蜂巢格室技術(shù)在工程方面的應(yīng)用概述

李吉成

摘 要：蜂巢格室是一種新型的高強(qiáng)度土工合成材料，是采用高分子納米復(fù)合材料是一種經(jīng)超聲波針式焊接而后形成的具有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的格室系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)體系能夠伸縮自如，在運(yùn)輸過程中可折疊，在施工過程中可張拉成具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的立體網(wǎng)格，當(dāng)填入混凝土、碎石、殘?jiān)?、泥土等物料，能形成一種具有大剛度和強(qiáng)大側(cè)向限制力的結(jié)構(gòu)體。其具有良好的力學(xué)性能、地形適應(yīng)性、長期耐久性、環(huán)保性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于邊坡防護(hù)、穩(wěn)固路基、河道治理、水土保持及生態(tài)修復(fù)等方面。

關(guān)鍵詞：蜂巢格室；柔性結(jié)構(gòu)；坡面防護(hù)；穩(wěn)固路基

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，各類工程建設(shè)層出不盡，生態(tài)環(huán)境破壞越來越嚴(yán)重，其中邊坡失穩(wěn)、滑坡、崩塌等災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重危害著當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)安全。近年來，在加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，促進(jìn)自然景觀恢復(fù)的環(huán)境下，礦山修復(fù)、邊坡生態(tài)治理等如火如荼的進(jìn)行，但是考慮到人與自然的可持續(xù)發(fā)展，需要考慮的治理方式有待進(jìn)一步探討。

為了有效進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，從上世紀(jì)50年代起，針對(duì)由于工程建設(shè)所產(chǎn)生的裸露坡面的綠化工程技術(shù)進(jìn)行了探索，形成了以植被修復(fù)為主，工程措施為輔的裸露坡面治理思路，也成為了防治水土流失的最有效的手段[1]。此外，研究表明，采用機(jī)械噴播的方法將具有種子、肥料等的基質(zhì)噴灑到坡面上，形成具有一定后的植生層，該植生層不僅具有抗水流侵蝕的能力，而且可以為植物的生長提供來一生存的土壤條件，從而促進(jìn)植被的恢復(fù)，形成自然植被的坡面保護(hù)層。

目前，國內(nèi)較為常用的邊坡治理技術(shù)主要包括兩大類：工程防護(hù)與生態(tài)防護(hù)技術(shù)。生態(tài)防護(hù)技術(shù)中不僅包括單純的植物防護(hù)技術(shù)，而且還包括植被與工程相結(jié)合的復(fù)合防護(hù)技術(shù)。而常見的工程防護(hù)措施包括：有漿砌片石護(hù)墻、三合土抹面、擋土墻、掛網(wǎng)噴錨、噴混凝土、抗滑樁等。常見的植被防護(hù)措施則主要包括：液力噴播防護(hù)技術(shù)、客土噴播防護(hù)技術(shù)、三維植被網(wǎng)防護(hù)技術(shù)等 [2-5]。

目前護(hù)坡工程應(yīng)用最火的土工材料當(dāng)屬蜂巢格室，此蜂巢非蜂巢，他是根據(jù)普通土工格室研究出更直接更有效的一種新型的蜂巢格室。我國從九十年代初開始進(jìn)行研究，在吸收國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開始了對(duì)蜂巢格室的開發(fā)及研究工作，并在固定松散介質(zhì)、道路基床防治等方面取得了重大突破[6]。蜂巢格室是一種新型的高強(qiáng)度土工合成材料，是采用高分子納米復(fù)合材料經(jīng)超聲波針式焊接而成的一種三維立體網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。

1 蜂巢格室技術(shù)原理

其基本原理的關(guān)鍵是“三維限制”，將變形集中在三維的空間內(nèi)，由于蜂格的柔性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以承受外在荷載及所引起的變形。

這是由于當(dāng)荷載作用在地基表面的時(shí)候，依據(jù)泰勒和普朗特爾理論可以得到：在集中荷載作用下，地基的主動(dòng)區(qū)受壓后下沉，同時(shí)將作用向兩側(cè)進(jìn)行分解并傳遞給過渡區(qū)，然后再傳給被動(dòng)區(qū)，因此，被動(dòng)區(qū)就很容易在力的作用下發(fā)生形變進(jìn)而隆起。

在集中載荷的作用下，主動(dòng)區(qū)受力后仍然會(huì)將所受到的外力傳遞給過渡區(qū)，但是由于格室側(cè)壁的限制和臨近格室之間的反作用力、格室壁與填料之間的摩擦力形成的橫向阻力，從而抑制了被動(dòng)區(qū)和過渡區(qū)橫向移動(dòng)，結(jié)果是使路基承載能力得到了提高。經(jīng)過檢測(cè)和試驗(yàn)，在格室相互之間的限制作用下，中密砂的粘聚力可增加30多倍。這也說明，通過增加路基材料整體的抗剪力或抑制主動(dòng)區(qū)、過渡區(qū)和被動(dòng)區(qū)三個(gè)區(qū)域的移動(dòng)可以有效提高地基承載力，這就是蜂巢格室的基本原理。

