1. 引言
随着经济的快速发展，石材需求量越来越大，带动城市周围石场的广泛兴起。石场通过挖山取石，破坏了当地植被，遗留下大量的裸露山体缺口，不仅影响城市景观，还导致生态环境恶化，严重威胁了居民的生命财产安全 [1] [2] [3] [4]。众多案例表明，对高边坡采取及时有效的防护与治理措施是非常重要的。若对高边坡处治不当，极易使其因失稳而形成滑坡，一旦出现滑坡，其所造成的经济损失和社会影响是相当严重的，且其后期的治理也相当棘手。因此，采石场的生态重建受到广泛重视，成为恢复生态学研究的重要内容之一 [5]。
众多实践表明，边坡工程是公路建设和山区城镇建设的重大课题，已经引起各方面的高度重视。对边坡工程开展系统深入研究，主要涉及工程措施 [6]、恢复演变 [7] [8]、土壤改良 [9] [10] 等，并取得了一定成效。提出切实可行的解决方法、解决途径和解决对策，这将具有重大的社会经济效益和工程理论价值。
裸露的边坡具有以下特点：一是边坡表面土壤、水分以及有机质缺乏，水土流失程度严重，自然条件下植被极难恢复；二是治理难度大，治理措施的技术含量高，治理投入大；三是大面积裸露山体将影响局部生态环境的健康发展，影响区域植被间的信息以及能量等流通，同时容易发生滑塌、滚(落)石等地质灾害，给人民群众的生命及财产安全带来极大的隐患。
治理这些裸露的边坡，我们一般采用了浆砌石、锚喷支护等加固的方法，但采用这类方法加固的边坡往往呈现出一片毫无生气的灰白色，并往往让人感到沉闷。按照可持续发展和环境保护的观点，就必须要对这些裸露的边坡进行生态修复。而裸露边坡的生态修复则是项系统的、综合的过程，是一项集岩土工程学、植物学、土壤学、恢复生态学、水土保持学和景观生态学等诸学科于一体的综合性的科学技术，它既需要保证裸露山体的稳定性、安全性，又能逐步建立起一个健康、稳定、可持续的生态系统。
经过10年实践，“绿水青山就是金山银山”科学论断引发的生态红利和生态理念在中国大地裂变出强大正能量。在绿水青山中受益的老百姓由最初的要我做变为我要做，并迸发出更大的生态自觉。
人改变了环境，环境又反过来改变了人。从最初的被动做到今天的主动，如今矿山复绿工程就是绿水青山就是金山银山的最佳佐证。
2. 工程地质概况
2.1. 工程概况
某矿区地形为中山地形，地势较陡，地貌为峰丛谷地地貌，矿区海拔标高117.86~342.77 m，相对高差224.91 m。该采石场矿山采用自上而下的分台阶露天开采。矿山经过多年的开采，已开挖至标高217 m平台，狗头山现状开采边坡整体呈三角形，坡脚高程为217.20 m，坡顶标高为328.50 m，高差111.30 m，边坡坡脚长320 m，坡向239˚，整体坡度50˚，目前，边坡已开采形成7个台阶平台及8个台阶边坡，其中，马道平台整体较为平坦，宽度2.4~11.8 m。8个岩质边坡坡度较陡，坡度在50˚~76˚，高11.1~15.5 m，为中~微风化灰岩，边坡节理较裂隙发育(见图1)。矿区还将继续往下开采。本次边坡治理与生态复绿设计与施工为217 m高程以上采矿边坡。山体开采边坡裸露面积约21,547 m2；开采边坡斜坡上有危岩体6处，体积约399.1 m3，危岩带5处，体积约为1400 m3。山体未破损处生长有灌木丛，植被覆盖率约60%~70%；经开采后，矿区内的开采面基岩出露，无植被覆盖。
