植被混凝土技術在高陡邊坡生態修復中的應用
——以焦作某礦山地質環境恢復治理工程為例

程強

中化地質河南局集團有限公司，河南 鄭州 450011

礦山開采活動產生的高陡邊坡易引發崩塌、滑坡等地質災害，同時坡面因為缺少植被生長的基質條件而影響其生長。礦山地質環境恢復治理工作中的高陡邊坡治理，既需要保證邊坡的穩定性，也要考慮邊坡的植被恢復問題。

在高陡邊坡生態修復中，常用生態防護方法有：植被混凝土生態防護技術[1]、厚層基材噴射護坡技術[2]、客土噴播技術[3]、框格梁回填土技術[4]、三維植被固土網墊護坡技術[5]、打孔點穴綠化技術[4]等。其中，植被混凝土生態修復技術作為一種水泥基類生態修復技術，自問世以來已成功應用于全國抽水蓄能、礦山修復、公路交通等工程，具有長期穩定性、抗侵蝕沖刷性、養分固持、肥力可持續性等特點。該技術以水泥基生境基材為骨架和膠結材料，主要由土壤、水泥、生態改良劑、有機物料、有機肥以及植物種子等混合而成，是一種新型的半剛性生態護坡結構[7]。該技術在礦山邊坡生態修復中的應用修復效果較好[8]，在保證坡面穩定性的前提下，又能夠滿足植被生長的需求，從而達到生態修復的目的[9]。

1 研究區概況

研究區位于焦作市山陽區北部的太行山南麓，屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫14.3℃，年平均降水量576.5mm，地貌為構造溶蝕低山，巖性主要為灰巖，地下水主要為第四系松散孔隙充水含水層組。區內主要的礦山地質環境問題有：露天開采造成的山體破損、植被損毀、地貌景觀與土地資源破壞。露天開采產生的高陡邊坡存在崩塌、滑坡等地質災害隱患，植被損毀問題較為突出。

研究區邊坡坡度主要為60°～65°，局部可達80°，高度為5～20m，坡面巖體巖性為灰巖，坡面巖石節理裂隙不發育，巖體相對完整，坡體整體穩定。

2 邊坡生態防護方案比選

常見的邊坡生態修復技術（如普通客土噴播）能對坡度較緩的土質邊坡、軟巖邊坡和強風化巖石邊坡進行生態防護，可以達到一定的效果，卻均無法徹底解決工程建設中形成的高陡巖石邊坡或錨噴混凝土邊坡的生態修復問題。一般的方法短期綠化效果尚可，但一到兩年后，因其基材肥力枯竭而出現坡面植被退化甚至荒禿，并且由于基材粘結材料使用化學粘劑，降解后基材層強度低、抗沖刷能力差，發生剝落、滑塌，經暴雨水流沖刷，坡面修復層會發生結構破壞。

目前國內常用的邊坡噴播類生態修復技術主要有客土噴播、有機質噴播、團粒噴播和植被混凝土生態防護等幾種，現從技術原理、性能特點和應用范圍三方面，將國內的其他噴播技術與植被混凝土生態防護技術進行對比（表1）。

研究區邊坡坡度主要為60°～65°，局部可達80°，高度為5～20m。邊坡土壤基質較差，且冬季邊坡土壤存在明顯凍融現象，單純用種植土配制的生境基材難以滿足嚴寒環境對生境基材耐久性的要求。此外，經過實驗測定發現，用取樣種植土配制的生境基材速效養分含量、微生物碳氮水平、酶活性均偏低。若用種植土作為研究區邊坡植被恢復的基質，需對植被混凝土配方加以改進，并要求合理配置適宜寒冷地區生長的人工建植物種。針對生境基材在高陡坡面附著困難、易垮塌的問題，采用力學性能較好的植被混凝土作為生態防護基材，可使基材與坡面粘結為有機整體，降低基材滑移風險；針對基材中速效養分轉化能力弱、微生物水平偏低的問題，向基材中加入活化微生物菌劑，實驗監測基材肥力、微生物群落結構與植被生長情況，提出適宜的活化微生物菌劑摻入比；針對建植物種的選取，通過開展植被群落調查與優勢物種生理生態特征分析，確定擬采用的鄉土物種，結合生態防護常用先鋒物種，設置化感實驗優化鄉土物種與先鋒物種配置。

