高寒区釆动山体边坡生态修复设计

吴国玺，杨凯亮，李满园，李彦克

（1.许昌学院城乡规划与园林学院，河南 许昌 461000；2.花之都实业有限公司，河南 许昌 461000）

在水电工程及山地资源开发过程中，由于工程施工导致大量山体开挖与填埋，扰动了原有地形地貌和原生植被，形成了釆动山体边坡。釆动山体边坡如果不及时进行生态修复，就会使釆动山体生物多样性降低、水源涵养能力下降，从而造成水质恶化、诱发地质灾害，加剧生态环境的恶化[1]。在矿区边坡生态修复实践中，袁磊等就高陡岩质边坡，提出了利用植物群落与地下生境进行生态修复方法[2]，朱兆华等基于受损边坡，给出了生态修复的工艺选择、目标群落设计与景观重建的案例[3-4]，薛春晓等就寒区露天煤矿排土场边坡生态修复进行研究[5]。但是，传统的边坡治理技术虽然能够地起到边坡稳固作用，却难以恢复自然植被和生态系统功能，环境保护和生态平衡脆弱。因此，结合高寒区釆动山体，实施边坡生态修复研究与设计，对恢复生态系统功能，具有非常重要的意义。

1 项目区概述

该项目位于西藏拉萨市堆龙德庆县乃琼镇加木沟，距离拉萨市区西25km处东北临拉萨河、青藏公路和青藏铁路，南依大山，东望案山，北临溪口（图1）。属拉萨河南岸河流阶地，山体海拔3690m～3780m。该矿山以海相石灰岩为主，是高争水泥厂水泥生产的主要原料，属于典型的高寒区釆动山体。该矿山采用自上而下，台阶式开采，为一级安全质量标准化非金属矿山。

2 釆动山体环境因素分析

2.1 气候特征

该项目位于青藏高原地区，属内陆高原温带半干旱气候，全年多晴朗天气，日照充足，空气稀薄而且干燥。据拉萨气象站资料，区内多年平均气温7.4℃，气温较低，冬季气候寒冷，冬夏温差在30。左右；多年平均降水量426.50mm，降雨稀少而集中在夏季，多年平均蒸发量2306.70mm，蒸发量远大于降水量。

图1 项目位置

图2 釆动山体地貌、植被特征

2.2 地貌条件

研究区地貌属构造剥蚀山地，山顶海拔3780m，切割深度小于100m。山顶呈尖棱状，山坡陡峻，一般40。～60。，山脊呈锯齿状，石峰发育。干湿交替和冻融循环对岩土物理力学性质影响显著。由于降水集中，使得区内受岩性、构造及干湿季节大气降水变化影响，极易产生滑坡、崩塌等地质灾害，所以生态修复过程中重点考虑边坡稳定，同时考虑防止边坡后缘大面积坍塌。

2.3 土质特征

矿山的矿石属侏罗系上统夺底沟群(J3d)海相石灰岩，岩性为灰白色-灰黑色中厚层状细粒结晶灰岩，点荷载抗压强度53.97MPa，属坚硬岩石。石灰岩品位好，开采条件较好。土壤类型为亚高山草甸土，富含砾石。土壤表层草根较少，形成不连续草皮层，成土过程微弱，土壤发育程度差，腐殖质累积过程弱、有机质含量低；土壤较沙质、颗粒粗大，土层浅薄且层次不明显，有风沙危害。通常在10月下旬至次年4月中旬封冻，冻土深度12cm～50cm，土壤冻融交替，通气不良，土质疏松，缺少水分，土壤较干燥。土壤有机质腐殖化和矿物质分解缓慢，有机质含量低，营养元素贫乏，粘粒含量少、土壤贫瘠。

2.4 植被条件

矿区海拔较高，空气稀薄、氧气量少，紫外线辐射量较同纬度地区大，不利于植被生长。边坡植物群落结构简单，常只有一层，以草本植被为主，多在20cm以下，草层较低、植被稀少，生物量小，一旦被破坏生态修复的难度加大。

3 釆动山体生态修复设计

3.1 山体现状

根据现场勘查，在矿山边坡现已堆积大量废石，堆积总量约2万m3，占地面积约1万m2（图2）。斜坡上废石堆积物较松散，两侧为草地。对堆积体进行变形特征分析，现状处于欠稳定—基本稳定状态，上部边坡在 70。以上，中部 50。～60。，下部 20。～30。，较为平缓。现在边坡底部未设置任何拦挡设施，在雨季和岩土体自重状态下，存在坡表降水的汇入，致使废石堆积斜坡稳定性较差，局部存在引发滑坡和崩塌的可能。同时，表层堆积大量裸露废石，与周边山体植被覆盖景观不一致，不连续，造成本区可视景观效果极差，特别突兀。而且本段位于新建高铁、青藏铁路、拉萨环城道路的可视范围内，本段边坡开展工程治理和植被生态修复显得尤为必要。