2.2. 场地地质环境条件
项目区出露的地层有第四系(
)残坡积黏土，下伏基岩为上泥盆系上统(D3)灰岩。
第四系(
)黏土：分布在石灰岩山脚下的平缓坡地，黄–黄褐色，土体较致密，偶见裂隙，有光泽，摇振反应无，干强度高，韧性高，土质较细腻均一，局部为含砾黏土，底部略呈花斑状。该层主要分布于项目区山脚下平缓坡地，厚度小于20 m。本次治理边坡未有该层土出露。据地区建筑经验，该层土重度为1.8 g/cm3；内摩擦角f在13˚~18˚间，黏聚力C在15 kPa~80 kPa间，压缩系数Es在0.11~0.21 MPa−1间。根据实地调查，除山脚积存有较厚的残坡积土层外，山坡多为陡壁，土壤只零星分布于岩沟或岩隙中，呈褐黄色或黄褐色，有机质含量丰富，据采集的标本分析结果，表土最高达26%，一般也在6%以上，有良好的团粒构造，质地系为粘壤质，呈微酸性–微碱性反应，土壤PH值6.6~7.8，就土壤的醋酸钠溶液分析结果，土壤中可溶性铝质含量特低，而可溶性钙、镁、磷、硝酸态氮的含量都较丰富。
泥盆系上统灰岩(D3)：大面积分布在矿区内的山体处，呈单斜层状产出，倾向320˚~360˚，倾角25˚~32˚。按单层厚度和颜色等特征划分为上、下两段。
1) 下段(D31)：位于未分上泥盆统(D3)的下部，岩性以灰~深灰色厚层状泥粉晶灰岩为主，夹少量灰白色白云岩。岩层呈单斜层状产出，厚层状结构，块状构造，层间结合紧密，层面较清楚，倾向320˚~350˚，倾角25˚~32˚，下部相对上部较缓，由上而下渐缓的变化规律较为明显，一般产状335˚∠27˚，产状较稳定。该层未见底，控制厚458 m。
2) 上段(D32)：位于未分上泥盆统(D3)的上部、石灰岩山体的北部，以灰–深灰色厚层状泥粉晶灰岩为主；底部为灰色中厚层状泥粉晶灰岩。岩层呈单斜层状产出，厚层状结构，块状构造，层间结合紧密，层面较清楚，倾向320˚~360˚，倾角28˚~32˚；下部相对上部较缓，一般产状346˚∠30˚，产状较稳定。该层控制厚100 m。底部的灰色中厚层状泥粉晶灰岩作为标志层与其下部的下段(D31)地层分开，呈整合接触关系。
矿区地层呈单斜层状产出，产状较稳定，320˚~360˚∠25˚~32˚，未见明显的褶皱、断裂构造，节理裂隙发育程度较低，以张性为主，部分为剪切，节理走向以北东向为主，局部为北西向，节理面近直立，一般地表张开，部分充填粘土和碎石，部分为方解石脉充填，深部大部闭合或由白色方解石脉和黄褐色铁泥质胶结。
该矿层及其底板呈单斜层状产出，倾向320˚~360˚，倾角25˚~32˚，产状较稳定，单层厚度以厚层为主，少量中厚层，层理较清楚，单层间结合紧密牢固。矿石坚硬性脆，部分为方解石脉充填，敲击呈贝壳状断口。岩矿石均未风化蚀变。矿石抗压强度平行层面62.8~79.1 MPa，平均71.3 MPa，垂直层面57.3~84.0 MPa，平均71.6 MPa，岩石重度约2.6 t/m3。
项目区内地下水以接受大气降水补给为主，地下水类型为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙溶洞水；各类型地下水沿各自的赋存空间自高处向低处运移。受项目区地形影响，地下水接受大气降水补给后，迅速向斜坡下部运移。松散层孔隙水多以沿岩土界面运移，一部分进入溶蚀裂隙、溶洞和地下岩溶管道补给碳酸盐岩岩溶裂隙溶洞水。矿区地下水埋深在130 m标高以下，该层地下水沿溶隙、溶洞运移，向西侧运移，最终排泄于西侧的右江中。
