露采高陡裸岩边坡主动防护与绿化方法适宜性分析

黄 波，陈 铖，彭 凤

（湖北省地质环境总站，湖北 武汉 430034）

矿山露天开采不同于公路铁路建设，形成的岩质边坡往往高差大、坡度很陡，特别是历史遗留的废弃露天矿山，由于开采不规范，加之受爆破影响，矿山地质灾害时有发生，矿山生态环境问题更加突出。如何有效开展主动防护与绿化就显得极为重要。本文“露采高陡裸岩边坡”是指矿山露天开采形成高差大于15米、坡度大于45°、岩石裸露的边坡；“主动防护与绿化”是指采取工程措施消除矿山地质灾害隐患，同时进行植被重建。

1 国内外研究背景

1.1 国外研究

自2013年，连续三届世界生态恢复大会都将矿山生态系统列为大会交流的主题之一，由此可见矿山生态修复是一个持续的研究领域。针对复绿难度极其困难的高陡裸岩边坡，一些发达国家如美国、德国、英国、意大利和日本等，较早开始重视对其进行生态恢复，并开创了一系列的坡壁绿化工程技术：种子喷播法、客土喷播法、钢筋水泥框格法、植生卷铺盖法、纤维绿化法、厚层基材喷射绿化法、生态多孔混凝土绿化法以及液压喷播植草法等。这些技术为我国开展露采高陡裸岩边坡生态恢复提供了重要参考。

1.2 国内研究

通过查阅参考文献，岩质高陡边坡的植被恢复是目前采石场整治及边坡覆绿的重点和难点[1]，赵志明等在工程边坡绿色防护机制研究中认为岩质边坡坡度大，植被很难在边坡上生根成长[2]，马丽等论述了通过锚固、削坡和设置落石平台等措施对广西凤山县石灰岩高陡边坡治理与改造[3]，甘柯，黄鹏辉等在北京某采石场高陡裸岩边坡修复治理工程中采用了挂网喷播绿化[4]。赵江水等在矿山边坡治理中提出了植被混凝土护坡技术[5]、李昆采用绿色罩面网结合攀缘植物的垂直绿化技术对高陡边坡进行了综合治理[6]。刘蒙蒙等在开采后的高陡边坡治理提出三维网喷播绿化技术、新兴的生态袋及生态草毯绿化技术[7]。管斌在铜陵市岩质高陡边坡生态修复中应用了种植槽技术[8]，孟亚武提出了基质盒和植物生根毯结合技术[9]，陈守辉在高陡岩石边坡加固与复绿综合防护施工技术提出了“锚杆+主动高强钢丝防护网+防水纤维层+（种子、肥料、土壤、改良剂、保水剂）+无纺布（从上而下）”来保护植被及其生长条件，为高陡岩质边坡实施人工绿化提供了可能[10]。何照等在河北承德某高陡边坡治理设计格构护坡为坡体稳定性进行固定、提供了植被绿化单元[11]。

随着经济发展和社会进步，人们的观念意识也逐步变化，露采高陡裸岩边坡的改造经历了从单纯的技术性和功能性改造，到兼顾“山水林田湖草”生态环境综合治理的过渡。目前对矿山边坡的研究不仅仅是恢复为林地，还往往与土地复垦、土地开发相结合，将废弃矿山改造、开发成建设用地、旅游景观等。如上海深坑酒店、广州南湖国家度假旅游区的凤凰山水园、昆明世界园艺博览会艺术后山的景观再造工程等都是对废弃矿山恢复的成功案例，取得了显著的生态效益、社会效益和经济效益。

2 工作经验总结

露采高陡裸岩边坡进行主动防护与绿化具有三方面的主要特点：一是施工环境差，坡度过陡，不利于人工坡面操作；二是植物生长自然条件差，不适于直接栽种植物，不具备自然养护管理条件；三是与城市园林景观建设相比，工程项目投资低，设计与施工都不可能做到精耕细做。多年来，笔者承担过十余项矿山生态修复项目，大多成效显著，但也有失败的案例。工作中，主动防护与绿化设计既要考虑边坡稳定性，又要保证绿化效果，既要考虑方法的可行性、耐久性，又要考虑投入的经济性、产出比，常用的主动防护措施主要为削方、设置主动防护网，绿化方式主要为“燕巢、飘台法”、种植槽（植生孔）以及植被混凝土喷播、高次团粒喷播、绿地开架、挂双网喷播等。主要的工作经验有如下几点：

