黄石市江南建材总厂二车间采石场边坡复绿成功经验探讨

陶海宁，冯劼东，陈伯恒，柳慧杰

(湖北省地质局冶金地质勘探大队，湖北黄石 435000)

黄石市位于湖北省东南部，长江中下游南岸，是中国中部重要的原材料工业基地和港口城市。黄石市矿产资源丰富，金属矿产储量占全省的60%以上，但是由于多年超强度的矿产开采，对生态环境破坏极严重，持续发展压力增大，不仅制约了城市规划，也制约了地方经济的发展，成为湖北省矿山地质环境问题最严重的地区。2008年和2009年，黄石市及其下辖的大冶市均被评为全国资源枯竭型城市。

鉴于黄石地区矿山地质环境问题的严重性和治理的必要性，2010年起，财政部和国土资源部先后下达大量资金对黄石矿山地质环境进行治理，治理对象主要是采石场边坡、煤矸石山、采空区、金属矿山露采坑、排土场等。其中对采石场边坡采用了多种复绿方法，效果差别很大。在这些采石场中，黄石市江南建材总厂二车间采石场边坡复绿施工以后取得了良好的效果。

1 边坡地质环境概述

1．1 交通地理位置

黄石市江南建材总厂二车间位于黄荆山脉北侧，西距发展大道约250 m，发展大道呈南北向分布，采场有简易公路与之相连，交通极为便利;地理坐标:东经114°58'18″，北纬 30°10'37″。该区北侧为厂区和居民居住区，地势平坦;南侧为黄石市江南建材总厂一车间采石场，见图1。

图1 采石场交通位置图Fig．1 Traffic position of quarry

1．2 地形地貌

该区属丘陵地貌，地势南高北低，南侧为黄荆山山体，山体走势呈东西走向，原始地形坡度25°～40°。由于矿山开采形成采石场边坡，开采面平面形态呈弧形，主采面总体走向近东西向。边坡后缘中部有一冲沟，冲沟走向近南北向，雨季常形成水流沿边坡面流下。边坡底盘北侧堆积有废石堆，形成废石堆边坡，边坡下部为道路和民房。

1．3 地层岩性及构造

区内出露的地层主要为三叠系下统大冶群第五段﹙T1dy5﹚厚—巨厚层状含生物碎屑灰岩白云质灰岩，灰质角砾岩;该层主要分布于采场南侧，岩石裸露地表，岩层产状为160°∠32°。

人工堆积废渣堆有3处，主要分布在采场北侧的斜坡地带，废渣堆走向近东西向，厚度为1～3．5 m，废渣成分主要为粉质粘土和块石，块石成分为灰岩，块径大小不均，一般为0．2 ～0．5 m，土石比为6∶4 ～7∶3。

第四系残坡积主要分布于采场北侧，粉质粘土夹碎石，厚度0．5 ～1．5 m，土石比为 7∶3。

采石场位于黄荆山向斜北翼西侧，黄荆山向斜轴向北凸出呈“S”形，轴面倾向南，核部地层为大冶群第四—七岩性段，南翼地层由下三叠统—志留系组成，地层倾向北，倾角30°～40°，北翼地层由大冶群第一—第三岩性段组成，倾向南，倾角30°～40°，由于多条断裂切错，向斜被分成数段，现场调查区内无大的断裂构造［1］。

1．4 水文地质条件

由于本区地势较高，坡面较陡，降雨所形成的地表径流很快沿坡面流入附近低凹处。地表岩溶发育，富水性较强;属裂隙溶洞含水岩组。但由于位于当地最低侵蚀基准面以上，在雨季裂隙发育部位含裂隙岩溶水。人工堆积废渣堆和第四系残坡积结构松散，属透水不含水层。

1．5 工程地质条件

边坡岩体为中厚层灰岩，坡体岩石和浅部岩石风化程度较低，根据区域地质资料，岩石单轴抗压强度为47．8 ～55．6 MPa，硬质岩石，岩石坚硬，性脆，属坚硬中厚层状中—强岩溶化碳酸盐岩工程地质岩组。边坡岩石近地表处岩溶裂隙发育，局部形成“架空结构”，导致岩石稳定性较差。

人工堆积废渣堆和第四系残坡积结构松散，呈松散—稍密状，稳定性较差，属松散岩类工程地质岩组。

2 边坡基本特征

黄石市江南建材总厂二车间属丘陵地貌。坡顶高程 +142．83 m，坡脚高程 +57．67 m，高差 58．16 m，边坡总长约645 m，开采面面积27 367．5 m2。坡体总体坡向345°，总体坡度 60°～85°，逆向坡。出露岩性为三叠系下统大冶群第五段白云岩，产状160°∠32°。顶部土层分布薄而不均。

