免客土喷播技术在矿山排土场的应用

金凌霄，吴婷婷

（1.兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000；2.马克菲尔（长沙）新型支档科技开发有限公司，湖南 长沙 410000）

随着绿色矿山建设以及生态修复的呼声越来越高，矿山裸露边坡、排土场边坡、尾矿库封场边坡等工程的生态绿化要求越来越高，生态绿化狭义就是对边坡进行植被恢复，且植被恢复的目的就是遏制生态环境恶化，改善脆弱生态系统、防止水土流失和生态系统退化。但传统的格构梁、护坡骨架等圬工防护结构在矿山复杂地形情况下不仅施工困难、进展缓慢，而且许多边坡表面松散，圬工防护结构施工后易出现底部掏空、局部滑塌等病害，不能保证防护的可靠性；而传统的客土喷播绿化方案也可能存在如下问题：①在广泛的石漠化严重区域，表土资源极其缺乏，就近取土来源成为问题，或者需要远距离取土。②开挖取表土会破坏取土点周边环境，特别是对生态脆弱区的影响极大，属于“挖东墙补西墙”。③取土、运土过程中带来的大气、路面环境污染。运土一定程度上受城管、交管部门的管制影响。④堆土导致底层土壤板结，微生物活性降低。大量底层土无法使用造成浪费[1]。

在实际工程应用中，矿山排土场主要为土石混合类边坡，该类边坡的特点是适合植被生长的土壤颗粒少，往往呈现质地砂化、有机质含量偏低的特点。同时坡体松散，容易受到径流冲刷发生破坏。

此类边坡若想达到预想的绿化效果，基于已有边坡防护方案存在的缺陷，工程界亟需引荐新的绿化防侵蚀技术。基于土石类边坡坡底土体的性质，从边坡土体改良、播种植生需求、防侵蚀控制要求等方面引入了免客土喷播绿化技术。该技术在四川某有色金属矿山排土场的成功实施为其在高陡土石类边坡中的应用提供了有效支撑。

1 免客土喷播技术介绍

1.1 免客土的概念

免客土技术的概念是相对于客土植生技术而言，即不以人工土壤作为主要的播种介质和生长介质的植生技术。

值得加以区别的是，免客土技术不等同于无土栽培技术，免客土技术强调的是不用客土，而是对边坡既有的表层岩土进行充分的利用或改良。

1.2 免客土方案介绍

实现免客土技术的主要材料为土壤增活有机基质和高性能生态基材。

1.2.1 土壤增活有机基质

土壤中的有机质是分解变质的产物，可降低粘性土的紧实度，改善砂土和粉土的结构，保持营养和水分。稳定的腐殖质混合物具有许多阳离子或更高的阳离子交换量。低有机质意味着低阳离子交换量和N缺乏，胁迫长期植物健康。

理想的土壤一般需要含3%-5%的有机质才可保证植被的最优生长。而在实际工程应用中，一般的土石边坡或工程类土质边坡，表层土体中的有机质含量均低于1%。这个也是为什么我们在土石类边坡采用客土喷播绿化的原由。

其中土壤增活有机基质可以让土壤与有机质所具有的生物活性水平大幅提升，伴随植被的覆盖和之后营养成分的循环进而让土壤架构产生变化。辅助构建土壤的A与O层，创造植被再次生长的环境，加快植被的恢复速度。在土壤所包含的成分发生一定变化的基础上，为植物创造优良的生长条件。促进植被快速生长，维持长期有效的植被成坪效果。

图1 土壤增活有机基质

1.2.2 高性能生态基材

播种植生层是指将植被种子（树木种子、花朵种子、草种子）亦或植被的组成部分（比如茎、比如芽）等通过一定的处理之后与水融合在一起，且添加科学比重的专业配料（主要包含纸浆、保水剂、肥料、木纤维覆盖物、粘合剂、色素等），经过喷植机的充分拌合，依托高压泵体的作用，将种子喷播到坡面亦或地面的一种先进的栽种植物的方式。

其中高性能生态基材为标准化生产的天然无害组合配方喷播材料，其构成要素有生长促进剂、高分子聚合物、精细热致木纤维、微孔颗粒、互锁的人造纤维、保水基等，与种子混合后利用液力喷播方式施工，能在坡面构成对种子进行匀称包裹的有利于植物发育的纤维毯，在改进土壤条件、保持土壤水分与温度、增快植被发育、增强根系发展等方面有显著优势，进而取得迅速成坪的理想的绿化成效。

图2 高性能生态基材

1.3 防侵蚀技术

我们的防侵蚀技术的主要材料为加筋麦克垫，属于物理防护。加筋麦克垫[2]属于防护产品，具有突出的抗侵蚀功能，其是利用抽丝热粘工艺把双绞合六边形钢丝网与聚合物网丝粘合在一起的强度大并且富含空隙的土木工程材料，其中六边形双绞合钢丝网有较为突出的抗拉性能，可以担负比较陡峭的坡面表土下降的力量和本身的重量，另外和规格相同的单绞合钢丝网比较，这种钢丝网的网面强度更大，总体性能更优良。植物发育的初期，将加筋麦克敷设在坡面，第一时间做好防护，保护土壤不受风雨的影响，避免坡面表层土在植被发育以前流失；植物发育之后，根系的发展能够提升稳固性，让其能够对更陡峭的坡面进行保护，并对坡面径流的流动速度进行控制，另外还会形成不带有任何人工雕琢痕迹的边坡外观[3]。由于这种土工复合材料相对高的粗糙度和通透性，其表面允许流水带来的沉淀物的自然沉积，给植物生长提供了一个很有利的条件。