2.3. 矿区植被生长情况
矿区地处亚热带，原生性的森林植被为亚热带常绿阔叶林，主要由樟科、壳斗科、茶科、金缕梅科、木兰科等树种所组成，青冈栎、化香、荷木、马尾松等也是森林中的重要组成树种。矿区的自然植被丰富，绿化美化树种资源众多，可根据不同的自然条件与树种生态习性，进行树种的合理布局，充分发挥本地树种资源优势。
右江河岸以丛生竹类为主，还有枫杨、乌桕等落叶阔叶乔木等，竹类与落叶树共同组成河岸主要植被景观。
草丛由低山丘陵旱生草地、四旁地杂草草地和田埂杂草草地组成。其中低山丘陵旱生草地种类有黄背茅、臭根子草、水蔗草、画眉草、鸭嘴草等；四旁地杂草草地种类有蜈蚣草、狗牙根、黄茅等；田埂杂草草地种类有马唐属、牛鞭草属、雀稗属、狗尾草属及蟋蟀草、棕叶茅等。
根据现场调查，矿山现状开采边坡原始山体植被覆盖率在60%~70%之间；植被以株高小于3 m的龙须藤、石山榕、红叶继木及竹节草为主。
3. 研究区难点及主要问题
矿山生态环境存在诸多问题，矿业开发在带来巨大财富的同时，也产生了许多负效应。可大致划分为以下四大种类。
1) 地质灾害问题。某矿山开采基本为露天开采，采用斜坡式作业，致使开采后形成的残留边坡陡峭、近乎直立，坡面高度最大高差达110米，宕口四壁因采掘而变得参差不齐，裸露的危岩、险石众多，部分开采面为顺层开采，且有软弱夹层分布，崩塌、滑坡极易发生。
2) 破坏地下水资源。采矿使地下水均衡系统得到破坏，导致部分区域地下水、地表水渗漏，有的地区地下水位下降达几米甚至数十米，造成大面积疏干漏斗，引起地表严重缺水，影响农作物生长，进而影响到人们的生产和生活，引发了许多经济和社会问题。
3) 破坏地貌景观。矿山开采对山体和自然景观破坏严重，如大量建筑石材露天开采，造成森林植被破坏，基岩裸露，使得昔日青山绿地成为荒山秃岭，尤其在交通干线和城市周边的露天矿山开采，产生许多负面影响。
4) 废弃物污染。这是矿山开采过程中最为常见的一种污染方式，矿石有质量高低之分，开采过程中无可避免地会产生大量废渣、废石，为节省成本，相关工作人员往往选择就地遗弃。更别提我国大量小矿山并未配备排石产和尾矿库，损耗严重。
该矿山现存主要问题为露天开采后遗留的大量危岩、险石治理，及后续该区域生态植被复绿。
4. 危岩治理方案
1) 人工清除：对危岩采用人工清除对坡面碎石进行人工搬运清除，要求在施工阶段对整体坡面全部进行碎石清理，防治松散细碎的岩石下落形成小型崩塌，威胁下方施工人员及机械设备。对勘查中的WY1~WY6共6处危岩，总体积399.1 m3采用人工清除处理。
人力锤击楔裂法主要是针对危岩带或者体积较大，底部失去支撑且基本与母岩分离的危岩体。如危岩体积大、底部无支撑，采用主动网或被动网均无法有效的网固或拦截，因此，采取人力锤击楔裂法施工，操作简单，一劳永逸。从危岩体顶部自上而下逐层往下钻眼、破碎、清理岩块，将清除后的危岩块放置于安全地带，防止次生灾害的发生。危岩清除后对原位置或者周围岩体存在的影响岩体稳定性的裂缝进行裂缝封填。
为保证安全和便于施工，应搭建脚手架及工作平台，脚手架顶部应高于工作平台1.5 m以上且应超过危岩体顶部。工作平台应采用钢管紧靠危岩体搭建，与危岩体地不应在同一个平面，且与山体、脚手架可靠连接并成封闭状，底板和四周应采用符合安全要求的材料进行满铺，防止碎裂岩块的冲击和下落。工作平台钢管与山体之间应采用地锚连接。应将清理下的碎石人工搬运至山脚，禁止直接抛石。
