蜂巢格室在邊坡防護中的應用

［關鍵詞］ 蜂巢格室；生態(tài)修復；邊坡防護

［摘 要］ 為探究蜂巢格室在邊坡防護中的應用，為后續(xù)邊坡生態(tài)修復提供合理建議，以浙江瑞安某公園道路邊坡修復工程為例，分析了蜂巢格室護坡類型及其與傳統(tǒng)硬質護坡的不同，結果表明：相比傳統(tǒng)硬質護坡，蜂巢格室護坡具有對地形適應能力強、抗侵蝕能力強、施工方便、成本低廉、節(jié)能環(huán)保、生態(tài)美觀等優(yōu)勢，能夠很好地提高邊坡穩(wěn)定性，改善邊坡生態(tài)環(huán)境，提升邊坡美觀度，值得在邊坡防護中廣泛推廣應用。

［中圖分類號］ S157；TV49" [文獻標識碼] A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.12.012

［引用格式］ 楊之恒.蜂巢格室在邊坡防護中的應用［J］.中國水土保持，2024（12）：38-41.

1 蜂巢格室技術發(fā)展及優(yōu)勢

蜂巢格室是20世紀80年代初在國際上出現(xiàn)的一種土工合成材料，最早被應用于英國和美國，后被引入日本并得到廣泛應用^[1]，1993年傳入我國，主要應用于沙漠地區(qū)石油勘探中的探礦臨時道路、井場路建設，后被應用于鐵路、公路路基處理以及邊坡防護等領域，取得了顯著的工程效果和生態(tài)效益^[2-3]。它是由聚酯/聚酰胺納米纖維分散于乙烯基質內形成的高分子材料（高分子納米復合合金PCA），經超聲波焊接而成的蜂巢式三維立體網(wǎng)狀格室結構，具有良好的力學性能和柔性結構，可以很好地適應地形的變化，且材料節(jié)能環(huán)保、生態(tài)美觀、施工方便、成本低廉^[4-6]，在邊坡防護中應用廣泛。

1.1 地形適應能力強

蜂巢格室是由高分子納米合成材料焊接而成的三維立體網(wǎng)狀格室結構，其基本原理是通過三維網(wǎng)狀格室片材和單元內填土之間的側向約束和空間摩擦起到保護和加固邊坡的作用，另外由于蜂巢格室由柔性材料制成，可通過其“三維限制”將變形集中在三維空間內，因此可以很好地適應地形的變化，承受外部荷載及所引起的變形，不會因地形變化產生斷裂現(xiàn)象。

1.2 較強的抗侵蝕能力

蜂巢格室材料是一種復合材料，具有很強的耐熱耐老化性能，經過熱氧化試驗后在70 ℃條件下，其拉伸屈服強度下降30%。格室材料內含大量的纖維，具有優(yōu)異的耐磨損性能、良好的韌性、較強的抗沖能力和耐久性，使用壽命可達50 a以上。另外，蜂巢格室材料還具有較強的耐腐蝕能力，能夠抵御不同填充材料對格室材料的侵蝕。

1.3 施工方便，成本低廉

蜂巢格室護坡相對于其他邊坡防護技術來說，具有技術成熟、施工方便、成本低廉等優(yōu)點。蜂巢格室護坡在施工過程中，不需要特殊的機械設備和專業(yè)技能，施工工藝簡單，能夠有效地縮短施工周期，降低施工成本。同時，相比于其他硬質護坡材料，蜂巢格室材料價格相對較低，能夠有效地降低護坡工程的造價。

1.4 節(jié)能環(huán)保，生態(tài)美觀

蜂巢格室內填充材料可以就地取材，一般填充種植土或碎石等本地低成本材料，可以減少塊石及混凝土的使用，節(jié)能環(huán)保。另外，蜂巢格室表面一般設有凹紋和通孔，加之內部填充的一般為透水材料，使得蜂巢格室護坡具有良好的連通性和排水能力，連通邊坡和外部生態(tài)系統(tǒng)，促進邊坡生態(tài)系統(tǒng)的恢復。格室內可以根據(jù)不同的地域和實際需求種植不同的景觀植物，使護坡美觀。

