2015-07-17 08:33:51 来源:水泥人网

青海互助水泥矿山岩质边坡复绿工程实践

摘要:针对岩质边坡复绿的难题,结合根据边坡形貌、周边环境、气候条件,采用适宜的工程和生物手段,解决岩质陡边坡的立土、抗冲刷、调节植被生长环境、加速植被发芽及生长等问题,从而达到生态修复的目的思想,提出了高性能加筋生态基材喷播方案。方案主要由加筋麦克垫层、喷附土层、生态基材植生层及喷灌系统等组成,通过青海互助花石山石灰石矿的工程实践,证明了其优良的环境适应性和有效性。

关键词:绿化 岩质边坡 矿山复绿 喷播 生态基材

1 前言

国土资源部早在十五计划纲要中就指出“选择不同类型的矿山进行生态环境恢复治理示范建设,对工矿区损毁土地进行复垦和绿化”,十八大以来,国家大力推进生态文明建设,国土资源部更是将“发展绿色矿业,建设绿色矿山”作为战略目标。

至2014年,国家级绿色矿山试点单位达到四批共661家,其中有35家矿山企业已通过验收,被正式授予“国家级绿色矿山”称号,其中一项重要的考核指标就是矿区绿化覆盖率。“三区两线”是在全国“矿山复绿”行动中确立的治理重点,主要涵盖重要自然保护区、景观区、居民集中生活区和重要交通干线、河流湖泊直观可视范围。

花石山石灰石矿位于青海省互助县柏木硖口,南侧紧靠当地旅游公路(威北公路),毗邻北山国家森林公园的迎宾大门。随着矿山的开采,原有地形地貌遭到改变、地表植被受到破坏。矿山开采后形成的裸露边坡及南侧放矿溜槽,破坏了地形地貌、裸露的山体显得十公刺眼,影响景观,治理任务非常迫切。

2 工程概况

工程所在地互助土族自治县属大陆寒温带气候,平均气温为5.8℃,极端最高气温为30.3℃,极端最低气温为-26.9℃;年日照时数为2581.7小时,无霜期114天,年降水量477.4mm,年蒸发量1198.3mm,年相对湿度63%,年平均风速0.9m/s,雷暴日数39天。全县88.9%土壤为石质性土壤,以轻石质、中石质为主,地表土多为黑钙土和粟钙土。

工程边坡海拔高度为3100m,坡长300m,最大坡高100m,总面积约25000m2,坡度65°~70°,边坡表面为爆破产生的凹凸不规则坡面和残留的碎石,碎石直径为5~30cm,大块岩石直径在1.5m,施工难度较大。坡面附近自然植被为沙棘、金露梅、银露梅、狼毒花等小叶草本及灌木。由于环境恶劣,处于高寒地区,全年降雨量少,昼夜温差大,植物较难成活且生长极其缓慢。施工期为7-8月,工期紧张,10月后气温将骤降不利于植物生长,必须加速植物生长达到较好的木质化程度抗冻。施工期正值雨季,由于边坡高陡,汇流能量大,易将土壤和种子冲走,导致绿化失败。

图1 原状边坡情况

3 技术方案

解决该问题,需根据边坡形貌、周边环境、气候条件,采用适宜的工程和生物手段,解决岩质陡边坡的立土、抗冲刷、调节植被生长环境、加速植被发芽及生长等问题,从而达到生态修复的目的[1-3]。

结合国内外先进的坡面柔性防护、防侵蚀和植被恢复技术,拟采用高性能加筋生态基材喷播方案。该方案利用加筋麦克垫及相应锚固系统作为结构措施确保系统安全稳定,利用改良土浆喷附实现土壤重建,利用高性能生态基材喷播实现植被快速建立,利用喷灌系统实现后期养护。