2 蜂巢格室的特點(diǎn)

蜂巢格室材料具有良好的力學(xué)性能。蜂巢格室具有很高的耐熱老化性能，在經(jīng)過熱氧化試驗(yàn)之后，在70℃條件下其拉伸屈服強(qiáng)度可下降30%，使得其使用壽命可達(dá)50年以上，適合于不同填筑材料。具體特點(diǎn)如下：

（1）良好的力學(xué)性能，具有較高的承載能力和良好的動(dòng)力學(xué)性能，抗沖蝕能力強(qiáng)，在較高的側(cè)向限制作用下，可以使得整個(gè)結(jié)構(gòu)防滑、防變形，從而有效地提高路基承載能力以及分散荷載作用的能力。

（2）柔性結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)地形的輕微起伏，可適應(yīng)一定的不均勻沉降，最大限度地保留自然形態(tài)的地形，結(jié)構(gòu)安全性好，且工程痕跡少；

（3）節(jié)能環(huán)保：可就地取材，使用當(dāng)?shù)夭牧匣蛘叩统杀镜牟牧献鳛楦袷姨盍希苌偈褂没炷?，從而可大幅度降低材料費(fèi)用以及可能的運(yùn)輸費(fèi)用，進(jìn)而降低成本；

（4）生態(tài)美觀：填充合適的填料，可種植不同的植物，外形美觀，景觀性好；

（5）用工量少，不需要特別的機(jī)械設(shè)備，施工中連接簡單易行，施工工藝簡單，工程效率高，且可以反復(fù)使用；

（6）耐久性好：其材質(zhì)較輕，具有良好的耐磨性，化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，耐老化性、耐酸堿腐蝕性能良好，可保證其使用的長期耐久性。

（7）蜂巢格室的高度、長度、寬度、焊炬都可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

3 蜂巢格室技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

蜂巢格室旨在解決坡面表土穩(wěn)定與保護(hù)、陡坡土體穩(wěn)固、硬質(zhì)駁岸生態(tài)修復(fù)等問題，在公路生態(tài)擋墻、河道硬質(zhì)駁岸修復(fù)、各類土質(zhì)的地基穩(wěn)固、高陡邊坡防護(hù)等方面。

（1）用于承載重力的生態(tài)擋墻

根據(jù)尺寸要求，可以從下到上形成一層堅(jiān)固的外墻壁面，可以與回填土牢固的結(jié)合在一起，形成一個(gè)完整統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體。在遇到傳統(tǒng)的一些重力結(jié)構(gòu)無法使用的情況下，格室的填方可采用就地取材，從而大大降低了工程成本。

（2）河道硬質(zhì)駁岸修復(fù)、河道河岸綜合治理

三面立體方格可以加強(qiáng)填方的強(qiáng)度，有效防止水土流失，增加其載重能力，從而可以減少河道治理的施工成本。

（3）各類土質(zhì)路基穩(wěn)固

其中包括處理半填半路基、風(fēng)沙地區(qū)路基、臺(tái)背路基填土加筋、多年凍土地區(qū)路基、黃土濕陷路基處理、鹽漬土、膨脹土路基穩(wěn)固。

在地面自然坡度徒于1：5的斜坡上修筑路堤時(shí)，利用蜂巢格室本身的立面?zhèn)认蘅蓪?shí)現(xiàn)加筋效應(yīng)，可更好的解決路面地基不均勻沉陷的問題。其中，風(fēng)沙地區(qū)的路基應(yīng)以低路堤為主，采用蜂巢格室系統(tǒng)，可對(duì)松散填料起到側(cè)向限制作用，在有限的高度范圍內(nèi)有效保障路基具有較高的剛度與強(qiáng)度，從而可以承受各種車輛的壓力荷載應(yīng)力。而對(duì)于在常年凍土區(qū)的修筑填方路基，蜂巢格室特有的立面加筋效應(yīng)和有效的落實(shí)的整體側(cè)限性。

（4）高陡邊坡及堤壩的防護(hù)

蜂巢格室在用于坡面防護(hù)的時(shí)候，鋪開的格室系統(tǒng)，可在邊坡外圍形成一層層的“擋墻”，從而可顯著減緩水流的徑流速度，避免較快的形成坡面徑流，從而保護(hù)坡面的抗侵蝕性和穩(wěn)定性。格室建成后，可在個(gè)室內(nèi)填充腐殖質(zhì)、土壤等，并終止一定的草本植物以及灌木，從而在保證原始坡面穩(wěn)定的情況下，還可以實(shí)現(xiàn)坡面的植被恢復(fù)及綠化效果，這不僅有良好的工程意義，而且還會(huì)帶來一定的環(huán)境效益和環(huán)保價(jià)值。此外，蜂巢格室在具有很強(qiáng)整體性的同時(shí)，還可以顯示出一定的柔性，可抵抗外力作用下的變形破壞，有效彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)在松動(dòng)、出現(xiàn)局部塌陷或者架空情況下的缺陷。同時(shí)，該措施施工便捷，成本造價(jià)相對(duì)較低，是一種具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的理想的坡面防護(hù)材料和措施。endprint