人工清除前应对危岩体进行临时防护网防护。临时防护网宜采C20长2 m的临时锚杆(灌注C20细石砼)在危岩体四周按间距2.0 m进行布设，再以f12钢丝绳连接GPS2钢丝网覆盖于危岩体上进行临时防护。在临时防护网布设后，使用大锤锤击的方法使危岩通过楔裂作用而开裂、解体。岩体开裂后宜采用风镐、大锤解小，并搬运至安全地带。
2) GPS2型主动防护网：在边坡上5处危岩带(边坡破碎面)，采用GPS2型主动防护网加固。要求先搭建脚手架对边坡松动岩体清除，坡面修顺，再进行锚杆施工，锚杆水平及竖向间距均为2 m，边坡锚杆长3 m (端头设弯钩0.4 m)，成孔孔径为110 mm，锚杆为钢绳2f16，锚杆与水平方向夹角取15度，锚固段要求进入中–微风化岩不小于1.00 m，采用一次注浆工艺，全孔灌注M30水泥浆，灌满为止。
在危岩带四周(特别是两侧)按已施工好的锚杆间距，用冷拔低碳钢Φ18 mm钢绞线(钢丝绳)与两侧锚杆绕危岩体捆绑锁紧，同时用GPS2主动网固结包裹(图2)。
Figure 2. Dangerous rock active protection net
图2. 危岩主动防护网
3) 锚杆 + 挂网喷砼护坡：边坡底中部岩溶发育区域已被黏性充填满，在遇到强降雨时，局部发生塌方，本次设计采用锚杆 + 挂网喷砼护坡。要求先对已塌方溶洞充填物进行清除，坡面修整保持坡面平顺，再搭建脚手架进行锚杆施工，锚杆水平及竖向间距均为3 m，边坡锚杆长3 m (端头设弯钩0.4 m)，成孔孔径为110 mm，锚杆为HRB400f25钢筋1根，锚杆与水平方向夹角取15度，采用一次注浆工艺，全孔灌注M30水泥浆，灌满为止。
锚杆施工完毕后进行挂网喷射砼。钢筋网片为HPB335型Φ8@200 × 200，在与锚杆头双面焊接处加横纵向增加两根加劲筋(HRB4000型) f14，与锚杆头焊接牢固，按水平和竖向间距2.00 m布设f50 mm泄水孔，喷射C20混凝土，厚度为100 mm。经测量计算，坡面清理方量561.84 m3，锚杆根数为184根，挂网喷砼面积为1872.8 m2。
5. 生态复绿设计
坚持科学发展，最大限度地避免或减轻采矿活动引发的矿山环境地质问题，减少对地质环境的影响和破坏，减轻对地形地貌景观的影响和破坏，最大限度地修复矿山地质环境。恢复狗头山的绿水青山面貌，为当地提供良好的生态环境，使当地经济科学、和谐和可持续的发展，努力达到一个安全、卫生、舒适的生活环境并造福于后人。
矿区已开采形成7个台阶平台及8个台阶平台边坡，其中，台阶平台整体较平坦，宽度2.4~11.8 m，表层覆盖有0.3~0.5 m土层，但碎石含量较高，约占20%~40%，不利于植物生长，可采用拦土埂 + 覆土复绿，8个台阶边坡坡度较陡，主要为中~微风化灰岩，边坡局部节理裂隙发育。考虑到造价与施工工艺及以后的维护问题，本次矿山边坡生态复绿采用马道平台拦土埂 + 覆土复绿与边坡V形槽(槽式复绿) + 挂网喷播复绿。
1) 坡体台阶拦土埂 + 覆土复绿
拦土埂 + 覆土复绿布设在马道平台上，平台整体较为平坦，宽度2.4~11.8 m，覆盖有厚约0.3~0.5 cm的碎石土，碎石含量较高，不利于植物生长，故本次设计选择在平台布设一道拦土埂，之后于拦土埂内覆土种植植物。
