谈废渣坡面细沟侵蚀防治工程措施

王 焘

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)



谈废渣坡面细沟侵蚀防治工程措施

王 焘

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

结合某采石矿区矿山地质环境恢复治理工程实例，对废渣坡面整治暴雨季节遇到的细沟侵蚀问题进行了分析，探讨了防治细沟侵蚀问题常用的工程措施，指出植被护坡工程、缓坡整理+截排水工程两者相结合可有效解决细沟侵蚀问题。

废渣坡面，细沟侵蚀，防治工程

2015年4月陕西中祥基础工程有限责任公司接受扶风县矿产资源管理办公室任务，对乔山丰邑村、韩家窑村采石矿区矿山地质环境开展了恢复治理工程。该项工程包含了废渣堆治理和废弃采坑治理内容。废渣堆治理过程中经历短时强降雨天气，细沟侵蚀致使治理工程造成较大损失。扶风一带现有大量废渣堆亟待治理，且乔山山前历来夏季多遭暴雨灾害，细沟侵蚀成为废弃矿山治理过程中急需解决的问题。细沟侵蚀问题的探讨对后期同类型矿山地质环境问题的治理勘查、设计、施工均有重要意义。

1 问题的提出

本项目所治理的采石矿区开采对象为碳酸盐岩，其生产的产品为碎石，废渣成分主要为碳酸盐岩石粉、细砂、中砂、粗砂混少量粘土，粘聚力低，液限指数高。根据设计文件，废渣坡面治理采用鱼鳞坑栽植紫穗槐进行坡面复绿和植物防护。坡面治理工程结束后，复绿坡面经历了长达15 d的连阴雨天气(小到中雨)，仅局部出现小规模滑坡，坡面整体稳定性较好，紫穗槐生长状况良好。

扶风乔山山前夏季突发强降雨多发，加之本年度整体降雨量较多，进入7月份，强降雨致渣坡坡面冲刷的问题凸显。施工项目分别于7月14日，18日，23日经历了短时强降雨，暴雨造成的坡面淋流，对已恢复坡面造成较严重损失。其中7月18日晚10:10～10:30，降雨历时20 min，降雨量达25 mm。废渣坡面受降雨汇集冲刷，形成密集细沟，细沟宽10 cm～30 cm，深10 cm～40 cm，频数2 条/m～5 条/m，下部冲蚀严重。细沟侵蚀对已栽植的紫穗槐破坏严重，致使紫穗槐根系裸露或直接被冲走。受损坡面上游来水被挡水土埂拦截，形成的淋流来源于坡面降雨汇集。

2 细沟侵蚀的主要影响因素分析

现场调查发现：按照37°左右自然坡度整理的废渣坡坡面，冲沟贯穿坡顶至坡底，冲刷程度向下增强；局部坡顶平缓部位，坡度20°左右，坡面冲刷轻微；较早栽植的紫穗槐，根系已较发达，基本形成根系网，对坡面有一定防护作用，侵蚀有所减弱。

综合分析认为，影响细沟侵蚀的因素主要为以下方面：

1)短时降雨的降雨强度：当降雨量大于入渗量，将形成地表径流，坡面漫流汇集成小股流水对坡面形成槽状冲刷。降雨强度是细沟侵蚀的先决条件。2)土体的物理性质：土体的液限指数、颗粒大小、粘聚力等决定了其抗侵蚀能力。植被生长对其有改良作用。3)堆积体坡度：堆积体坡度直接影响坡面水流汇集的速度、流量、流速。欧洲学者提出土壤上细沟发生的临界坡度为2°～3°，砂壤土临界坡度为6°～12°；国内学者通过人工降雨实验得到的土壤侵蚀临界坡度为25°。据经验数据，自然沟渠不冲流速一般为4 m/s，依沟渠土体性质有所不同。在缓坡地上,薄层水流的速度通常不会超过0.5 m/s，故冲刷较轻。4)汇水面积：当地表径流沿坡面漫流时,径流汇集的面积不断增大,同时又继续接纳沿途降雨,因而流量和流速不断增加，到一定距离后,坡面水流的冲刷能力便大大增加,产生强烈的坡面冲刷,引起地面凹陷,随之径流相对集中,侵蚀力变强,地表上会逐渐形成细沟侵蚀。