基于以上研究分析，并結合邊坡的實際條件，確定了植被混凝土生態修復的技術方案。

3 植被混凝土生態修復方案

3.1 方案設計

方案設計依據《水電工程陡邊坡植被混凝土生態修復技術規范》[10]（NB/T 35082-2016）。

（1）按照《規范》要求，在坡面布設錨釘和鋪設鐵絲網，使植被混凝土固定在坡面上。錨釘宜選擇熱軋帶肋鋼筋，錨釘直徑不應小于18mm，傾角宜為 5°～20°。本方案邊坡錨釘采用HRB400φ18 鋼筋，錨釘長度600mm，錨釘入巖500mm，傾角15°，錨釘采用梅花形布置，間距1m×1m，施工時根據坡面地質情況適當調整。局部塌陷區先以植生袋填充，以錨釘固定，錨釘入巖深度3m。局部臺階狀坡面在平臺處栽種灌木類植物。

（2）按照《規范》要求，鐵絲網料絲直徑不應小于2.0mm；網孔直徑宜為50～75mm。本方案鐵絲網采用14#鍍鋅鐵鐵絲網，網目5cm×5cm，鐵絲網的搭接長度不小于10cm，鐵絲網與錨釘、鐵絲網與鐵絲網之間用鐵絲綁扎。鐵絲網與坡面之間分段橫向填充植生袋，以保證鐵絲網與坡面的間距。

（3）噴植厚度依據《規范》中基層、面層噴植厚度要求，本方案坡面噴12cm 厚植被混凝土，其中基層厚10cm，面層（含有混合植物種子，物種的選擇以當地的植被群落為主，盡量多樣化，主要由草、花、灌木和喬木組成）厚2cm。植被混凝土生態基材配合比詳見表2，混合植物種子配合比詳見表3。

表2 邊坡植被混凝土生態基材配合比Table 2 Prescription of ecological basis material for the slope vegetation concrete

表3 邊坡混合植物種子配比（單位：g/m2）Table 3 Mixed plant seed prescription for the slopes （unit:g/m2）

3.2 施工工藝流程

植被混凝土生態修復方案施工工藝流程如圖1 所示，在施工過程中嚴格按照工藝要求進行。

圖1 植被混凝土生態修復方案施工工藝流程圖Fig.1 Construction process flow diagram of vegetated concrete ecological restoration scheme

（1）清理坡面

施工時先按設計要求削坡并自上而下清除坡面的松散體，清除后的坡面不得出現大的沖溝或負坡，局部負坡可采用生態袋填平，清除坡面孤石，對不能清除的應采取有效的工程措施保證孤石的長期穩定性，清理的坡面應平順，便于掛鐵絲網。對于?。ㄉ┩凛^厚的區域，待清理修整坡面后，撒有機肥，并用釘耙拉拌均勻，使植被混凝土基層下形成底肥層，增加植被所需養分。

（2）錨釘鉆孔

鉆孔直徑50mm；鉆進達到設計深度后，不得立即停鉆，必須在停止進尺的情況下，穩鉆1～2min；鉆孔不宜用水鉆進，應勻速鉆進，嚴格控制鉆孔速度，以防鉆孔彎曲變形，造成下錨困難。