图2 方案示意图

3.1 结构措施

加筋麦克垫[4]为加筋的三维网垫,通过锚固系统锚固贴合在坡面,坡顶采用反包锚杆钢丝绳固定,坡面采用锚钉固定。加筋麦克垫对土层起到加筋牵挂作用,加强土层在坡面的稳定,同时三维网丝结构能与土颗粒及植物根系交织,防止土颗粒受雨水冲刷流失。另外,配套喷灌系统的加筋麦克垫,自带了竖向分管和喷头。

加筋麦克垫、钢丝绳锚杆、钢丝绳的钢丝均采用热镀高尔凡(Zn-5%Al合金+稀土元素)防腐处理,确保结构耐久性。

3.2 土壤重建

土层厚约8~10cm,是由黏土混合添加谷壳、泥炭土、肥料、保水剂、粘合剂、土壤改良剂等配方后,通过专用喷播设备喷附到岩面,为植物提供生长介质。改良后的土壤提高了对岩石表面的粘附力,改善了内部的营养平衡有利于植被生长存活。

3.3 建植技术

高性能生态基材为精细热熔木纤维、人造纤维、高分子聚合物保水基质、微孔颗粒、生长促进剂等构成的生态配方,与种子混合后,通过专业设备喷播施工,起到保水保温,加速植被发芽和根系发展等作用。

3.4 喷灌系统

考虑到当地气候条件下的后期养护,配套了相应的喷灌系统。喷灌系统以山顶水箱为水源,通过供水管路引水至坡顶,在坡顶经控制分流到加筋麦克垫上的竖向分管,最终从竖向风管上的喷头浇水。该系统充分利用了重力势能,无需用电,安全可靠,小喷头群协同作业,可实现均匀完全覆盖。

4 施工工艺流程

4.1 清坡

作业人员必须佩戴安全帽,穿防滑鞋,系安全绳。使用安全绳时,上端栓在钢丝绳锚杆套环上固定,并先清理掉上端平台碎石,防止作业中安全绳摆动将碎石扫落。坡面作业时,作业人员一字排开,采用铁锹、钉耙等铲除碎屑,敲击浮石,作业顺序应从上至下,上部清理完毕后人员方可向下移动。

4.2 加筋麦克垫施工

首先进行顶部钢丝绳锚杆及支撑绳的安装。顶部钢丝绳锚杆及支撑绳是保证整个系统结构稳定的主要承力构件。为防止坡顶岩石在锚杆拉力下发生破坏,顶部钢丝绳锚杆及支撑绳的位置线可为坡顶边缘线向内平移安全距离2m左右。

放线并按2m的间距测定钢丝绳锚杆孔位,并用喷漆标记。采用风钻在标记点钻孔,钻孔方向自上而下,孔径φ50mm,孔深不小于2m。向孔内注浆并插入双股直径为φ16mm的镀高尔凡钢丝绳锚杆。采用标号不低于M20的水泥砂浆,优先选用粒径不大于3mm的中细砂,确保浆液饱满。

将直径为φ16mm的热镀高尔凡支撑绳依次穿过钢丝绳锚杆的套环,安装时单根长度不宜大于30m,每根两端均折边30cm并用3个绳夹固定,固定好一端后应先采用紧绳器拉紧再固定另一端。

然后进行加筋麦克垫的铺设及固定。铺网前锚杆灌浆养护不得少于三天。将加筋麦克垫上端从支撑绳下部穿过后折回,反包30~50cm,采用绞合钢丝折成双股点扎固定,所有相邻点扎距离不大于20cm,另一端沿着坡面向下展开。

加筋麦克垫网幅尺寸为25m×2m,网面间需采用绞合钢丝点扎缝合,扎丝单根长度以30cm为宜。

在坡面应采用加工成L型的钢筋锚钉对加筋麦克垫固定,使其贴合坡面。锚钉一般规格为:锚固段长150mm,弯折段长50mm。锚钉一般按每平m1个呈梅花形布置,采用电锤打孔,然后锤击敲入。