图3 加筋麦克垫

2 工程案例

2.1 项目背景介绍

四川某有色金属矿山排土场初始启用于七十年代末，设计容量1000×104m3，填土占地面积约136554m2，堆渣体体积约560×104m3，最大填土厚度110m，边坡坡面面积67832m2，最终该排土场剩余废石、废土约440×104m3，排土场顶标高约2120m，底标高约1856m，堆积体高度约264m。

由于各种原因，导致该排土场坡面未采取工程措施治理，雨季时在坡肩处易出现局部滑塌和受坡面水冲蚀。严重影响当地环境和企业未来的发展。为有效解决上述问题，使得该矿山实现可持续发展，该矿山企业会同地区人民政府对该有色金属矿山原来的历史遗留问题进行综合治理。

边坡周边原始植被繁茂，以灌木和地被植物为主。蒸发量大于降水量；紫外线强烈，昼夜温差大，地温低；氧气稀少，干燥多风；冬季持续低温干旱。砂石多、土质差、保水差，不利于植物成活。土壤粘粒较少，缺乏粘性，在雨季容易受到雨水径流冲刷形成冲沟，由于山势高陡，侵蚀现象越发严重。地势崎岖，养护难度高。

2.2 边坡设计理念

充分利用土石边坡自身强度，采用分级放坡与排水工程相结合，保证边坡在分级放坡以后整体稳定性达到规范要求，充分结合绿色矿山的理念，把边坡治理思路与生态文明建设有机结合，采用免客土喷播绿化技术开展边坡植被恢复，快速恢复土石边坡植被，充分利用后期植物根茎与加筋麦克垫形成的盘根错节生物网络进行固土，阻止边坡表层滑塌，绿化边坡，减少或尽可能不使用结构性阻滑工程对边坡坡面进行约束，在美化环境的同时最大程度节省工程投资。

图4 工程布置平面图

图5 工程刚实施完后俯视图

图6 施工完后1年半效果

2.3 后期绿化

立足于功能维度，目标植物群落[1]能够分成：①稳定性突出的群落：主要是依托高大植被构成的具有显著防灾性能的群落；②与周边环境融合的群落：可以对景观进行有效维护与让周边环境的以改进的群落；③有利于自然环境恢复的群落：能够较快生态恢复的进程；④对工作量进行管控的群落：对资金与作业情况进行管理的群落。

因此此次矿山排土场绿化目标以草灌结合为主，在前期，利用草本植物发芽快的特点进行边坡绿化，后期以灌木为主形成长期稳定的边坡效果。

3 免客土喷播方案优势

3.1 抗侵蚀能力强

性能突出的生态基材构成的覆盖层可以避免土颗粒被风刮走，或者被降水冲刷掉，而且本身对于风雨有很强的抵御水平。加筋麦克垫对坡面侵蚀防护有极大的提高，不仅能抵抗风雨的侵蚀，还能抵抗较小汇水径流对基材和表土的冲刷，植物生长后与之形成的组合防护层使得防护能力进一步加强。

3.2 植被恢复速度快

方案中使用的植被生长促进剂包括有大量的腐殖酸、土壤渗透剂，和有利于土壤肥力提升的微生物，可以提升土壤渗透水平与水分保持水平，加快营养物质吸收与转化的速度。其的明显成效是减短种子的出芽时长，增快根系发育和提升植被成长为坪的效率。

3.3 施工便捷快速

加筋麦克垫采用人工摊铺和固定，施工效率高，缓坡人均一个工作日可完成200平米，陡坡减半。基材喷播绿化采用先进的设备进行施工，机械化程度高，标准化工作效率高，天气、供水、交通条件满足情况下一台机器一个工作日可完成3000平米。

3.4 施工质量易控可靠

加筋麦克垫为国家专利产品，生产参数严格把控，产品出厂合格证明并有标签可追溯生产环节。基材组合材料在生产单位依照恰当的比例混合且进行包装，包装环节对于运送和储存期间不对材料造成任何程度的毁坏进行了深入考量，现场打开便能够立刻使用，不用添加其他物质，防止工人素养良莠不齐造成的质量差别问题产生。施工的过程中喷播设施把材料完全搅拌，而且材料有自身独特的颜色，能够防止用料不够的问题发生[4]。

4 结论

免客土喷播绿化技术与常规的绿化护坡方式相比具有适用范围广、结构安全性强、耐冲刷、寿命长、施工便捷、生态环保等优点，值得在土石类、贫瘠类边坡中进行大范围的推广，是一种更轻型化、标准化的技术手段。因此在植被恢复技术的选择上，有条件的边坡优先选择免客土技术，重视加强防侵蚀技术。