（3）錨釘孔灌漿

灌漿前高風壓清孔；錨桿使用前應進行校直、除銹、除油處理；注漿用水泥為普通硅酸鹽水泥；骨料采用中細砂，粒徑不大于2.5mm，砂中含泥量按照重量計不大于3%，使用前過篩；水中不含有影響水泥正常凝結和硬化的有害物質；砂漿拌合均勻，一次拌合的砂漿在初凝前用完；漿體材料強度等級不低于M30；砂漿壓力參考值0.2～0.4MPa，同時應確保漿體密度；采用“先注漿后插桿”的程序安裝砂漿錨桿，先將注漿管插到孔底，然后退出50～100mm，開始注漿，注漿管隨砂漿的注入緩慢勻速拔出，孔內注滿漿液后開始插入錨桿，錨桿安裝后孔內應填滿砂漿。

（4）布設草繩（或植生袋）、掛鐵絲網

在清理、修整后的坡面上鋪設鐵絲網，鐵絲網與坡面的間距不小于9cm，并應隨坡面平順彎曲，必要時需用墊塊支撐，鐵絲網與鐵絲網的搭接長度不小于100mm，并綁扎牢固。在缺水地區，為保證灌木樹種的成活率，可在掛鐵絲網前，橫向布設直徑大于5cm 草繩（或植生袋），灌木樹種播種于草繩（或植生袋）中，使灌木種子在保水足肥的環境中生長，此種情況無需采用墊塊支撐就可保證鐵絲網與坡面間距。

（5）植被混凝土生態基材制備

制備混凝土生態基材由砂壤土、水泥、有機物料、生態改良劑和有機肥混合組成。種植土選擇研究區所在地附近原有地表（地表以下1m 以內）砂壤土，經風干粉碎過篩，土壤中砂粒含量不超過5%，最大粒徑應小于8mm，含水量不超過20%。水泥選用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥。有機物料采用酒糟或鋸末，在基材配置前進行自然發酵處理。

（6）基材噴植

在噴植基材前，在鍍鋅鐵絲網下部設置10*10*10cm3的巖棉墊塊，水平間距和豎向間距均為1.2m，巖棉墊塊表面開20mm 孔，并種植灌木草種；將制備好的基材用過空壓機送風、噴漿機噴射到鋪掛穩定的山體坡面上；噴槍口距巖面1m左右，分基層和面層2 次噴射，噴射時間間隔不超過2 小時，其中變坡基層厚10cm，面層（含植物種子）厚2cm。

（7）噴淋系統安裝

確定好進場水源，沿平臺和坡頂鋪設φ30PPR主管，沿基層坡面豎向鋪設φ20PPR 支管和旋轉塑料噴頭（旋轉塑料噴頭間距3m*3m）組成噴灌網系統，所有管道均高出坡面巖體至少13cm，噴頭牢靠固定在坡面上。

（8）無紡布覆蓋

在植被混凝土表層覆蓋14g/m2的無紡布，營造混合植物種快速發芽的環境，種植灌木部位無需覆蓋無紡布，應同坡面接觸緊密，防止風吹。

（9）養護管理

養護管理主要包括噴灌灑水、病蟲害防治和局部修復等措施。水分補充以噴灌方式進行，整個幼苗生長期不允許出現缺水現象；發現病蟲害及時防治防止蔓延。苗期養護為施工結束的0～60d，生長期養護一般為坡面噴射施工結束后的第61～365d。

4 修復效果分析評價

植被群落恢復程度是人工修復邊坡質量最直觀的一個評價指標。采用樣方調查并計算每個樣方內不同物種的重要值（Important value，IV）與群落物種多樣性指數、豐富度指數、均勻度指數。

4.1 植被群落物種組成

調查發現邊坡樣地包含植物種隸屬于12 科19屬（表4）。其中，禾本科植物和菊科植物物種數最多，表明禾本科植物和菊科植物比較適應該地樣地環境，在樣地植被恢復演替過程中起著比較重要的作用，調查中發現有部分本土物種入侵。

表4 人工修復邊坡植被群落物種組成與重要值Table 4 Species composition and importance values of vegetation communities on the artificially restored slopes