图3 加筋麦克垫及锚固示意图

4.3、土层施工

施工用土需事先运输到现场堆存。堆存场地选用平整的实地便于车辆进出及装卸,并应满足堆土容量要求。堆土尽量紧凑,防止平摊面积过大导致铺垫层的土浪费过多,避免自卸卡车、装载机在土上碾压。堆土后需用塑料膜、雨布等覆盖防雨。

自然环境取的土中难免会夹杂一些碎石,如果直接用于喷播会经常发生堵罐、堵管,不得不中止施工进行清理,不但降低施工效率,并且可能造成大量材料浪费。尽量采用机械振动筛筛土,以提高效率,满足喷播机给料需求。筛网的网目不宜过疏,宜采用1~1.5mm的筛孔。筛过的土应与原土分离堆存或吨袋装盛。

上料搅拌和喷射。先在多功能喷播机[5]中加入约二分之一的水,然后加入土和添加料,开启搅拌器。上料可采用装载机或叉车。土用标准容量的吨袋装好后直接倒入喷播机进料口。其他添加剂可按配比依次加入。搅拌均匀后方可进行喷射施工。

利用多功能喷播机将混合搅拌料喷附于岩面上。喷射可采用枪喷或管喷。喷附厚度一般为8cm左右,具体厚度需根据边坡情况、土壤条件、当地气候、选用草种等来设计确定。一次成型厚度约为1~2cm,同一位置需经过多次喷附达到设计厚度。

4.4、生态基材植生层施工

上料搅拌及喷射。先在喷播机中加入约三分之一的水,然后加入生态基材、种子和其他添加料,开启搅拌器。应充分搅拌15分钟以使各组成成分充分反应并拌合均匀。上料可采用装载机或叉车。生态基材为标准规格包装,破碎后投入喷播机进料口。其他添加剂可按配比依次加入。

利用进口纤维喷播机将混合搅拌料喷附于土层表面。喷射可采用枪喷或管喷,喷射时应根据风向、风力调整喷头和手法,让基材呈雪花状飘洒在坡面上。喷播厚度一般为0.5~1cm左右,具体厚度需根据当地气候、选用草种等来设计确定。可一次成型,也可分两次喷附达到设计厚度。

4.5、出苗养护

施工结束至植物种子发芽出苗期间,应保持生态基材及土壤湿润,因此当施工期蒸发强烈时,应进行浇水养护。从开始坚持每天早晚共浇两次水,浇水时应将水滴雾化,随后随植物的生长可逐渐减少浇水次数,并根据降水情况调整。

喷灌系统完成前,利用进口纤维喷播机喷水养护;喷灌系统完成后,采用喷灌系统养护。

5 实施情况

工程于7月初开工,8月中旬完工,期间经历2次冰雹。施工完成后10天左右植物开始出苗,生长迅速,一个半月达到一定木质化程度,经受了一次大雪考验。工程于10月通过初步验收,复绿效果得到业主、园林专家的一致认可和媒体宣传。青海互助项目的工程实践对高寒高海拔地区矿山岩质边坡复绿具有积极意义。

图4 实施完成

图5 出苗养护

参考文献

[1] 周连碧,王琼,代宏文,等. 矿山废弃地生态修复研究与实践[M].北京:中国环境科学出版社,2010.

[2] 顾卫,江源,于海龙,等. 人工坡面植被恢复设计与技术[M].北京:中国环境科学出版社,2009.

[3] 赵方莹,孙保平,等. 矿山生态植被恢复技术[M].北京:中国林业出版社,2009.

[4]. 黄倩,王震,李帆,张柏英. 新型生态防护技术在剑河清水江防洪堤工程中的应用[J]. 中国水利,2014,20:68.

[5]. 赵平. 喷播技术设备的类型与性能比较[J]. 公路,2005,01:200-206.

欢迎扫描二维码关注微信公众号:cementren;本文仅代表作者观点,不代表本站立场;投稿请联系:offce@cementren.com,QQ:1229919202