固法+噴播；主動柔性防護網+植生孔種植法、或主動柔性防護網+噴播；鋼筋混凝土格構+植生袋（生態袋）種植法等。

（4）目的植物群落分為喬灌草型、喬灌型、灌木型、灌草型、草本型和攀援型，在一定程度上改變著小環境生態因子。其中草本型植物生長迅速、復綠快，但維護成本高、易退化，適用于立地條件好、持續養護管理的邊坡。喬灌草型、喬灌型、灌草型群落結構中的木本植物多為抗性強、適應性強的鄉土樹種和水土保持樹種，適用于立地條件惡劣、粗放型管理或不管理的邊坡。

（5）亞熱帶季風氣候帶露采高陡裸巖邊坡綠化，喬木宜選擇刺槐、柏樹、桑樹、沙棘、酸棗；灌木宜選擇紫穗槐、胡枝子、金銀木、多花木藍、荊條；攀援植物宜選擇油麻藤、地錦、凌霄、金銀花、常春藤；草本植物宜選擇狗尾草、高羊茅、紫花苜蓿、白三葉、波斯菊。

5 建議

（1）露采高陡裸巖邊坡主動防護與綠化方法既要考慮邊坡穩定性，又要保證綠化效果，既要考慮方法的可行性、耐久性，又要考慮投入的經濟性、產出比。

（2）總體上，露采高陡裸巖邊坡的坡度越陡、坡高越大，主動防護與綠化的難度越大，適宜的技術方法越少，治理費用就越大，綠化效果越難以保證。

（3）解決坡面植物生長所需土壤條件與防沖刷之間的矛盾是噴播的一大難題。坡面上土壤越厚，對植物生長越有利，但抗沖刷能力越弱、越容易脫落；為增加與坡面的粘結，噴播所用的固化劑用量就越大，但基質越板結，對植物生長越不利。

（4）綠化后養護至關重要，特別要加強前三個月存活期的養護，可考慮噴灌、滴灌系統進行養護，并結合坡面覆膜起到保濕保暖、防沖刷的作用。后期還需加強追肥、病蟲害、剪枝等管護工作。

（5）綠化難度系數大的高陡裸巖邊坡，就算高投入，綠化效果的期望值也不宜過高，建議根據邊坡的特征，在坡體穩定的前提下，充分利用微地形和坡體節理裂隙進行點綴式綠化，坡面以灌木、地被植物為主，坡腳與馬道平臺可考慮種植攀援植物，通過生態系統的自組織調節達到長期效果，亦可結合城市建設、旅游景點建設，通過打造人工瀑布、石雕石刻等美化生態環境。