露天铁矿干排尾矿库边坡修复技术的规划设计

方晓明

（沈阳环境科学研究院，辽宁 沈阳 110169）

近年来，各级政府及有关部门对矿区生态治理、修复的重视程度和投入力度均在不断增加。但是由于调研不充分、规划不科学、植物选型不当等原因，导致生态修复成效不理想。如果矿区生态不能及时恢复，除了会破坏自然环境外，还会对矿区及周边人群的健康安全构成威胁。因此，因地制宜做好矿区库边坡修复的规划设计，在此基础上将各项生态修复措施落地实施，才能尽快恢复受损生态，实现矿区经济的绿色和可持续发展。

1 研究区概况

某露天铁矿所在地区属于石质山区。以花岗岩为主，大陆性季风气候，降雨集中在7-9 月份，暴雨频率较高，容易出现水土流失。尾矿库坡面总面积超过5800 平方米，边坡上松散石块较多，由于多年的雨水冲刷、土壤稀少，不利于植被生长，修复难度较大。

2 尾矿库边坡修复方案的规划原则

由于该矿区尾矿库边坡生态受损的原因复杂，治理难度较大，为了缩短修复周期、降低治理成本，并且保证植被成活率，应基于前期的地质勘察资料，做好科学的规划设计。在编制边坡修复方案时，遵循了以下原则：第一，因地制宜，稳定为主。调查发现，边坡土壤稀少、石块较多，无法直接播种或栽树，因此在生态修复时应充分考虑这一点，才能防止做“无用功”。还有就是优先保证边坡稳定，防止石块掉落。第二，经济性和节约性原则。考虑到尾矿库边坡面积较大，需要控制修复成本，因此必须要考虑规划方案的经济性。另外，还要尽量节约用材，包括树苗、树种以及三维网等材料，也要尽量节约使用，符合节约环保理念。第三，合理配置，保证生态稳定。优先考虑乡土树种，具有较强的环境适应力，成活率较高。也可适当引进一些性状优良、耐贫瘠的树种，例如红叶杨、柠条、荆条、刺槐等，即便是干旱、贫瘠的环境下，也能正常生长。

3 边坡修复技术的规划设计

3.1 挡墙设计

为防止边坡滚石掉落砸伤过往车辆及行人，本次工程中坡脚处设置挡墙。以钢丝编织石笼，将石块填充在内，既保证坚固性，又具备挡土、透水的效果。在设计方案中，挡墙距离坡脚约1.5m 的距离。石笼采用直径为2mm 的钢丝编织而成，呈圆筒状，截面直径50cm，长度2.0m，网孔规格为20cm×20cm。填满石块后成“一”字型于坡脚处横向排列。

3.2 排水沟设计

除了雨水直接冲刷边坡外，坡顶、两侧雨水汇集之后，进入到坡面也会对边坡造成破坏。因此，在边坡修复工程中做好排水沟设计也十分重要。在坡顶上设置横向截水沟，宽为1.0m，深为0.6m，截水沟内部采用水泥砂浆抹面，保证排水顺畅，防止土体坍塌造成堵塞。在边坡两侧也设置排水沟，沿着坡面自上而下直到底部。这样就保证了坡顶积水可以沿着两侧的排水沟直接进入到跛脚马道，对缓解坡面水土流失问题效果显著。为了解决坡面上雨水冲刷带来的水土流失问题，在坡面上设置3 道急流槽，每道急流槽处可堆放生态袋，起到挡土作用。

3.3 坡面治理规划

根据边坡坡度不同，采取的修复技术也是有一定差异的。例如，对于坡度在15°以下的缓坡，如果立地条件较好，表层有少量土壤，可采用铺设生态毯，或无土混合纤维植被复绿技术；如果坡面土壤极少，以石块为主，可采用三维网护坡技术。对于坡度在15-45°之间的坡面，若坡面有少量土壤，可选择生态毯、生态棒护坡技术，或加筋土工网垫护坡技术；若坡面土壤极少，以石块为主，可采用蜂巢格室护坡、挂网客土喷播技术。对于坡度超过45°的陡坡，如果是土质坡面，选择加筋土工网垫护坡、混凝土框架梁护坡；如果是石质坡面，选择挂网客土喷播、联体植生垫护坡技术。无论选择哪种护坡技术，在实际施工前均要求做好坡面治理，将表层松动的碎石、浮石等清理干净。若坡面实在过于陡峭，可采用削坡稳定方式。本次工程中，经过削坡后边坡垂直高度6.71m，边坡的坡度为28.5°，坡比1:1.4。

3.4 植被修复方案

考虑到该工程中待修复坡面的面积较大，加上不同地区的地质情况存在差异，为保证修复效果，在完成坡面治理后，将其分为A、B、C 三块。其中A 块主要使用生态毯、生态棒修复技术，B 块主要采取蜂巢格室、三维网喷播技术，C 块主要使用生态袋、挂网客土喷播技术。具体情况如如图1 所示。

