蜂巢格室在天?？h高寒山區(qū)生態(tài)修復中的應用研究

唐興平

(天祝藏族自治縣水務局，甘肅 天祝 733299)

1 工程概況

石門溝森林消防防火道路岸坡生態(tài)修復防護治理屬天祝藏族自治縣2018年祁連山國家公園體制試點項目。防火道路岸坡位于石門鎮(zhèn)石門溝境內(nèi)，道路建設過程中的開挖對原有地貌、地面植被造成了不同程度的擾動和破壞，形成裸露的基巖面。為適應低碳環(huán)保、生態(tài)綠化的要求，采用蜂巢格室(由長條形PCA片材經(jīng)超聲波焊接而成，展開后呈蜂窩狀立體網(wǎng)格，巢室內(nèi)的片材上打有孔洞，具有良好的透水性和透氣性)植草護坡對石門溝森林消防防火道路岸坡生態(tài)進行系統(tǒng)修復和整體保護。設計中使用蜂巢格室片材護坡綠化，種植根系發(fā)達的草種(適宜高寒山區(qū)生長的披堿草、金露梅、高山柳)，既可固土護坡，又可綠化美化環(huán)境；工程建設中對關鍵項目、工序、工藝通過業(yè)主和監(jiān)理不間斷地巡視檢查、檢測、試驗，以及全程、同步的旁站檢查、檢測、試驗，使各個環(huán)節(jié)緊密連接、環(huán)環(huán)相扣，確保了蜂巢格室的施工質(zhì)量、生態(tài)修復效果、整體保護效果，取得了明顯的生態(tài)效益。

2 生態(tài)修復、整體保護設計

2.1 道路岸坡低段生態(tài)修復、整體保護設計

當?shù)缆钒镀碌膭?chuàng)面垂直高度在3 m以下時，陡緩坡均可直接覆土，以公路左右排水溝邊沿為起坡點，上部與創(chuàng)面檐口相接，覆土厚度根據(jù)坡面實際情況而定，最小厚度30 cm。坡面平整后，人工撒播適宜祁連山山區(qū)生長的披堿草草籽，播種量102 kg/hm2。坡緩寬闊地帶，種植祁連山保護區(qū)原有物種——祁連圓柏，樹高1.5～2.0 m，株行距為2.5 m×2.5 m。

2.2 道路岸坡高段生態(tài)修復、整體保護設計

當?shù)缆钒镀碌拇怪备叨仍? m以上(本工程岸坡創(chuàng)傷面最大垂直高度為9.8 m)、坡比小于1∶1時，采用蜂巢格室平鋪護坡(見圖1)，考慮到滲流，底部鋪設400 g/m2的土工布，采用鉆機鑿孔、Φ16 mm錨固筋錨固，將蜂巢格室固定于坡面。當岸坡垂直高度在3 m以上、坡比大于1∶1時，采用疊砌蜂巢格室方法(見圖2)，疊砌過程中每4層(0.8 m)鋪設土工布一道，采用Φ14 mm錨筋將格室串接成整體。蜂巢格室分別采用L形錨桿和I形連接筋進行固定和連接，L形錨桿直徑16 mm、長1.9 m，Ⅰ形連接筋采用長800 mm、直徑為14 mm的螺紋錨桿來固定展開的巢室四周部位，錨桿通過專用限制帽固定在巢室壁上。最外側(外露現(xiàn)場臺階)的蜂巢格室內(nèi)填裝添加肥料的腐殖土，內(nèi)側的蜂巢格室內(nèi)填裝砂礫碎石土。蜂巢格室與巖石面之間用砂礫碎石土夯填，要求砂礫碎石土含泥量小于12%，砂礫碎石最大粒徑小于6 cm，夯填相對密度不小于0.65 g/cm3。蜂巢格室護坡成形后，在外露格室種植金露梅(陽面)、高山柳(陰面)、披堿草等祁連山保護區(qū)原有物種，使修復后的岸坡與山體無縫對接，修復面與原地貌渾然一體。

圖1 平鋪式蜂巢格室護砌典型設計示意

圖2 疊砌式蜂巢格室護砌典型設計示意

2.3 蜂巢格室排水盲溝的研究與應用

石門水庫為國務院核準的天祝縣一級水源保護地，為了保護水源，避免蜂巢格室護坡凍脹破壞和護坡沉降、塌陷，設置了排水盲溝。蜂巢格室疊砌前，首先在坡腳基面設置排水盲溝，盲溝采用矩形斷面，標準斷面開挖寬度100 cm、深度30 cm，長度遵循原地形確定，填筑料選擇為反濾料。反濾料可模仿高寒山區(qū)溝道岸坡效果，實現(xiàn)泥水分離的預處理。在基面和排水盲溝上鋪設土工布，以減少填筑料細顆粒流動，增強蜂巢格室護坡穩(wěn)定性。排水盲溝冬季可避免因填筑料含水量過高而造成的凍脹破壞，夏秋季可避免因填筑料含水量過高而造成的填筑料軟化，從而防止蜂巢格式護坡沉降、破壞。與傳統(tǒng)生態(tài)坡頂端設穿孔管和溝渠相比較，土工布以下設置排水盲溝排水、滲流和穩(wěn)固邊坡的效果更好，無需在頂端修建穿孔管和溝渠，減少了開挖時對原有地貌、植被的擾動和破壞，避免形成裸露的基巖面和混凝土溝渠，生態(tài)修復效果更徹底。

