高次团粒喷播技术在废弃矿山地质环境恢复治理工程实施中的应用

李 超（上海市地矿建设有限责任公司，200436）

在改革开放后经济快速发展的背景下，早期掠夺式采石造成了严重的生态环境问题，随着社会发展，人们越来越意识到“绿水青山就是金山银山”[1]，废弃矿山地质环境恢复治理工作愈发重要。长期的采矿活动造成地形地貌被破坏、矿山植被被损毁，矿山开采后形成的裸露山体存在地质灾害隐患、水土流失和粉尘污染等问题，而且十分影响城市的整体面貌[2]。拟治理废弃矿山裸露边坡—以岩质边坡为主，坡面风化，岩石破碎，岩体坡面难以自然生成植被，需要人工措施绿化坡面。传统绿化技术有生态植被毯、生态植被袋、液力喷播、高次团粒喷播等，根据拟治理废弃矿山边坡地质环境、坡面特征等，主要以高次团粒喷播技术为主，其他绿化技术为辅的绿化手段。

1 高次团粒喷播技术原理

高次团粒喷播技术的施工对象主要为基岩边坡、硬质土边坡、砂质土边坡、酸碱性土壤、瘠薄山区地带、干旱地带、海岸堤坝、回填土或水土流失严重地带等绿化困难的裸露坡面等[3]，使用经特殊生产工艺制成的富含有机质和粘粒的客土材料，通过干式喷播或湿式喷播，加工程措施相辅的手段，客土材料喷播瞬间在空气作用下与团粒剂混合后发生团粒反应，然后形成与自然界表土同种团粒状结构的“人造土壤”。这种“人造土壤”具有特殊的团粒结构，在团粒结构内部，团粒之间存在大小不一的孔隙，大孔隙主要作用为通气、排水，小孔隙主要作用为保持水分、养分，适宜植物生长[3-4]。因喷播后会发生疏水反应，所以粘结力强的“人造土壤”会牢固地吸附在坡体表面，能抵抗雨蚀和风蚀，防止水土流失[3]。

2 高次团粒喷播技术特点

(1) 应用范围广泛且适用性强。高次团粒喷播技术可以应用在国土、交通、林业、环保等领域，针对高陡岩质边坡、硬质土边坡、砂质土边坡、贫瘠地、酸碱性土壤地等用传统绿化方法难以绿化或达到理想效果的困难地方，不受地形地势限制[5]。

(2) 施工快、施工安全、见效快。将客土材料利用喷播机加压喷射到坡面，施工过程简洁、安全可靠，一般施工完成后 3～6 月即可见植被修复效果，2～3 a 后可达到自然植物群落状态[3][5]。

(3) 尊重自然，追求绿色环保。植物种子选取时考虑当地自然植物群落结构，种子配料选取当地乔木、灌木、草本植物相结合方式，达到物种多样化，并尽量选取绿色环保植物，既能达到绿化景观，又能净化空气，实现人与自然和谐共处[3]。

(4)“人造土壤”具有和自然表土相同的团粒状结构。“人造土壤”的团粒状结构有保水性、透气性，适宜植物生长，因喷播后会发生疏水反应，粘结力强的“人造土壤”会牢固地吸附在坡体表面，既能提高边坡安全性，又能抵抗雨蚀、风蚀，防止水土流失[3]。

(5) 后期养护管理简单。后期养护主要为浇水，然后是做好病虫害防治工作，管理程序简单[6]。

3 工程设计及实践

3.1 项目概况

(1) 自然地理：项目区位于阳新县城区东部，北距长江1 km。气候类型为亚热带大陆性气候，四季分明，雨量充沛，地貌为构造剥蚀丘陵地貌，地势南高北低，最大相对高差 425.00 m。

(2) 坡面特征：Ⅰ区坡面特征就是Ⅰ区位于项目区北西侧，边坡整体走向30°，坡度 30°～55°，坡向 120°，坡顶高程 + 130.00 ～+ 160.00 m，坡脚高程 + 50.00～+55.00 m，相对高差 75.00～110.00 m，平均高差 92.50 m。坡体表面有两级较缓平台（最大坡度 15°），平台延伸方向与边坡走向一致，贯通性好，平台宽 7.00～50.00 m，边坡角为 35°～50°。岩性为黄龙组浅灰色中厚层状灰岩，坡面节理裂隙不发育，岩体完整性较好。

Ⅱ区坡面特征主要为Ⅱ区位于项目区南侧，为废弃石灰岩矿采石场的主采面，边坡整体走向 280°，坡度 40°～70°，坡向 10°，坡顶高程 + 225.00～+ 285.00 m，坡脚高程 + 50.00～ + 52.00 m, 相对高差 175.00～233.00 m，平均高差 204.00 m。坡体表面有三级较缓平台（最大坡度 20°），平台宽度4.00～35.00 m，延伸方向与坡体走向基本一致，平台边坡角 45°～65°。岩性为二叠系下统栖霞组含炭质含燧石结核灰岩、石炭系中统船山组球粒灰岩、黄龙组灰岩，坡体岩石节理裂隙发育，岩石较破碎。