（1）高陡裸岩边坡的治理不是简单的削方工程，也不是单纯的种草复绿，而是需要考虑综合因素后进行系统修复。首先需要采取措施保证边坡的稳定性，然后结合立地条件选择绿化方式和植物进行复绿。

（2）每一种绿化技术都有它的适用性和局限性，可把不同的绿化技术组合使用，具体实施要随着现场施工遇到的问题不断创新。

（3）挂网喷播是常见的边坡绿化方法，主要优点是短期内即可产生绿化效果。不少研究机构与施工单位在相同原理的基础上，从防冲刷、基材及配比等方面开展研究，进而衍生出不同的方法，但工艺流程大体一致。

（4）在植物选择上，应该选用当地常见的乡土植物，因其适应当地环境，有助于恢复原有的生态系统；乔灌草藤的搭配、喷播草种的配比，都需要进一步的实地试验，得出最佳的生态比例；陡坡上草本植物容易枯萎、退化，但可作为先锋物种为常年生植物提供有机质，灌木具有更强的生长适应能力和固坡能力。

（5）绿化养护至关重要，特别是存活期养护需到位。对于边坡起伏不均的坡面，会存在植物长势不一致的现象。

3 主动防护与绿化影响因素

3.1 影响因素

露采高陡裸岩边坡主动防护与绿化的影响因素主要有立地条件以及物种选择，立地条件包括地质条件、土壤、气候与周边植被条件，其中地质条件包括边坡特征、构造、工程地质与水文地质条件等。

物种尽量选择乡土植物，鉴于高陡裸岩边坡土壤及水分条件差，为提高存活率，目的植物宜选择耐干旱、耐贫瘠、抗性强、根系发达的植物。

3.2 影响因子

主动防护具体影响因子可细分为坡高、坡度、坡向、坡体结构、岩性、岩石风化程度、裂隙发育程度、透水性等，对边坡稳定性影响较大的因子是边坡的坡高、坡度、坡体结构、裂隙发育程度。绿化的影响因子除以上外，还有边坡的粗糙度、土壤条件、气候条件以及物种，对绿化影响较大因子是边坡的坡高、坡度、土壤、气候条件以及物种，其中对植物生长最直接影响因子是土壤条件（土壤含水量、土壤养分含量、土壤孔隙度等）、气候因子（空气湿度、温度、光照强度等）。而露采高陡裸岩边坡基本无土壤，绿化只能靠人工客土换填或配制基质层。

笔者曾选定4处不同坡度和朝向的岩质坡面，每处坡面设置3种试验方案，主动防护采取主动防护网，绿化采取植穴法种植攀援植物、植生孔种植灌木、高次团粒喷播三种常见、且代表性强的方法开展了试验性应用。发现：植生孔种植的灌木生长不佳，达不到好的覆盖效果；高次团粒喷播见效快、对于65度以上的高陡裸岩边坡不适用，依然存在较为严重的基质干燥剥落、植被无法成活的问题；藤本植物地锦和迎春，地锦成活率高于迎春；同时采用种植藤本和喷播绿化时，宜先实施喷播，再种植藤本；周边野生的藤本植物生长速度快于种植的藤本植物。

3.3 一致性与矛盾性分析

一般情况下，裸岩边坡的坡度越高、坡度越陡，边坡的稳定性越差，主动防护越需加强，绿化越困难。岩石强度低、易风化的边坡，岩体裂隙发育的边坡往往稳定性差，但有利于植物的生长。岩石强度大、不易风化的边坡，岩体裂隙不发育的边坡稳定性好，但不利于植物生长，这些影响的一致性与矛盾性决定了方法的选取应先保证边坡的稳定，然后结合边坡特征、绿化需求，以及经济合理性来统筹考虑。

4 主动防护与绿化方法

根据上述国内外研究、经验总结、影响因素分析，针对露采高陡裸岩边坡适宜的主动防护与绿化方法如下：

4.1 主动防护

根据边坡破坏机理的不同，岩质边坡主动防护的方法有坡率法、锚杆加固法、锚喷支护、主动柔性网防护、砌体护坡、钢筋混凝土格构护坡、注浆加固法等。由于砌体护坡不适用高陡边坡，锚喷支护、注浆加固法不利于坡面后期绿化，故露采高陡裸岩边坡适宜的主动防护方法主要有下面四种，工作中亦可选取2种方法混用。

