談廢渣坡面細溝侵蝕防治工程措施

王 燾

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

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談廢渣坡面細溝侵蝕防治工程措施

王 燾

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

結合某采石礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理工程實例，對廢渣坡面整治暴雨季節(jié)遇到的細溝侵蝕問題進行了分析，探討了防治細溝侵蝕問題常用的工程措施，指出植被護坡工程、緩坡整理+截排水工程兩者相結合可有效解決細溝侵蝕問題。

廢渣坡面，細溝侵蝕，防治工程

2015年4月陜西中祥基礎工程有限責任公司接受扶風縣礦產(chǎn)資源管理辦公室任務，對喬山豐邑村、韓家窯村采石礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境開展了恢復治理工程。該項工程包含了廢渣堆治理和廢棄采坑治理內(nèi)容。廢渣堆治理過程中經(jīng)歷短時強降雨天氣，細溝侵蝕致使治理工程造成較大損失。扶風一帶現(xiàn)有大量廢渣堆亟待治理，且喬山山前歷來夏季多遭暴雨災害，細溝侵蝕成為廢棄礦山治理過程中急需解決的問題。細溝侵蝕問題的探討對后期同類型礦山地質(zhì)環(huán)境問題的治理勘查、設計、施工均有重要意義。

1 問題的提出

本項目所治理的采石礦區(qū)開采對象為碳酸鹽巖，其生產(chǎn)的產(chǎn)品為碎石，廢渣成分主要為碳酸鹽巖石粉、細砂、中砂、粗砂混少量粘土，粘聚力低，液限指數(shù)高。根據(jù)設計文件，廢渣坡面治理采用魚鱗坑栽植紫穗槐進行坡面復綠和植物防護。坡面治理工程結束后，復綠坡面經(jīng)歷了長達15 d的連陰雨天氣(小到中雨)，僅局部出現(xiàn)小規(guī)?；?，坡面整體穩(wěn)定性較好，紫穗槐生長狀況良好。

扶風喬山山前夏季突發(fā)強降雨多發(fā)，加之本年度整體降雨量較多，進入7月份，強降雨致渣坡坡面沖刷的問題凸顯。施工項目分別于7月14日，18日，23日經(jīng)歷了短時強降雨，暴雨造成的坡面淋流，對已恢復坡面造成較嚴重損失。其中7月18日晚10:10～10:30，降雨歷時20 min，降雨量達25 mm。廢渣坡面受降雨匯集沖刷，形成密集細溝，細溝寬10 cm～30 cm，深10 cm～40 cm，頻數(shù)2 條/m～5 條/m，下部沖蝕嚴重。細溝侵蝕對已栽植的紫穗槐破壞嚴重，致使紫穗槐根系裸露或直接被沖走。受損坡面上游來水被擋水土埂攔截，形成的淋流來源于坡面降雨匯集。

2 細溝侵蝕的主要影響因素分析

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：按照37°左右自然坡度整理的廢渣坡坡面，沖溝貫穿坡頂至坡底，沖刷程度向下增強；局部坡頂平緩部位，坡度20°左右，坡面沖刷輕微；較早栽植的紫穗槐，根系已較發(fā)達，基本形成根系網(wǎng)，對坡面有一定防護作用，侵蝕有所減弱。

綜合分析認為，影響細溝侵蝕的因素主要為以下方面：

1)短時降雨的降雨強度：當降雨量大于入滲量，將形成地表徑流，坡面漫流匯集成小股流水對坡面形成槽狀沖刷。降雨強度是細溝侵蝕的先決條件。2)土體的物理性質(zhì)：土體的液限指數(shù)、顆粒大小、粘聚力等決定了其抗侵蝕能力。植被生長對其有改良作用。3)堆積體坡度：堆積體坡度直接影響坡面水流匯集的速度、流量、流速。歐洲學者提出土壤上細溝發(fā)生的臨界坡度為2°～3°，砂壤土臨界坡度為6°～12°；國內(nèi)學者通過人工降雨實驗得到的土壤侵蝕臨界坡度為25°。據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，自然溝渠不沖流速一般為4 m/s，依溝渠土體性質(zhì)有所不同。在緩坡地上,薄層水流的速度通常不會超過0.5 m/s，故沖刷較輕。4)匯水面積：當?shù)乇韽搅餮仄旅媛鲿r,徑流匯集的面積不斷增大,同時又繼續(xù)接納沿途降雨,因而流量和流速不斷增加，到一定距離后,坡面水流的沖刷能力便大大增加,產(chǎn)生強烈的坡面沖刷,引起地面凹陷,隨之徑流相對集中,侵蝕力變強,地表上會逐漸形成細溝侵蝕。