3 细沟侵蚀防治工程措施探讨

3.1 常用的防治工程措施

针对细沟侵蚀的以上影响因素，可采取以下工程措施进行防治：1)植被护坡工程：坡面密植深根系草、灌、乔，争取在暴雨季节来临前形成根系网，保护坡体；同时地表植被枝叶基本覆盖坡面，对降雨形成植被截流。伴随植被的生长，根系及冠幅发达，可逐渐减缓乃至消除细沟侵蚀现象。该措施优点是施工便捷、成本低；缺点在于第一年植被生长缓慢，坡面防护往往不足以抵御细沟侵蚀，需要多次对坡面修复。本次施工的工程即是实例。2)缓坡整理+截排水工程：勘查中注意收集不同坡度渣坡面的细沟侵蚀发育情况数据资料，确定适合当地降雨强度、渣土类型的堆积体坡度，将废渣整理为缓坡(15°～25°)，横向修筑马道，马道内侧设置简易截排水沟，马道及截排水沟间距可通过现场试验确定。该措施优点在于施工便捷，成本较低，可结合植被护坡工程以达到更好的效果；缺点在于整理缓坡要求足够的场地面积。3)坡面小排水：即在细沟侵蚀坡面斜向交叉布设小排水工程，旨在减小汇水面积，通过截流减缓冲蚀。4)平铺草皮护坡：通过人工在边坡面铺设天然草皮的一种传统边坡植物防护措施。具有施工简单、工程造价一般等特点。适用于附近草皮来源较易、边坡高度不高且坡度较缓的各种土质及严重风化的岩层和成岩作用差的软岩层边坡防护工程，是设计应用最多的传统坡面植物防护措施之一，但由于施工后期养护管理困难，平铺草皮易被冲走，且成活率低，工程质量往往难以保证，达不到满意的边坡防护效果。5)三维植被网护坡：该方法是利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料，在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统，通过植物的生长对边坡进行加固的一门新技术，常用于公路边坡防护领域。根据边坡地形地貌、土质和区域气候的特点，在边坡表面覆盖一层土工合成材料并按一定的组合与间距种植多种植物。通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的，经过生态护坡技术处理，可在坡面形成茂密的植被覆盖，在表土层形成盘根错节的根系，有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度，减小孔隙水压力和土体自重力，从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。其优点是绿化见效快、防治效果好，施工简便；缺点是成本过高。

3.2 常用的防治措施的适宜性讨论

1)植被护坡工程、缓坡整理+截排水工程两者相结合应用，施工便捷、成本低廉、绿化及景观效果好，实践证明其在矿山地质环境恢复治理工程中较适宜。在场地满足的条件下，应优先考虑缓坡整理+截排水工程结合植被护坡，能取得较好的治理效果；如受场地面积限制，堆积体坡度不能放缓至细沟冲蚀临界坡度，应尽量降低堆积体坡度，选择适宜季节栽植，通过人工方法加快植被建植进度，力争第一次暴雨季来临时形成一定防护力。2)项目部选取一处坡面进行了坡面小排水方案试验，暴雨过后，坡面修筑的建议水沟多段被冲毁或被预计，效果不明显。笔者认为：渣土岩土物理力学性质较差，渣坡面不适宜直接作为地基，处理地基、加固水渠将会增加成本，在其上部修筑截水沟适宜性差；冲积物会在截水沟淤积，损毁水渠；如坡度已确定，只能通过加密水渠密度达到防治冲刷目的，导致成本增大。故小排水方案在废渣堆治理工程中适宜性较差。3)平铺草皮后期养护难度大，易被冲走，成活率低，导致护坡最终成功率低；且其成本相对较高，对于矿山恢复治理工程适宜性差。4)三维植被网护坡是公路边坡防治中常用的防冲刷方法，其治理效果好，但成本过高(每平方米综合单价约为100元)。矿山恢复治理边坡防护要求较低，以经济原则考虑，该方法适宜性差。

4 结语

扶风乃至渭北一带石灰石采石矿山治理工程量巨大；乔山山前历来夏季多遭暴雨灾害，细沟侵蚀是废弃矿山治理亟待解决的问题。根据目前常用的各种工程防治措施分析，结合扶风县乔山丰邑村、韩家窑村采石矿区矿山地质环境恢复治理工程实例，植被护坡工程、缓坡整理+截排水工程两者相结合可有效的解决细沟侵蚀问题，主要表现在以下方面：植被根系护坡，增加坡体稳定性；植被冠幅截流，延缓成流过程；放缓坡度，降低坡面水流流速、截排水沟对坡面分割，分解汇水面积，降低汇流流量、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 焘(1984- )，男，工程师

P694

A