拟治理区高次团粒喷播施工区域主要布置在Ⅰ区、Ⅱ区坡面坡度 ≤55° 的地段，坡度 ＞55° 的坡面及坡体表面各级平台采用其他绿化技术，本次高次团粒喷播施工总面积为 103 708.83 m2。

3.2 施工工艺设计

施工工艺设计流程见图 1。

图1 施工工艺设计流程图

3.2.1 坡面整形

(1) 采用机械和人工清除坡体表面危石、松石、浮石及杂物。

(2) 清除坡体表面有碍于人造土壤附着坡面的植物浮根、杂草及垃圾。

(3) 坡体表面尽量保持原有形态，坡面起伏控制在 20 cm以内。对位于凸起岩体下方的基岩面不允许有倒倾或垂直坡面。

3.2.2 铺网、钉网

铺网：选取的金属网为网孔 5 cm×5 cm 的过塑镀锌菱形铁丝网，长度根据需要而定。铺设时自上而下，坡顶延伸≥50 cm，坡顶处用主锚钉固定后采用 C 25 混凝土压顶，上下及左右采用平行对接，对接处用18 # 铁丝绑扎牢固，两片网之间搭接宽度 ≥10 cm，即至少两个网孔的距离，在锚钉与网片接触处也一并用 18 # 铁丝绑扎牢固。网片距坡面保持 5～8 cm 的距离，用垫块支撑。

钉网：对土质坡面，因其坡面松软，钉网的锚固件采用长度为 50 cm 的木桩，坡面每平方米 ≥3 个木桩。对裸露岩质边坡坡面，锚固件采用铁质锚钉，分为主、次锚钉，锚钉均为规格 Φ16 的钢筋，钉前对其进行防锈处理，水泥浆锚固，锚钉入坡深度根据边坡地质情况确定，要保证锚钉不仅本身牢固而且能使网片及喷射后的基材局部稳定。主锚钉长 2.00 m，副锚钉长 1.50 m，外露段长度为 0.20 ～0.30 m，每平方米 ≥4 个锚钉，主副锚钉相间布设，具体布设方式见图 2。孔偏差 ≤5 cm，外露段锚钉向坡体上方弯折。坡体顶部为加强稳定，按间距 0.80 m×0.80 m、长 2.00 m 进行两排加密处理。

图2 主、次锚钉布设示意图

3.2.3 喷射基质及种子

前期工序完成后，即可进行喷射。将高次团粒喷播原材料即黏土、有机质添加料、复合纤维料、土壤稳定剂、团粒剂、植物种子等混拌过筛，经人工传送到高次团粒喷播机，再经喷播机加压喷射到坡面上。喷射分两次进行，首先喷射不含种子的混合料；然后在种子中加入泥炭土、腐殖土、粘结剂、纤维、缓释复合肥、保水剂搅拌均匀后，喷射在混合土层上，最终喷射混合材料平均厚度 ≥15cm。每次喷播宽度为 4.00～6.00 m，高度为 3.00～5.00 m，喷播由大于 12.00 m3的空压机送风，采用干式喷浆法施工。

3.2.4 无纺布覆盖

喷播植物种子后表面采用无纺布覆盖，以防止雨水冲刷、水分蒸发和保护幼苗等。

3.2.5 养护管理

养护管理期为竣工后 2 年。 施工完成初期应注重浇水，原则上一周浇水 1～2 次，视当地降雨量情况而定；做好病虫害防治工作，病虫害防治工作要本着“早预防、早发现、早治疗”的原则。

3.3 施工工艺实践

3.3.1 坡面整形

主要采用挖机、镐头机、液压劈裂机、手用风镐等机械清除坡体表面危石、松石、浮石、杂物等，见图 3。

3.3.2 铺网、钉网

铺网：人工铺网，坡顶固定后，自上而下铺设。网片距坡面保持 5～8 cm 的距离，用垫块支撑。钉网：利用手用风镐打孔，孔内灌浆，锚钉外露长度按照设计要求，铺网及钉网效果见图 4。

图3 机械坡面整形

图4 铺网、钉网

3.3.3 喷射基质及种子

本次喷植选取以乡土植物为主、外来植物为辅的植物群落的种子，以适应当地自然生态环境，植被建成后在景观效果上接近自然，并与周边山体景观协调融合，喷播设备采用 HKP 型客土喷播机（图 5）。本次喷植种子配方见表 1。

图5 喷播设备

表1 喷植种子配方表

3.3.4 无纺布覆盖

喷播植物种子后表面采用无纺布覆盖。

3.3.5 养护管理

养护管理期为竣工后 2 a。初期注重浇水，出苗 15 d后，为了促进草坪生长，应施氮肥（5 g/m2）1 次，再过 10 d 施复合肥（15 g/m2）1 次。

4 结 语

通过现场实践，本次高次团粒喷播技术在某县石灰岩矿废弃采石场裸露边坡恢复治理实施中是可行的，达到了预期效果，可为同类型废弃矿山地质环境恢复治理工程提供参考。高次团粒喷播技术的应用有助于改善城市周边矿山地质环境，提高生态环境绿化修复效果和边坡安全性，有效解决基岩裸露坡面植被恢复和水土流失问题，同时有助于美化周边景观、净化空气、恢复生态平衡，具有可持续发展的特点。