3.2 设计原则

①生态性原则，在“修复工程”实施的同时，应同时生态修复兼顾“管护”的方法，使工程长期有效，改善生态环境条件。

②可行性原则。工程修复时，充分考虑施工可行性、施工工期等因素。

③经济性原则。在确保安全的前提下，充分考虑工程修复的经济性，做到技术可靠，经济上合理。

3.3 生态修复设计方案

依据前期勘探和相关资料分析，本次初步确定两个修复方案，其中管护和监测工程是这两种方案所必须开展的，本次将其合并，现分别介绍如下：

3 .3 .1 格构加固覆土生态修复

根据现场调查，可以对边坡实施沿着边坡底部修建挡渣墙、削坡、清理坡面上危石和松动石块、格构加固处理、覆土种植。

①修筑挡渣墙：修筑挡渣墙为防止在后期削坡和清理过程中，边坡废石滚落，危机水泥厂正常的生产，同时也是应对边坡可能出现的崩塌滑坡等地质灾害。因此，首先应在边坡底部修建挡渣墙，本次设计修建重力式浆砌石挡土墙，采用梯形断面，并在墙脚设置小排水沟。

图3 挡渣墙示意图

②削坡和清理边坡：由于上部边坡极陡，稳定性也是极差，将上部废石通过削坡开挖，运至水泥厂作为原料。本次设计将整个坡面分成四级削坡作业，一级坡高度15m，二级坡高度在20m，三级坡高度在20m，四级边坡的高度在25m以上，每级边坡设置平台，平台宽5m。边坡按照设计要求削坡完成后，清除坡顶处和坡面上危石和松动的岩块，必须采取彻底清除的措施，消除局部鹰嘴岩及破碎岩石，以避免发生崩塌的可能。

图4 格构加固示意图

③格构加固：锚杆采用钻孔打眼，锚杆轴线与水平面架设成25。夹角（图4），钻孔要符合以下要求：钻孔圆而直，钻孔方向尽量与岩层主要结构面垂直；锚杆孔径要大于杆体直径15mm。在锚杆施工完成后立即进行测量，根据设计要求在放出格构梁，压顶及镶边的平面位置及高程。其后开展格构凿槽，模板加工及钢筋绑扎以及伸缩缝等施工。

④填土种植：当格构养护期完成后，可对格构内进行回填植草，植草采用撒播。采用本地草种，且草籽的质量要求是无发霉变质的当年种子。

图5 高寒区釆动山体生态网

图6 釆动山体水泥格网、钢架平台

3 .3 .2 钢架生态植被袋修复

对边坡实施沿着边坡底部修建挡渣墙、钻孔及搭设钢架平台、边坡表面布设竹席或是榈棕垫、充填生态植被袋，建设釆动山体生态网（图5）。

①架设钢架平台：首先钻孔，采用自上而下开展，本次钻孔深度采用2m，边坡上部钻孔密度:2m×2m，中部采用2m×2m，下部采用：2m×2m。钻孔结束后采用高压风管吹孔，将孔内岩粉吹洗干净。其后，搭设平台架管的要求①对于架管底部地面不平处，应挖凿平整后再搭设。②加管底部必须垫木块以加大受力面积，减少架管沉降。③适当架设剪刀架以及斜撑，以便平台整体稳固（图6）。

②铺设竹席或是榈棕垫：利用钢丝等，将竹席和棕榈垫铺设在边坡表面，并与钢架固定在一起，防止出现竹席和棕榈垫滑落。

③充填生态植被袋：采用的生态植被袋是一种绿化、护坡的一种袋子，通过装土填充，来植被绿化、护坡的一种生态袋，生态袋内充填的植物生长基质特点是质量轻、营养高、种子易发芽等，特别是在恶劣环境下确保植被正常生长。

3 .3 .3 管护和监测工程

利用矿山泉水进行灌溉，在山顶部平台上修建水池，采用水泵将山下泉水输送至山上水池，在边坡上架设喷灌设施进行灌溉。在灌溉过程中，观察修复植被的长势，来确定添加多少量的肥料至灌溉水中，随灌溉水一起施加至修复植被上。在雨季，特别是暴雨过后，仔细检查边坡是否冲刷损毁，对损毁严重的状况，立即采取补植措施，堵塞漏洞，实施工程的管护。采用高精度GPS、全站仪（水准仪）、活动式钻孔测斜仪、人工观测等方法，监测边坡失稳可能发生的地段及规模，重点监测边坡滑坡等地质灾害。

实践表明，利用格构加固覆土、钢架生态植被袋的方法，对高寒地区山顶部平台上修建水池，采用水泵将山下泉水输送至山顶，并在边坡上架设喷灌设施进行灌溉保证充分的水分供应，能确保矿区釆动山体边坡形成良好的生态。