伴随着经济发展, 近年来废弃矿坑不断增多, 不仅造成大量土地资源浪费, 而且对周围生态环境造成重大破坏。传统边坡修复工程往往只注重边坡的安全性和可靠性, 对绿化景观、生态恢复重视不够。为实现可持续发展、保护环境, 将这些废弃矿坑进行合理改造形成景观资源, 成为急需解决的问题。

南京牛首山文化旅游区工程佛顶宫地上4层、地下6层, 位于废弃的矿坑内, 底部至山体顶部高差达150m, 坡度70°, 矿坑高边坡展开面积约6万m², 为实现废弃矿坑的边坡治理与生态恢复, 中建八局开展系列研究和应用, 通过采用预应力锚索、格构梁、锚墩复合结构进行矿坑加固, 利用平整、咬花、雕刻、喷色、景观覆盖等工艺设置塑石假山实现了废弃矿坑边坡生态修复, 并在此基础上, 经过提炼形成关键技术, 为今后类似工程施工提供借鉴。

1) 采用塑石假山对山体外露的格构梁、锚墩进行地形塑造、覆土植树等, 使恢复后的环境尽量接近自然。

2) 根据格构梁、锚墩的承载力和塑石假山的质量, 经过计算确定覆盖面积和尺寸大小;采用在山体格构梁、锚墩上植入膨胀螺栓后, 通过与槽钢、角钢相互焊接连接形成骨架, 将细的圆钢弯折焊接、捆扎形成造型。

3) 钢锚梁施工避开锚索框架, 不规律逐层穿梭延伸, 钢锚梁施工后, 配以塑石假山、培土绿化, 栽培灌、乔木等, 改善坡面环境及生态。

4) 在造型钢筋面层和内层分别覆盖钢丝网, 用扎丝扎牢, 用于喷射塑石水泥形成面层。

5) 撒播各种细土粒、大块泡沫至未凝固塑石水泥表面, 待塑石水泥凝固后, 抠除泡沫、用水冲出土粒, 再用印、拉、勒等手法形成石头力感、楞角、节理等效果。

6) 根据所需岩石色泽打底后, 采用不同颜色的矿物颜料加白水泥、适量的胶配制石头色泽, 通过多遍喷涂为塑石着色。

7) 塑石假山覆土后, 移植灌、乔木及爬藤、草等植物实现绿化景观及生态恢复要求。同时在边坡面育树种草、保护坡面, 减少坡面物质的流失量, 调节坡面水流, 削减坡面径流量, 增加坡体的抗冲蚀能力, 防止水土流失, 保护生态环境。

施工工艺流程如图1所示。

采用现浇混凝土格构梁、预应力锚索、锚墩复合结构对矿坑山体进行加固。施工工序:测线定位→开挖梁槽、基底砂浆调平→钢筋制作安装及锚头结构绑扎→模板制作安装→浇灌混凝土→拆模→养护。

1) 测放网格梁槽线, 采用机械或人工进行网格梁沟槽开挖。

2) 横梁模板侧模、底模采用18mm厚胶合板, 侧模、底模内格栅采用45mm×80mm木方;竖梁基础采用240mm砖胎模, 竖梁采用三面支模, 增加面层模板, 支撑体系采用扣件、钢管、可调托撑与纵、横向爬坡架相连接支撑。

3) 纵、横梁钢筋绑扎时, 主筋沿梁通长布置, 纵、横受力钢筋在节点处绑扎, 锚索孔位处适当调整钢筋布置, 如图2所示。

4) 锚索框架梁施工至一定标高后施作锚墩:用风钻在锚索孔周围坡面上对称打孔4个, 插入20骨架钢筋并固定, 将钢绞线束穿入导向钢管并把导向钢管插入孔口, 焊接钢筋网并固定于骨架钢筋上, 将垫板牢固焊接在钢筋骨架上, 安设好补浆管、排气管后, 浇筑混凝土, 如图3所示。

根据坡面测放锚梁孔位后, 人工安装固定钻机, 利用搭设的简易拔杆和手动葫芦进行机位调整:机械就位水平误差控制±50mm, 高程误差控制±100mm, 倾角误差控制±1.0°, 方位误差控制±2.0°。