（1）坡率法：是在边坡整体基本稳定，局部欠稳定的前提条件下，根据允许坡率或工程类比值，通过分级削方控制坡高、坡度以及马道宽，以此进一步提高边坡的稳定性。坡率主要通过稳定性计算来核定，不宜超过允许值。该方法施工十分简便，成本较低，马道可作为绿化平台，但需具备放坡条件，且会造成边坡二次破坏，导致边坡裸露面积增大。

（2）锚杆加固法：主要是通过锚杆传递拉力，将一些不稳定的岩体与稳定岩体紧密联结，达到加固不稳定体的工程措施。该方法常用于欠稳定的高陡岩质边坡，最大优点是不用削坡，防治效果好。因受锚杆结构、施工技术与质量及防腐等因素的影响大，故该方法对设计与施工的要求很高。

（3）主动柔性网防护：是通过柔性防护网的作用抑制局部岩体移动或发生局部位移破坏后将其裹缚于原位附近，从而达到主动防护坡面的功能，实现对坡面风化剥落、溜滑或塌落类地质灾害的加固防护，适用于不存在结构性深层滑动面或大范围整体失稳可能性的高陡岩石边坡。该方法对边坡形态要求不高，对柔性网、钢丝绳的技术性能要求高，不破坏原有坡面，为开放系统，可为后期坡面绿化提供好的基础条件。

（4）钢筋混凝土格构护坡：主要针对稳定边坡易风化、剥落及浅层崩塌、掉块进行坡面防护，利用现浇钢筋混凝土进行坡面防护、加固，格构型式以方形、菱形、拱形为主。该方法具有格构形式多样、可随坡就势等显著优点，通常与锚杆（索）一起共同使用，提高自身与坡体稳定性。格构护坡作为坡面骨架，可在格构间直接堆置植生袋或先设置挡板再堆置植生袋进行坡面绿化，达到恢复植被、美化环境目的。该方法适用较广，具有较好的加固效果，见效快，缺点是工序复杂、施工要求高，成本很高。

4.2 绿化方法

受限于立地条件差，露采高陡裸岩边坡绿化不同于园林绿化，适宜的绿化方法有穴植法、缝植法或鱼鳞坑法、燕巢法（飘台法）、植生孔种植法、植生袋（生态袋）种植法、喷播六种。

（1）穴植法：主要用于马道平台、缓坡及坡脚，在种植穴或种植槽内回填土壤栽种乔灌木或攀援植物，坑穴尺寸与栽种苗木的种类、大小相关。种植方法与园林绿化一样，采用常规“三埋二踩一提苗”方法，但栽植的苗木需耐贫瘠、耐干旱。该方法施工简单、易成活、造价相对低廉。

（2）缝植法或鱼鳞坑法：是在坡体节理裂隙栽种乔灌木或攀援植物，苗木利用裂隙里的水、水蒸气以及矿物质存活、生长。该方法最大优点是后期不用养护，但局限性大，乔木宜为小乔木，整体效果较差。

（3）燕巢法（飘台法）：是利用边坡凸凹不平，人工修筑燕巢状种植穴或安置预制构件如同飘台，并放入土壤与肥料，供栽种的灌木或攀援植物成活与生长的方法。该方法依靠坡面有利的微地貌实施，呈零星点状，施工难度与安全风险大，后期养护困难、工程耐久性与绿化效果难以保证。

（4）植生孔种植法：是在坡面按照一定间距用潜孔锤钻孔，孔内回填土壤后栽种灌木或攀援植物，一般孔径0.1m～0.3m，间距1m，孔深0.5m左右，是一种较为传统的绿化技术。该方法操作较容易，应用较广，但绿化效果不长久。

（5）植生袋（生态袋）种植法：是通过机械设备将肥料、草种和保水剂按照一定比例拌合，采用特定的生产工艺放在聚丙烯人造纤维、无纺布袋内表层，袋内再填充土壤，堆叠在坡脚、平台或坡面上，种子从袋内表层发芽、长出，从而达到绿化效果。由于袋体寿命不长，一段时间后会降解，因此，该方法不适用汇水面积大的高陡边坡，常与格构护坡联合使用。