按照喬木、灌木、多年生草本和一年生或越年生草本生長型分類，統計樣地植被群落生長型組成，發現該樣地植物生長型呈現多樣化（圖2）。表明該噴播基材可滿足喬木、灌木、草本植物等生長需要。

圖2 人工修復邊坡植被群落物種生長型組成Fig.2 Species growth type composition of vegetation communities on the artificially restored slopes

4.2 植被群落物種重要值

植被群落的物種組成調查統計結果如上表4所示，本次植被調查的修復樣地共計包含植被種數19 種，群落均勻分布，聚集強度較低，優勢種為狗尾草、狗牙根和紫花苜蓿，重要值分別為33.65%、26.91%和19.35%。

4.3 植被群落物種多樣性指數

植被群落α 多樣性指數包括物種多樣性指數、物種豐富度指數和物種均勻度指數，分別從物種數量、物種個體差異和物種分布均勻程度三個方面闡述植被群落的多樣性水平。選用群落物種多樣性指數（Shannon-Wiener 多樣性指數SW、Simpson 多樣性指數SP、McIntosh 多樣性指數MI）、豐富度指數（Margalef 豐富度指數MA、Menhinick 豐富度指數ME、Monk 豐富度指數MO）、均勻度指數（Pielou 均勻度指數JSW、Alatato均勻度指數JA、Simpson 均勻度指數JS）來進行物種多樣性分析評價（圖3，圖4，圖5）。

圖3 人工修復邊坡植被群落物種多樣性指數Fig.3 Species diversity index of vegetation communities on the artificially restored slopes

圖4 人工修復邊坡植被群落物種豐富度指數Fig.4 Species richness index of vegetation communities on the artificially restored slopes

圖5 人工修復邊坡植被群落物種均勻度指數Fig.5 Species evenness index of vegetation communities on the artificially restored slopes

半年后經過對人工修復邊坡調查發現，植被群落Shannon-Wiener 多樣性指數、McIntosh 多樣性指數、Simpson 多樣性指數分別為1.14、0.36、0.42；Margalef 豐富度指數、Menhinick 豐富度指數、Monk 豐富度指數分別為1.05、0.38、0.01；Simpson 均勻度指數、Pielou 均勻度指數、Alatato均勻度指數分別為0.60、0.52、0.57；一年后人工修復邊坡植被群落Shannon-Wiener 多樣性指數、McIntosh 多樣性指數、Simpson 多樣性指數分別為1.37、0.45、0.67；Margalef 豐富度指數、Menhinick 豐富度指數、Monk 豐富度指數分別為1.24、0.41、0.02；Simpson 均勻度指數、Pielou 均勻度指數、Alatato 均勻度指數分別為0.76、0.64、0.70。各項指數隨時間推移均穩定增長，修復樣地植被生長整體呈正向演替。經1 年演替后狗尾草、狗牙根和紫花苜蓿成為該群落優勢物種，且河南大部分地域都具有該物種的存在，是本地常見的優勢物種。該樣地能在短時間能形成植物群落，起到穩固坡地、保持水土、改善生態環境的作用，植物生長狀況與其生境協調適應。

5 結束語

通過對研究區地質環境條件及邊坡特征進行分析，對比目前國內常用的邊坡噴播類生態修復技術，選定植被凝土技術對研究區邊坡進行生態防護。經過后期對邊坡噴植植被跟蹤調查和分析，發現研究區植被混凝土技術恢復的邊坡，植被群落物種組成較豐富。植被群落調查過程中共計出現植物19 種，隸屬12 科19 屬，優勢物種以狗尾草、狗牙根和紫花苜蓿為主。在經過1 年邊坡修復演替后，一年生或越年生草本在群落中占明顯優勢，占比63.16%，其次為多年生草本和灌木，分別占比15.79%和16.32%。該技術對研究區邊坡的生態恢復效果較好，切實可行，整體修復基材及植被構建可為以焦作為代表的華中地區坡面植被恢復和管理提供科學依據。