图1 尾矿库边坡修复规划方案

3.4.1 生态植被毯

使用复合材料编织形成的防护毯，网格孔径为1cm×1cm，在挂毯前将灌木、草本植物的种子洒在网格中，同时向网格中加入适量的营养土，然后将生态植被毯平铺在坡面上。在四个角上使用U 型钉进行固定，相邻两块生态毯搭接处，要重叠约15cm。使用生态植被毯的优势在于提高了坡面的粗糙程度，对减少坡面径流效果明显。同时，在网格中加入营养土，因此即便是在土壤极度贫瘠的坡面，也不影响灌木、草本植物的正常生长，环境适应性较强。还有就是施工十分方便，修复作业速率较快，适合坡比不超过1.5 的坡面。生态棒是生态植被毯的一种改良形式，是一种直径为10cm 的棒状结构，一侧有草种，可直接在坡面上按照顺序摆放，具有更长的使用寿命。

3.4.2 蜂巢格室

蜂巢格室的组成材料是高密度聚乙烯，采用热熔焊接的方式形成三维网格结构，如图2 所示。格式的高度在15cm 左右，六边形格子的边长为5cm。在安装蜂巢格室前，应保证坡面平整，然后按照规划设计方案，标记出安防位置。放置后，在边角位置处使用U 型钉进行固定。然后将准备好的营养土均匀的倒入各室内。填土厚度一般为格室高度的1/2，即7-8cm 左右。分两次填入，第一次填土3cm，然后加入草种，继续填剩余的土。在边坡修复技术中，蜂巢格室护坡的优势在于材料性能优良，耐磨损效果较好。特别是在一些以石块为主的坡面，能够有效延长使用寿命。除此之外，蜂巢格室为工厂预制，现场直接敷设、固定，加入土和草种即可完成修复，施工效率高。

图2 蜂巢格室示意图

3.4.3 三维网喷播

三维网是由聚乙烯材料加工制成的土工网材料，它融合了传统土工网护坡和植被护坡的有点，尤其适用于一些高陡边坡的生态修复和安全防护。其施工流程为：完成坡面整理后，将三维网挂在坡面上，挂网之后使用专用锚杆于边角处固定。利用三维网提供的附着力，在表面覆盖一层土壤，厚度大约为10cm，然后在土层表面喷播草种。之后再覆盖一层土壤，厚度控制在10-15cm。条件允许的情况下，可在土层表面覆盖一层纤维布，或者秸秆，然后洒水，为种子萌发创设有利条件。其结构如图3所示。

图3 三维网喷播示意图

从应用效果来看，三维网喷播护坡技术的优势在于抗冲刷效果好，并且材料成本低廉，现场挂网施工方便。另外，致密的网状结构，有利于植物根系的附着，对提高水土保持效果，减轻暴雨冲刷和侵蚀有积极作用。还有就是黑色的聚乙烯材料具有吸热保温的功能，对加速种子萌发、促进植物生长也有一定的效果。

3.4.4 生态袋

生态袋内装有营养元素丰富的土壤，土壤中掺有植物种子。在边坡修复施工中，将生态袋按照顺序自下往上依次排放，既可以起到拦挡、防护的功能，同时在袋内种子发芽之后，又可以达到绿化边坡、恢复植被的效果。本次工程中使用的坡面生态袋尺寸为50cm×80cm。袋内装满土壤后，厚度约为15cm，其结构如图4 所示。

图4 生态袋结构示意图

基于生态袋的边坡修复技术，其优势在于每个袋子就是一个独立的植物生长环境，摆脱了对边坡土质的依赖性，可适用于一些贫瘠坡面。同时，生态袋可以预制，形状规则，易于摆放。

3.5 植物的选型与配置

3.5.1 植物种类

在选取边坡绿化植物时，应优先考虑本地品种。如果本地品种较少，可适当引进外来品种，以增加生物多样性，保证尾矿库边坡生态的稳定性。鉴于边坡立地条件较差，因此不宜栽种大型的乔木，应当以灌木和草本植物为主。再结合该铁矿所在地区的生物资源，可供选择的护坡植被有以下几种：山杏、虎榛子、胡枝子、山桃、荆条、偃柏、白莲蒿、羊茅草等。这些植物均具有耐旱、耐贫瘠的特性，在比较恶劣的自然环境下，也可以保持较高的存活率和较好的长势，可以作为尾矿库边坡修复的优选品种。

3.5.2 植物配置

在确定适合该矿区边坡修复的树种后，还要综合考虑成本、操作难度、后期养护、生态稳定等各项因素。经过筛选后，灌木类植物3 种，分别是山杏、荆条和白莲蒿；草本类植物3 种，分别是苇状羊茅、碱茅、小红菊，见表1。根据每种植物的生物特性，确定播种量，保证密度均匀、适宜。

表1 植物配置表

4 结论

露天铁矿经过多年开采后，尾矿库边坡植被因为环境污染、生态破坏等原因，已经变得十分稀疏。加上水土流失导致生存环境变差，进入恶性循环，开展边坡生态修复刻不容缓。在做好地质调查和进行坡面治理后，做好挡土墙与排水沟设计，有效防止雨水冲刷和水土流失。在此基础上，合理选择生态植被毯、蜂巢格室、三维网喷播等护坡技术，同时尽量搭配本地植物，让边坡植被得到恢复，生态系统更加稳定。