（6）喷播：是按照一定的配比均匀混合土壤、有机质、肥料及其他添加材料，通过专用设备喷射至边坡表面，形成苗木生长的载体，从而达到坡面绿化的效果。岩面光滑的边坡为利于喷播基质的附着，可采取设置支档或开凿坡面等措施。喷播方式主要有干喷法、湿喷法。适宜的喷播方法主要为团粒喷播、植被混凝土喷播、加筋生态基材喷播三种方法。

4.3 研究总结与方法推荐

（1）主动防护需从地层岩性，坡高坡度，节理、裂隙发育特征，坡向与地层产状、结构面的组合关系等方面进行稳定性分析。坡率法主要是通过分级放坡，降低坡度，预留马道达到坡体自稳。锚杆加固法是通过锚杆（索）将欠稳定岩体与稳定岩体连成整体从而避免崩塌。主动柔性网防护是利用柔性网将坡面浅层欠稳定岩体与整个坡面连成一体，增强坡面整体稳定性。钢筋混凝土格构往往与锚杆（索）结合，不仅起到护坡作用，而且坡面形成格构后有利于绿化。

（2）露采高陡裸岩边坡六种绿化方法中，穴植法、缝植法或鱼鳞坑法、燕巢法（飘台法）、植生孔种植法属点状绿化，多呈单株或簇状，只有集中连片后绿化效果才明显；植生袋（生态袋）种植法为线状绿化，呈条带、斑块状绿化；喷播为面状绿化，呈整体片状绿化，存活后效果显著。

（3）露采高陡裸岩边坡主动防护与绿化的组合方式主要有：坡率法+穴植法+喷播、或坡率法+植生孔种植法；锚杆加固法+缝植法、或锚杆加固法+喷播；主动柔性防护网+植生孔种植法、或主动柔性防护网+喷播；钢筋混凝土格构+植生袋（生态袋）种植法等。

（4）目的植物群落分为乔灌草型、乔灌型、灌木型、灌草型、草本型和攀援型，在一定程度上改变着小环境生态因子。其中草本型植物生长迅速、复绿快，但维护成本高、易退化，适用于立地条件好、持续养护管理的边坡。乔灌草型、乔灌型、灌草型群落结构中的木本植物多为抗性强、适应性强的乡土树种和水土保持树种，适用于立地条件恶劣、粗放型管理或不管理的边坡。

（5）亚热带季风气候带露采高陡裸岩边坡绿化，乔木宜选择刺槐、柏树、桑树、沙棘、酸枣；灌木宜选择紫穗槐、胡枝子、金银木、多花木蓝、荆条；攀援植物宜选择油麻藤、地锦、凌霄、金银花、常春藤；草本植物宜选择狗尾草、高羊茅、紫花苜蓿、白三叶、波斯菊。

5 建议

（1）露采高陡裸岩边坡主动防护与绿化方法既要考虑边坡稳定性，又要保证绿化效果，既要考虑方法的可行性、耐久性，又要考虑投入的经济性、产出比。

（2）总体上，露采高陡裸岩边坡的坡度越陡、坡高越大，主动防护与绿化的难度越大，适宜的技术方法越少，治理费用就越大，绿化效果越难以保证。

（3）解决坡面植物生长所需土壤条件与防冲刷之间的矛盾是喷播的一大难题。坡面上土壤越厚，对植物生长越有利，但抗冲刷能力越弱、越容易脱落；为增加与坡面的粘结，喷播所用的固化剂用量就越大，但基质越板结，对植物生长越不利。

（4）绿化后养护至关重要，特别要加强前三个月存活期的养护，可考虑喷灌、滴灌系统进行养护，并结合坡面覆膜起到保湿保暖、防冲刷的作用。后期还需加强追肥、病虫害、剪枝等管护工作。

（5）绿化难度系数大的高陡裸岩边坡，就算高投入，绿化效果的期望值也不宜过高，建议根据边坡的特征，在坡体稳定的前提下，充分利用微地形和坡体节理裂隙进行点缀式绿化，坡面以灌木、地被植物为主，坡脚与马道平台可考虑种植攀援植物，通过生态系统的自组织调节达到长期效果，亦可结合城市建设、旅游景点建设，通过打造人工瀑布、石雕石刻等美化生态环境。