根据边坡结构类型、形态特征、结构面发育情况及其组合关系与工程地质特征差异性，将采石场边坡划分为五个区段，主要特征分述如下:

(1)Ⅰ区(东侧边坡)边坡基本特征。Ⅰ区边坡长138 m，平面形态呈弧形，坡顶高程 +117．50 m，坡脚高程 +57．60 m，高差 59．9 m，该处边坡总体坡向320°，中部以上坡度60°左右，以下坡度约45°左右，为反向边坡。岩性为三叠系下统大冶群第五段白云岩，产状160°∠32°。该区变形破坏目前主要是顶部破碎岩体崩塌掉块。边坡上部由于爆破震动和卸荷作用，卸荷裂隙较发育，在卸荷回弹作用下，并在后期受风化作用的进一步改造，导致岩体结构破碎，易沿坡面产生滑塌坠石现象(照片1)。

照片1 Ⅰ区边坡形态Photo 1 The first workshop quarry

(2)Ⅱ区(Ⅰ区与Ⅲ区间凸出)边坡基本特征。Ⅱ区坡长34．5 m，平面形态呈凸出状，坡顶高程+94．50 m，坡脚高程 +57．36 m，高差 37．14 m，该处边坡正坡面坡向290°左右，坡度约60°左右，为反向边坡。岩性为三叠系下统大冶群第五段白云岩，产状160°∠32°。顶部土层分布薄而不均，多为矮小灌木。该区变形破坏主要是顶部破碎岩体在长期的风化作用下的崩塌掉块。该区可能破坏模式及稳定性情况同Ⅰ区边坡相同(照片2)。

(3)Ⅲ区(西侧边坡)边坡基本特征。Ⅲ区坡长84 m，平面形态略呈弧形，坡顶高程+101．50 m，坡脚高程+57．28 m，高差 44．22 m，该处边坡总体坡向290°，坡度约50°左右，为逆向边坡。岩性为三叠系下统大冶群第五段白云岩，产状160°∠32°。顶部土层分布薄而不均，多为矮小灌木。该区为以风化剥落为主的较稳定区，顶部岩体多破碎成块状，在长期的风化作用下易发生崩塌掉块。该区主要发育2组裂隙:L1产状210°∠80°;L2 产状 190°∠54°。

照片2 Ⅱ区边坡形态Photo 2 The second workshop quarry

(4)Ⅳ区(采场中部偏西)边坡基本特征。Ⅳ区坡长327 m，平面形态呈直线形，坡顶高程最高+119．71 m，坡脚高程 +58．01 ～ +65．52 m，高差 77．31 ～84．82 m，该处边坡总体坡向11°，坡度约65°左右，为逆向边坡。岩性为三叠系下统大冶群第五段白云岩，产状160°∠32°。该区主要发育 3组裂隙:L1产状 120°∠80°;L2 产状 190°∠54°;L3 产状 95°∠71°。顶部土层分布薄而不均，多为矮小灌木，第四系厚度0．5 m左右。溶蚀现象较发育，坡顶部位多见溶沟、溶槽，顶部岩体多破碎成块状，在长期的风化作用下易发生崩塌掉块。

该区可能破坏模式及稳定性情况与Ⅲ区边坡相同，特别是坡顶部位(标高80 m以上)由于爆破震动和卸荷作用，岩体中节理面有一定程度拉开，局部可能产生坠石掉块。

(5)Ⅴ区(采场西部)边坡基本特征。Ⅴ区坡长61．5 m，平面形态略呈弧形，坡顶高程最高+128．81 m，坡脚高程 +66．49 m，高差 62．32 m，该处边坡总体坡向58°，坡度约59°左右，为切向边坡。岩性为三叠系下统大冶群第五段白云岩，产状160°∠32°。顶部土层分布薄而不均，多为矮小灌木，第四系厚度0．5 m左右。溶蚀现象较发育，坡顶部位多见溶沟、溶槽，该处边坡中部有一近似垂直裂隙，由坡顶往下延伸，顶宽约0．5 m左右，往下逐渐消失，延长约10 m左右。顶部岩体多破碎成块状，在长期的风化作用下易发生崩塌掉块。

该位置节理裂隙发育情况与Ⅳ区边坡相同，可能破坏模式同Ⅳ区边坡。

3 治理工程方案

3．1 总体方案

治理工程总体布置如图2。

Ⅰ区主要方案:局部危岩削方+坡面清方+客土喷播+挡墙+格宾网生态袋+覆土绿化;

Ⅱ区主要方案:坡面清方+保持自然景观;