1) 钢锚梁采用方钢制作而成, 下料前对孔深进行测量, 水平梁下料以孔深加外露段为准, 斜撑梁分段下料, 分为孔深长度及与水平梁连接段长度, 如图4所示。

2) 用钢尺量出锚固段长度, 在此区域内四面焊接锚钉, 完成后对自由段按要求涂刷防腐涂料。

3) 核对锚孔编号, 将加工好的钢锚梁抬至相对应的孔位区域, 锚梁体采用简易拔杆结合手动葫芦调整安装, 安装时在孔口分段对焊连接, 在接缝处四面用同规格钢板绑贴满焊焊接, 连接时梁体应处在同一轴线上, 如图5所示。

采用工字钢制作连系钢梁, 下料前对各区段每组钢锚梁之间的距离进行测量, 将下好的料转运至相对应的区段部位。在钢锚梁上做好标记, 将工字钢连系钢梁安置于标记处后焊接连接。

钢锚梁及连系钢梁拼装、焊接完成, 焊接位置做表面处理后, 整体涂刷底漆及喷涂面漆。

依据建立的三维地形模型, 深化设计方案、确定塑石景观面积、分布区域、单块大小及与矿坑体周边景观协调性等, 确保尺寸比例准确、位置合理、造型自然, 如图6所示。

根据格构梁、锚墩的承载力和树池、土壤的最大覆土高度、植物的质量计算确定塑石骨架的最大尺寸。取最大的塑石骨架利用理正岩土软件按重力式挡土墙进行相应的滑动稳定性、倾覆稳定性、地基应力及偏心距、墙底截面强度验算;同时按最大塑石骨架内的护坡梁净尺寸, 对骨架内的钢梁按最不利两端简支梁计算最大弯矩, 从而确定骨架内钢梁的截面参数及布置数量;最后根据山体格构梁的轮廓、走势, 锚墩的大小、间距, 造景要求等确定塑石假山的造型。对于形状变化大的复杂山体造型, 骨架按需要进行加密, 如图7所示。

按照设计的山体形状位置、高低起伏变化、假山体量大小, 采用槽钢及角铁等材料形成骨架, 按假山造型构造将φ6钢筋弯折焊接制作成不同的凹凸变化, 钢筋交叉点用电焊焊牢, 所有山体骨架均为一体式焊接而成, 倚靠并固定在工字梁上, 如图8所示。

为挂牢喷射的直塑水泥形成面层, 在造型钢筋面层和内层分别覆挂钢丝网。依照钢筋网格的高低起伏逐块绑扎固定, 再根据设计山体质感纹理的造型要求进行局部敲压修整处理。钢丝网选用φ0.3mm, 4mm×4mm孔的电焊网, 扎丝为20号冷铁丝, 钢丝网要与造型钢筋贴紧扎牢, 不能有浮动现象。

采用邦得士S-1喷射砂浆和喷浆机, 运用研发的专用抹刀机具找平、拉毛, 进行机械喷涂, 循环3遍, 面层完成厚度≥150mm, 砂浆应挂满整个网面。挂浆施工完24h后进行不间断喷水养护。

按照山体的初步造型, 对洞穴、断层、石质、纹理用切、凿、塑等方式进行细部造型处理。反复观察、边塑边改, 使各部位达到自然山石的质感效果和天然景观的艺术效果。

撒播各种细土粒、大块泡沫至未凝固塑石水泥, 待塑石水泥凝固后, 抠除泡沫、用水冲出土粒, 采用印、拉、勒等手法形成石头的丰富造型、力感、楞角, 采用特殊钢丝刷刷出石头肌理、节理效果。

1) 山体着色前应浇水湿润, 但不能有水迹, 以免流浆, 配制水泥色浆前按各种颜色的配合比进行小样配制并刷样块, 小样经过确认后方可实施。

2) 依照设计要求的基本色调用颜料粉和水泥加水拌匀, 逐层洒染, 选用不同颜色的矿物颜料加白水泥再加适量的107胶配制而成, 每层完成后均要待其干透再进行下一层的着色, 至少经过4层着色处理, 以保证整体色调耐久、稳定、均匀和逼真。