3 施工工藝

3.1 土工布鋪設

土工布采用人工滾鋪方式，按施工區(qū)從上往下分塊進行鋪設，采用波浪形松弛方式并適當留有變形余量，避免折疊、打皺，土工布實際使用面積為工作平臺的103%。建基面必須鋪設土工布，寬度為格室寬度、填筑料寬度與連接段之和。蜂巢格室疊砌過程中每4層(0.8 m)鋪設一層土工布，相鄰土工織物塊拼接可用搭接法(上游土工布鋪在下游土工布上面)，搭接長度不小于15 cm。緊貼山體的土工布用自制Φ16 mm鋼筋U形釘釘入山體。土工布鋪設完成后應盡快進行后續(xù)施工。

3.2 鋼筋錨固

錨桿施工前，必須對原有邊坡坡面進行人工修整。用架桿、竹膠板及安全網(wǎng)搭設錨桿施工平臺，施工平臺用錨桿與坡面固定在一起。采用YT24手持式鑿巖機，按標注的孔位準確鉆孔。鉆孔完成后使用高壓空氣機將巖粉、石子及雜物全部清理出孔，清理必須干凈，以免降低水泥砂漿、錨固劑與孔壁巖體的黏結強度。人工緩慢地將錨桿放入孔內(nèi)，以免錨桿與孔壁撞擊擊落孔內(nèi)巖粉。錨孔注漿必須采用孔底返漿方法，直至孔口溢出新鮮漿液，嚴禁抽拔注漿管或孔口注漿，確保質(zhì)量達到設計標準。

3.3 蜂巢格室展開

蜂巢格室由生產(chǎn)廠家按設計要求生產(chǎn)供貨，運輸至施工現(xiàn)場，人工碼放、人工展開就位。蜂巢格室鋪砌前采用自制的展開固定架將蜂巢格室展開、固定，使其幾何尺寸、形狀符合設計標準。

3.4 蜂巢格室鋪砌

鋪砌蜂巢格室第一層時，首先在建基面上鋪設土工布：以施工技術圖零點為始，沿X軸正方向分段展開并鋪砌。在此次實際作業(yè)中，根據(jù)設計方案，每段格室長4 420 cm、寬870 cm。

進行第n層及以上部位施工時(n≥2)，鋪砌方法與第一層類似。不同的是，第n層需要沿第n-1層外沿向內(nèi)平移一定距離，平移的距離按照設計坡比推算。最頂端一層鋪砌完成后，沿X軸正方向設錨固點，錨固點的間排距按設計規(guī)定執(zhí)行。

3.5 蜂巢格室的連接和填料放置

蜂巢格室采用U形卡連接，連接時在每個接頭部位U形卡不少于2個。當鋪砌作業(yè)完成后，采用挖掘機(高度5 m以下)或吊罐(高度5 m以上)將填料運送至工作面空余區(qū)域，控制填料落地高度不超過1 m。放置填料作業(yè)遵循從外向內(nèi)的施工順序，蜂巢格室的填料必須是人工填裝，回填范圍的填料采用機械填裝。填料放置要均勻并且超出巢室高度4～6 cm，以便表面加固和夯實?；靥畈课缓粚嵑螅砻嬗霉伟骞纹?。填料放置作業(yè)完成后，填料的最終高度應與巢室組塊上沿平齊。

填料填裝并平整后采用人工(最外側蜂巢格室中的土料)或小型(3T)振動碾(后側蜂巢格室及回填區(qū)域的填料)進行夯實(壓實)，經(jīng)檢測相對密度不小于0.65 g/cm3后繼續(xù)上一層蜂巢格室鋪砌，直至達到設計高度。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 錨固試驗(對設計錨固參數(shù)進行驗證)

從原地面開始計算，高度5 m范圍內(nèi)的巖面采用Φ14～16 mm錨桿，間排距2 m×2 m品字形布置。底層錨桿離開地面的高度按照1.0 m控制，不得低于0.8 m。孔徑分別采用30、40 mm兩種形式，孔深分別采用0.8、1.5、2.0、3.5 m四種深度(現(xiàn)場按巖體性質(zhì)確定)。錨桿錨固后必須通過錨桿抗拉拔試驗，抗拉拔力必須滿足設計要求。