Ⅲ区危岩方案:局部危岩削方+坡面清方+客土喷播+挡墙+格宾网生态袋+覆土绿化;

Ⅳ区主要方案:局部危岩削方+坡面清方+绿化格栅+客土喷播+挡墙+覆土绿化;

Ⅴ区主要方案:局部危岩削方+坡面清方+客土喷播+挡墙+覆土绿化;

Ⅵ区(废渣堆)主要方案:削方减载+坡面整形+挡墙+覆土绿化。

图2 工程布置平面示意图Fig．2 Plane schematic of engineering layout

3．2 分项绿化工程方案

其中主要的绿化工程设计如下。

3．2．1 绿化格栅

布置于Ⅲ区、Ⅳ区高程85 m以下，边坡坡度多在70°以上，由于A采场Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区地形坡度较陡但其高差不大，因此，在坡面清方后，采用绿化格栅进行护坡绿化。

绿化格栅主要由锚杆、混凝土梁、混凝土预制板、回填生态袋装种植土和植物组成。

格栅及预制板施工完成后，在格栅的预制板槽内采用生态装种植土、生物菌肥、复合肥进行回填。

种植植物主要包括以下种类:

草种 护坡型羊胡子草、狗牙根、黑麦草白三叶、紫花苜蓿等。

灌木种 黄馨，紫穗槐，二色胡枝子，多花木兰，云石等。

草种与灌木比例为4∶6。

在绿化格栅顶部以种藤类植物为主，要求种植生长多年藤类植物，长度≥3 m，严禁扦插种植，灌木冠丛≥20 cm。

3．2．2 格宾网生态袋

在Ⅰ区A型挡墙和废渣堆B型挡墙外侧堆设置格宾网生态袋挡墙。格宾网底宽1 m，高1．0 m。格宾网内底部0．5 m装填干砌块石，上部0．5 m装填生态袋，采用鑫三角GTX生态系统，其由两个部分组成，即鑫三角GTX生态袋和鑫三角连接扣，GTX生态袋是可以填充碎石、土壤、基质等多种土工材料、种植材料的无纺布袋，是高分子有机聚合物。草、花、灌木等植物种子可以通过混播、喷播、插播等方法加入袋中或袋表喷播，可迅速生长绿化植物，并起到固土的作用;标准扣是用于连接GTX生态袋的固定连接器，使交错码砌的生态袋之间形成稳定的三角结构，并通过整体材料的柔韧性达到自我修复的特性及稳定性。

3．2．3 覆土绿化及景观工程

在回填后采场内以及整形后的废渣堆坡面进行覆土绿化，覆土厚度50 cm，按照当地生物生长习性，种植灌木，灌木树种为刺槐。苗木栽植株行距均按2 m;树苗应采用二年生苗，要求胸径4 cm，苗株高不低于100 cm，且顶芽饱满，无病虫危害和机械损伤;栽植前留干高80 cm截顶，栽植时做到根舒压实，上面增一层松土成龟背形。

对Ⅳ区北侧椭圆形孤山进行削方，在其顶部形成一个标高72 m的平台，布置一个八角重檐亭，平台四周设不锈钢护栏。

3．2．4 CBS 基材生态护坡

CBS(植被混凝土生态防护技术)基材是一种护坡新型植物生长基材，由砂壤土、水泥、有机质、CBS基材添加剂、混合植绿物种等组成，CBS基材生态护坡技术就是采用特定的CBS基材配方和种子配方，对各种类型的硬质边坡，坡度＞45°的各种高陡边坡，以及受水流冲刷较为严重的坡体进行生态防护的新技术(图3)。布置于Ⅱ(A采场南侧区)和Ⅲ(南采场区)。

3．2．5 种植池工程

在距坡顶边缘线1 m处设置种植池，即可起到挡水作用，减轻大气降水形成的坡面流对坡面的冲刷，同时种植紫藤、爬山虎、凌霄等藤类植物，以及相间种植黄馨、荆条和黄栌等灌木［2］。种植池采取不对称形截面设计，种植池宽0．5 m，外侧池壁采用混凝土浇注，内侧池壁采用浆砌石砌筑，砂浆标号M7．5，沟壁及沟底厚度均为0．3 m。

图3 CBS(植被混凝土生态防护技术)护坡结构图Fig．3 Structure diagram of CBS revement

3．2．6 养护工程

养护用水源通过管道引至坡脚(坡面平台)蓄水池，采取高压水泵(扬程160 m，功率18．5 kW)输送到坡顶，供水主管采用Φ63 mm镀锌管，分管采用Φ50 mmPVC管，支管采用Φ32 mmPVC管，喷灌喷头采用旋转式全圆喷头。设计喷头与喷头之间的纵横间距均为25 m，喷射半径为15 m，流量为2．62 m3/h。