3) 采用喷浆泵进行大面积着色, 上色应分出山体的阳光面和背阴面的色泽深浅度, 并在凹皱处从上往下注入一定量的特深色浆, 自然往下渗流, 增加山石的自然感效果。

4) 对GRC塑石假山的整体着色进行微调、完善, 并强化明与暗、高与低、深与浅的美化处理, 使完成后效果融入周边环境, 达到浑然天成的效果。

利用起重机将土吊运至塑石假山内树池及局部面层, 覆土厚度根据坡面凹凸面不同有效控制;接着移植灌、乔木及爬藤、草等植物。绿化使用的苗木经过层层筛选, 采用成活率高、适合当地生长的苗木, 如泰山松、女贞、龙柏、小叶水蜡、朴树、速铺扶芳藤等植物材料。藤类植物有利于将野生草本和灌木连片, 增强坡面绿化防暴雨能力, 同时减少坡面覆土的流失, 实现绿化景观及生态恢复要求。

1) 根据逃生通道附近边坡的形状位置、起伏变化, 在格构梁上制作自然凹凸变化的塑石假山景观营造、装饰。

2) 将角钢按一定间距与踏步龙骨焊接作为扶手骨架, 横向采用角钢连接, 采用铁丝网加塑石水泥对面层进行包裹找型、细部处理, 配制颜料对扶手、栏杆着色、做旧, 形成古香古色的树皮纹理效果。

1) 格构梁、锚墩施工时, 模板应带线支设, 确保横平竖直;钢筋接头位置满足设计要求;混凝土浇筑人工运料, 加强振捣, 施工缝处应凿毛、接浆处理, 浇筑完毕后及时洒水养护。

2) 塑石假山造景所用的材料, 如喷射砂浆、钢型材和钢丝网等, 应按设计要求选购, 并应符合现行的材料标准规定;材料进场均应检查, 检验合格后方可使用。

3) 钻孔时, 保证孔位、孔向、孔斜、孔径、孔深等参数在误差允许范围内;注浆时, 严格控制浆液拌制、过程压力变化满足规范、设计要求。

4) 锚固段存在裂隙破碎带等地质缺陷时, 采用全孔道固结灌浆处理。对渗水量较大的锚孔, 安装钢锚梁前, 对锚梁孔进行二次高压劈裂注浆处理。

5) 钢结构涂料按涂装配套要求采购, 涂料应有规定的国家法定检测机构的涂料检验证书, 保证合格的涂装材料用于工程涂装施工。涂装后, 如发现有气泡、凹陷洞孔、剥离生锈等, 将漆膜刮除并经表面处理后, 予以补漆。

6) 主次龙骨骨架及找型钢筋的焊接质量应符合钢结构焊接规范要求, 焊接施工完后应对整体骨架及找型钢筋节点处做防锈和防腐处理。

7) 山体着色材料, 如白水泥、107建筑胶水、颜料等, 应根据体量大小计算出材料用量, 一次性采购同一厂家生产的同批号材料, 确保山体着色的基调统一。

8) 建筑胶水应选用无色水溶性胶结剂, 固化物含量为10%~12%, 相对密度为1.05, p H值为7~8。

9) 配制水泥色浆应采用正规厂家生产的络化类水溶性颜料, 受潮或结块的颜料不得使用。

10) 要结合塑石假山施工工艺需要, 配备专用抹平铲、钢凿、毛刷、喷浆机和手动喷筒等工具。

南京牛首山文化旅游区佛顶宫地处废弃矿坑内, 强风化凝灰岩、破碎带及尾矿渣堆积体多, 地质条件复杂;通过采用预应力锚索、格构梁、锚墩复合结构加固后, 利用研发的骨架造型+塑石雕刻、喷涂+景观营造与覆盖的生态覆绿技术, 实现了废弃矿坑边坡灾害治理及地形地貌恢复、环境景观营造与覆绿;既快速消除了地质灾害隐患, 保证了风景名胜区内整体景观的协调, 达到了工业矿坑废弃地环境更新、生态恢复、文化重建、经济发展的目的, 又为今后类似废弃矿坑生态治理再利用提供了借鉴与参考, 同时符合我国大力提倡发展节能环保建筑及矿山灾害治理覆绿再利用的政策导向, 具有广泛的推广应用前景。