4.2 砂礫料粒徑控制

排水盲溝鋪設的砂礫料粒徑必須按照15～30 cm進行控制，壓實后對蜂巢鋪設建基面進行平整、修整，平整度必須達到設計標準的要求，為蜂巢施工鋪設提供有利條件。

蜂巢鋪設后填筑的砂礫石料嚴格控制粒徑(最大粒徑不大于6 cm、含泥量不大于12%)并達到級配連續(xù)均勻，以降低填筑料施工難度、控制蜂巢格網(wǎng)變形、杜絕對蜂巢產(chǎn)生損害。

4.3 蜂巢支撐、固定

加工、制作蜂巢格室支撐、固定用自制專用工具，改進蜂巢支撐、固定工藝，降低蜂巢在支撐、固定過程中受損的幾率。蜂巢支撐、固定幾何尺寸達到標準后，首先采用人工分層填裝、夯實蜂巢格網(wǎng)中的填土，校正、修整蜂巢格網(wǎng)的線條、形狀，然后填裝蜂巢格網(wǎng)中的砂礫碎石土，待蜂巢格網(wǎng)中的砂礫碎石土填裝完成、蜂巢格網(wǎng)固定成型后再移除蜂巢格室支撐、固定的專用工具，并對其他回填部位進行回填。

4.4 填筑料壓實(夯實)

蜂巢格網(wǎng)中的填筑料在壓實(夯實)過程中，不得先夯實回填部位，必須是先輕壓蜂巢格網(wǎng)中的填筑料，再用微型壓路機輕壓回填部位的填筑料，最后達到設計壓實度標準。防止在壓實(夯實)過程中蜂巢格網(wǎng)幾何尺寸、形狀改變，以及因受力不均勻而產(chǎn)生損傷、拉裂等損害。蜂巢格室線形按山體自然坡腳布置，格室坡度根據(jù)山體自然坡度自行調(diào)整。蜂巢格室中的土料必須人工分層填裝、夯實，填土飽滿度、格室形狀、圓潔度、外觀質(zhì)量必須達到設計標準。

4.5 面積變化率控制

嚴格控制蜂巢格網(wǎng)面積的變化率(標準面積為29 cm×34 cm，面積的變化率在±3%以內(nèi))。填料壓實度達到設計標準后采用人工校正、修整蜂巢格網(wǎng)表面，使蜂巢格網(wǎng)表面平整度達到標準，為下層蜂巢鋪設、提高工作效率提供有利條件。

4.6 蜂巢錨固

蜂巢格室第一層鋪砌完成后按設計布設鉛錘錨桿，將蜂巢格室錨固在基礎上。布設方式為蜂巢格網(wǎng)連接U型卡處2根，其余2根在格網(wǎng)中均勻布設，入巖深度不小于0.8 m，孔徑40 mm，錨桿采用Φ16 mm鋼筋，長度1.5 m。

4.7 生產(chǎn)制作指標

蜂巢格室嚴格控制生產(chǎn)工藝，按照設計尺寸、標準進行生產(chǎn)制作，蜂巢尺寸、顏色、抗裂、抗拉、抗氧化、抗寒等相關指標必須符合設計指標。

5 生態(tài)修復、整體保護效果

在蜂巢格室平鋪、疊砌的施工過程中嚴格控制工序、工藝施工質(zhì)量，按《水利水電工程施工質(zhì)量標準評定規(guī)程》(SL 176—2007)完成施工質(zhì)量檢驗，按《水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗收評定標準》(SL 631—2012～SL 637—2012)進行單元工程施工質(zhì)量驗收評定，按《水利水電建設項目驗收規(guī)程》(SL 223—2008)進行分部工程、單位工程驗收。堅持安全、質(zhì)量第一的方針，在工程建設過程中未發(fā)生安全、質(zhì)量事故，順利完成工程建設，達到了植草護坡對生態(tài)系統(tǒng)進行整體保護和系統(tǒng)修復的要求。

蜂巢格室護坡施工質(zhì)量控制是工程施工質(zhì)量控制的核心，通過業(yè)主、監(jiān)理、施工單位共同建立健全的質(zhì)量保證體系，工藝控制及檢查、檢測標準。在選取施工方法和工藝控制、質(zhì)量檢測標準的過程中，通過多種試驗確定了合理的施工方法、參數(shù)、質(zhì)量控制指標；通過對工序、工藝及施工質(zhì)量的嚴格控制(先夯實蜂巢格室填筑料、后夯實回填體)，控制蜂巢格室變形、位移，最大限度降低了沉降量及沉降變形，確保了施工質(zhì)量。在關鍵項目、工序、工藝實施過程中，通過業(yè)主、監(jiān)理不間斷地巡視檢查、檢測、試驗，以及全程、同步的旁站、檢測、試驗，使各個環(huán)節(jié)緊密連接、環(huán)環(huán)相扣，從而確保了蜂巢格室的施工質(zhì)量，將受到創(chuàng)傷的山體坡面修復為“青山”，取得了良好的生態(tài)修復、整體保護效果(見圖3)。

圖3 受創(chuàng)坡面及修復效果