3 細溝侵蝕防治工程措施探討

3.1 常用的防治工程措施

針對細溝侵蝕的以上影響因素，可采取以下工程措施進行防治：1)植被護坡工程：坡面密植深根系草、灌、喬，爭取在暴雨季節(jié)來臨前形成根系網(wǎng)，保護坡體；同時地表植被枝葉基本覆蓋坡面，對降雨形成植被截流。伴隨植被的生長，根系及冠幅發(fā)達，可逐漸減緩乃至消除細溝侵蝕現(xiàn)象。該措施優(yōu)點是施工便捷、成本低；缺點在于第一年植被生長緩慢，坡面防護往往不足以抵御細溝侵蝕，需要多次對坡面修復。本次施工的工程即是實例。2)緩坡整理+截排水工程：勘查中注意收集不同坡度渣坡面的細溝侵蝕發(fā)育情況數(shù)據(jù)資料，確定適合當?shù)亟涤陱姸?、渣土類型的堆積體坡度，將廢渣整理為緩坡(15°～25°)，橫向修筑馬道，馬道內(nèi)側設置簡易截排水溝，馬道及截排水溝間距可通過現(xiàn)場試驗確定。該措施優(yōu)點在于施工便捷，成本較低，可結合植被護坡工程以達到更好的效果；缺點在于整理緩坡要求足夠的場地面積。3)坡面小排水：即在細溝侵蝕坡面斜向交叉布設小排水工程，旨在減小匯水面積，通過截流減緩沖蝕。4)平鋪草皮護坡：通過人工在邊坡面鋪設天然草皮的一種傳統(tǒng)邊坡植物防護措施。具有施工簡單、工程造價一般等特點。適用于附近草皮來源較易、邊坡高度不高且坡度較緩的各種土質(zhì)及嚴重風化的巖層和成巖作用差的軟巖層邊坡防護工程，是設計應用最多的傳統(tǒng)坡面植物防護措施之一，但由于施工后期養(yǎng)護管理困難，平鋪草皮易被沖走，且成活率低，工程質(zhì)量往往難以保證，達不到滿意的邊坡防護效果。5)三維植被網(wǎng)護坡：該方法是利用活性植物并結合土工合成材料等工程材料，在坡面構建一個具有自身生長能力的防護系統(tǒng)，通過植物的生長對邊坡進行加固的一門新技術，常用于公路邊坡防護領域。根據(jù)邊坡地形地貌、土質(zhì)和區(qū)域氣候的特點，在邊坡表面覆蓋一層土工合成材料并按一定的組合與間距種植多種植物。通過植物的生長活動達到根系加筋、莖葉防沖蝕的目的，經(jīng)過生態(tài)護坡技術處理，可在坡面形成茂密的植被覆蓋，在表土層形成盤根錯節(jié)的根系，有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強度，減小孔隙水壓力和土體自重力，從而大幅度提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。其優(yōu)點是綠化見效快、防治效果好，施工簡便；缺點是成本過高。

3.2 常用的防治措施的適宜性討論

1)植被護坡工程、緩坡整理+截排水工程兩者相結合應用，施工便捷、成本低廉、綠化及景觀效果好，實踐證明其在礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理工程中較適宜。在場地滿足的條件下，應優(yōu)先考慮緩坡整理+截排水工程結合植被護坡，能取得較好的治理效果；如受場地面積限制，堆積體坡度不能放緩至細溝沖蝕臨界坡度，應盡量降低堆積體坡度，選擇適宜季節(jié)栽植，通過人工方法加快植被建植進度，力爭第一次暴雨季來臨時形成一定防護力。2)項目部選取一處坡面進行了坡面小排水方案試驗，暴雨過后，坡面修筑的建議水溝多段被沖毀或被預計，效果不明顯。筆者認為：渣土巖土物理力學性質(zhì)較差，渣坡面不適宜直接作為地基，處理地基、加固水渠將會增加成本，在其上部修筑截水溝適宜性差；沖積物會在截水溝淤積，損毀水渠；如坡度已確定，只能通過加密水渠密度達到防治沖刷目的，導致成本增大。故小排水方案在廢渣堆治理工程中適宜性較差。3)平鋪草皮后期養(yǎng)護難度大，易被沖走，成活率低，導致護坡最終成功率低；且其成本相對較高，對于礦山恢復治理工程適宜性差。4)三維植被網(wǎng)護坡是公路邊坡防治中常用的防沖刷方法，其治理效果好，但成本過高(每平方米綜合單價約為100元)。礦山恢復治理邊坡防護要求較低，以經(jīng)濟原則考慮，該方法適宜性差。

4 結語

扶風乃至渭北一帶石灰石采石礦山治理工程量巨大；喬山山前歷來夏季多遭暴雨災害，細溝侵蝕是廢棄礦山治理亟待解決的問題。根據(jù)目前常用的各種工程防治措施分析，結合扶風縣喬山豐邑村、韓家窯村采石礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理工程實例，植被護坡工程、緩坡整理+截排水工程兩者相結合可有效的解決細溝侵蝕問題，主要表現(xiàn)在以下方面：植被根系護坡，增加坡體穩(wěn)定性；植被冠幅截流，延緩成流過程；放緩坡度，降低坡面水流流速、截排水溝對坡面分割，分解匯水面積，降低匯流流量、流速。

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Discussion on preventive engineering measures of waste residue slope rill erosion

Wang Tao

(ChinaConstructionMaterialIndustryGeologySurveyCenterShannxiHeadquarter,Xi’an710003,China)

Combining with the geological environment recovery treatment engineering example of the mining mine, the paper analyzes the waste residue slope rill erosion problems in rainy season, explores common rill erosion preventing engineering measures, and finally points out that: it can effectively solve rill erosion problem by integrating planting slope protecting engineering with gentle slope treatment + intercepting drainage engineering.

waste residue slope, rill erosion, preventive engineering

1009-6825(2016)11-0073-02

2016-02-02

王 燾(1984- )，男，工程師

P694

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