4 施工效果

2011年7月该工程完成设计工作并进行了施工招投标，确定了施工、监理单位，最终于2012年8月完成主体工程施工。该工程效果良好(照片3、照片4)，基本达到了坡面全面绿化的要求，绿化覆盖率达100%。该工程成为全国一亮点工程，包括中国地质环境监测院、中国地质大学等多家单位都前往考察、学习，交流经验。

照片3 施工半年后效果Photo 3 The construction effect of six months

照片4 施工一年后效果Photo 4 The construction effect of one year

5 成功经验探讨

5．1 绿化技术方法选择得当

本工程根据不同的分区共选用绿化格栅、CBS基材生态护坡、格宾网生态袋、覆土绿化、爬藤植物上垂下爬等多种方法共同组合进行绿化。其中主要绿化方法是绿化格栅+CBS基材生态护坡。

绿化格栅主要由锚杆、混凝土梁、混凝土预制板、回填生态袋装种植土和植物组成，特别适合高坡度岩质边坡绿化，但是不宜应用在30 m以上边坡上。二车间采石场边坡上缓下陡，下部30 m高度范围内坡度在70°以上，使用绿化格栅方法进行绿化，可以减小削方量，同时取得良好的绿化效果。

CBS基材生态护坡技术主要采用由三峡大学独立开发、具有自主知识产权的植被混凝土生态护坡绿化专利技术，由于它具有一定的强度和整体性能(能抵御110 mm/h的强暴雨的冲刷，不产生龟裂)，又是良好的植物生长基材，能够达到边坡浅层防护、修复坡面营养基质、营造植被生长环境、促进植被良好生长的多重功效。此技术于2003年通过水利部科技鉴定，于2003年获得湖北省科技进步二等奖，2006年获得湖北省科技推广二等奖，2008年评为水利部水利先进实用技术推广项目。应用CBS基材生态护坡技术的植被恢复工程近年来共完成百万余平方米，经历了较长时期和复杂环境的检验，产生显著的生态和社会效益。CBS基材生态护坡技术区别于客土喷射和挂网喷播技术在于其使用水泥作为基材粘结剂，因而CBS基材除了为良好的植物生长基材外，根据水泥用量的不同，还具有一定的强度和良好的抗冲刷能力。

5．2 绿化植物选择了当地适宜生长的物种

在绿化植物选择上，草种选择护坡型羊胡子草、狗牙根、黑麦草白三叶、紫花苜蓿等混种，灌木选择刺槐、黄馨、紫穗槐，二色胡枝子，多花木兰等，所选品种均为适宜黄石地区生长的植物［3］。

5．3 施工季节较佳

本工程绿化施工时正是春夏之交，为适宜植物生长的季节，大大提高了绿化工程成功率。

5．4 养护得当

工程设计养护三年，施工单位施工时严格按照设计要求，在坡面布置了喷灌系统并进行了养护，是绿化成功的必要因素。

6 结论

黄石市江南建材总厂二车间采石场位于黄石城区，黄荆山脉北侧。主要矿山地质环境问题为采石场边坡破坏了原有的地形地貌景观，治理工程主要目的是使边坡复绿。方案设计时通过各种方面比选，最终确定危岩削方+坡面清方+绿化格栅+浆砌石挡墙+CBS基材生态护坡+植被绿化方案进行绿化，最终施工效果良好，达到了原来的设计目的。

本项目绿化共选用绿化格栅、CBS基材生态护坡、格宾网生态袋、覆土绿化、爬藤植物上垂下爬等多种方法共同组合进行绿化。其中主要绿化方法是绿化格栅+CBS基材生态护坡。绿化植物选择了当地适宜生长的物种。同时在植物适宜生长的季节施工，辅以养护措施。多种因素的综合作用，提高了本项目绿化成功率。

本项目的成功可作为灰岩采石场高陡边坡复绿工程的典型案例，其经验可供同类型边坡复绿工程借鉴。

［1］ 冯劼东，陈伯恒，陈尧尧，等．湖北省黄石市矿山地质环境治理重点工程项目一期工程——黄石市江南建材总厂二车间采石场治理工程施工设计［R］．武汉:湖北省地质环境总站，2011．

［2］ 陆志敏，吴鹏敏，汤社平，等．废弃采石场绿化树种选择及其配套技术研究［J］．浙江林业科技，2006，5(3):61-65．

［3］ 李小琴．浅谈废弃采石场的复绿技术［J］．科技创新导报，2009，2(21):45．