拦土埂距离马道平台外边缘2.0 m，放好线后人工开挖0.3 m宽的基槽，挖深0.3 m (在此深度内遇灰岩的不必再挖)，然后进行水泥砖墙砌筑，水泥砖尺寸240 × 115 × 90 mm，强度等级10 MPa；采用M10水泥砂浆砌筑，墙厚240 mm，拦土埂高出平台地面0.5 m；砖墙与基槽间空隙采用碎石土回填夯实。
拦土埂砌筑完后进行马道平台覆表土，覆表土厚度0.50 m，之后于拦土埂内种植榕树系列灌木、种植爬山虎三角梅攀爬植物、并喷播小灌木草籽。
2) V形槽复绿
主要用于开采场陡立采面修复，在每一级坡体中部通过岩锚 + 现浇钢筋砼板于岩壁上布置V形板槽，于V形板槽内覆土种植攀爬植物及喷播草籽绿化。V形板锚杆设主锚杆及水平拉结锚杆，均采用HRB400钢筋，主锚杆采用f25钢筋@1.00 m，锚入完整岩体不少于1.0 m，外露段长0.70 m；水平拉结锚杆采用f14钢筋@5.00 m，锚入完整岩体不少于0.6 m，外露段要求拉结到V形板外侧主筋上且弯钩进主筋不少于300 mm；所有锚杆孔径为f90，采用锚杆钻机成孔，锚固用砂浆强度等级M30，所有锚杆需在孔中间布设。局部遇边坡凹凸不平的V形板外缘尽量平整，适当调整锚杆长度，局部增加V形板宽度，以平齐美观为前提。V形板厚80 mm，出挑700 mm，板与水平方向夹角约50˚，板内水平分布筋采用5根HRB400f14钢筋，通长布筋，与主锚杆筋焊接连接；水平通长筋下方配置竖向筋，采用5根HRB400f14钢筋，在两个主锚杆筋间按@250布设，长L = 700 mm，与水平筋焊接连接。水平拉结锚杆筋与横向钢筋单面焊接连接。每道V形板采用支模浇灌C20砼。V形槽在覆土前在槽内铺上1.0 mm HDPE土工膜用以涵养水源，土工膜接口搭接不少于30 cm，土工膜应以包裹覆土范围为宜；V形槽与马道平台间边坡挂绿色钢塑土工格栅网以供爬藤植物攀爬，采用膨胀螺栓(I型M16 × 175，锚入完整岩100 mm，打孔孔径22 mm；纵横向间距@2.0 m)支撑土工格栅网，膨胀螺栓与土工格栅交叉处用15号铁线绑牢固。V形槽与马道平台间边坡为了达到良好的绿化效果，要求边坡存在的凹槽及裂隙因地制宜填入混入草籽的表土，种籽配比：狗牙根10 g + 黑麦草10 g + 紫穗槐3 g + 多花木兰3 g；26 g/m2，使边坡达到良好的复绿效果(图3)。
Figure 3. Slope V-groove and step planting groove
图3. 边坡V形槽及台阶种植槽
3) 植物种植
采用栽植方式进行复绿，V形槽沿槽中按间距0.5 m爬山虎、龙须藤、三角梅(三者交互种植)；槽内土壤撒播一些草、灌木种子，种子含量26 g/m²，配比：狗牙根10 g + 黑麦草10 g + 紫穗槐3 g + 多花木兰3 g。马道平台：靠岩壁侧及靠拦土埂侧按间距0.5 m种植爬山虎、龙须藤、三角梅(三者交互种植)；槽中布设一排小乔木，采用间隔2 m种植1株的方式布置石山榕、铺地榕、小叶榕等小乔木(按照每4平方米一株)。槽内土壤撒播一些草、灌木种子，种子配比为：狗牙根10 g + 黑麦草10 g + 紫穗槐3 g + 多花木兰3 g (每平米26 g)。
宜优先选用株高不超过40 cm的带根幼苗，当采用种条扦插或压条的方式栽植时，种条宜从1~3年生枝条的中下段截取，长度宜根据生根快慢控制在10~20 cm，并保护好种条顶端的第一个侧芽或顶芽(图4)。
Figure 4. Planting with soil cove on the steps
图4. 台阶覆土种植
6. 灌溉系统设计的方式比选
高效节水灌溉现有的灌溉模式主要分为低压管道灌溉、喷灌和微灌，下面主要从节约用水角度和最经济角度对低压管道灌溉、喷灌和微灌这三种形式进行方案比较，见下表1。
Table 1. Comparison and selection of low-pressure pipeline irrigation, sprinkler irrigation and micro-irrigation
表1. 低压管道灌、喷灌和微灌方案比选
由表1可知，微灌是管网供水，操作方便，劳动效率高，而且便于总控制，因而可明显节省劳力，同时微灌是局部灌溉，大部分地表保持干燥，肥料和药剂可通过微灌系统与灌溉水一起直接施到根系附近的土壤中，不需人工作业。微灌系统管理简单，操作方便，不需要太多的人力物力即可完成高效节水的灌溉目的。本次灌溉系统采用微灌系统。
7. 灌溉系统总体布置
本矿区灌溉管道系统采用阶梯式管道铺设如图5，该灌片灌溉面积21,547 m2，水源为矿区的生活区的市政自来水，本工程拟采用二级提水方式，即设计两座梯级泵站来满足灌溉用水需求，用于复绿工程治理灌溉用水。一级泵站位于水源点附近，水源接自矿区预留的市政自来水管，新增一台加压泵，通过干管3 (DN100，壁厚4.5钢管)沿着上山公路埋设至复绿工程的边坡脚的水池3供水，在水池3的位置新建一个泵房，新增两台加压泵，分别加压后通过两条不同的管子向水池2和水池1供水，即干管2 (DN75，公称压力为0.8 MPa的PE管)向水池2供水，干管1 (DN63，公称压力为0.8 MPa的PE管)向水池1供水，当水被引至高位水池之后，再通过自流向灌溉系统的配水管供水，本次设计配水管分三级，即主管、支管和供水末端，这三级管网形成梳齿状管网。根据业主要求及现场踏勘研究决定，本次设计采两种灌溉方式，即马道平台采用微喷灌溉，岩质边坡采用滴灌的灌溉，因为该项目区面积较小，又加上采用两种灌溉方式，故本次设计就分为两个轮灌组——马道平台的微喷为轮灌组1，岩质边坡的滴灌为轮灌组2。本次设计的系统输配水干管尽可能的沿现有道路布置。
8. 结论
1) 采石场边坡生态复绿需依山就势、因地制宜进行。如对边坡的修整避免大挖大填，对危岩及岩溶发育区的治理可灵活采用清除、锚杆挂网喷砼支护或主动防护网的方式进行处理，所采用的处理方式本着安全、经济、易于施工、避免灾害扩大的原则采用。
2) 对高陡石灰岩采石场边坡以自然复绿为主，尽量利用台阶及缓坡进行复绿，对陡坡的裂隙发育区、凹坑发育区可采用挂网喷播草籽或穴种草籽的方式进行复绿，适当增加V形槽种植爬藤类植物；其余的高陡边坡可采用挂网下方种植爬藤类植物攀爬绿化。
3) 高陡石灰岩矿山生态复绿是一个值得探讨的课题，如何能像天然的石山那样长出茂盛的植被且生生不息，如何让喷播的混合土能牢固的黏在岩壁上不怕风吹雨淋，如何能让种植的绿植茁壮成长，如何能保证养护期过后绿植仍生生不息，都将是今后值得研究的课题。
致谢
感谢华润集团公司资金支持！