2 施工技術類型

蜂巢格室在邊坡防護中有兩種形式，分別為堆疊式和平鋪式。在護坡工程中，往往根據(jù)邊坡坡度選擇不同形式的護坡，一般45°及以下邊坡選擇平鋪式護坡，45°以上邊坡多選擇堆疊式護坡。

2.1 堆疊式

堆疊式蜂巢格室是指在邊坡上將多層蜂巢格室錯臺堆疊在一起，形成一個具有一定高度的防護層。該方法的優(yōu)點是施工方便、防護效果較好，但需要注意的是，在堆疊過程中要保證每個蜂巢格室之間連接牢固，防止出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

堆疊式蜂巢格室護坡施工技術流程為：①坡面清理。對坡面進行清理和平整，去除浮石、樹根等雜物，確保邊坡表面光滑、平整。②基槽開挖。按照設計圖紙定位、放線，采用機械開挖至距離基底設計標高20～30 cm時停止開挖，采用人工清理至設計高程，用機械碾壓實，保證地基承載力達到設計值。③鋪設墊層?；坶_挖后，在基面上鋪設一層碎石墊層，并進行夯實。④基層蜂巢格室鋪設。先通過劃線或者使用放樣工具確定格室展開的位置，然后將基層蜂巢格室展開，拉直平順，緊貼墊層鋪平。展鋪后采用錨釬（或錨桿）固定。展鋪固定好后應及時填料，填料要均勻，并按設計壓實度壓實。第一層格室鋪設后應在護坡背部鋪設一層無紡土工布。⑤上層格室鋪設。依次分層鋪設格室、填料并進行夯實和平整，每3～4層格室采用錨釬（或錨桿）固定，護坡頂部采用混凝土或蜂巢格室壓頂。⑥綠化及養(yǎng)護。蜂巢格室內根據(jù)設計種植植物綠化，并進行必要的養(yǎng)護。

2.2 平鋪式

平鋪式蜂巢格室護坡是指在邊坡上將蜂巢格室平鋪展開，形成一個具有一定厚度的防護層。該方法的優(yōu)點是能夠有效減少坡面徑流對坡面的沖刷，但需要注意的是，在平鋪過程中要保證每個蜂巢格室之間的連接緊密，以防止出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

平鋪式蜂巢格室護坡施工技術流程為：①坡面清理。對坡面進行清理和平整，去除浮石、樹根等雜物，確保邊坡表面光滑、平整。②鋪設無紡土工布。坡面清理后，鋪設無紡土工布，坡腳和坡頂分別用混凝土壓蓋。③格室連接。格室連接應在格室寬度方向進行，有飛邊搭接、膜片切斷搭接兩種方法。④預穿加筋帶。格室連接時應預穿加筋帶，加筋帶在坡頂采用錨桿固定，與蜂巢格室連接處采用繃繩錨夾固定。⑤蜂巢格室鋪設。根據(jù)設計圖紙定位、放線，確定格室展開位置。按從坡頂?shù)狡履_的施工順序進行展鋪，展鋪時先將格室展開、拉直平順，鋪設時應避免張力、折疊打皺等情況發(fā)生。鋪設后采用帶限位帽的錨桿進行固定，使之緊貼坡面。⑥填充種植土。蜂巢格室鋪設及錨固完成后，應及時填充種植土，以避免受到陽光過長時間的直接暴曬，種植土填充后按設計壓實度壓實。填充種植土應按從坡頂?shù)狡履_的順序進行填充，要均勻。⑦綠化及養(yǎng)護。蜂巢格室內根據(jù)設計種植植物綠化，并進行必要的養(yǎng)護。

3 蜂巢格室護坡技術應用案例

3.1 項目概況及邊坡特性

3.1.1 項目概況

浙江省瑞安市某道路位于公園內。道路起點與市政道路相連，全長約1 km，園區(qū)內部路基寬度為4 m，與市政道路相連部分路基寬度為6 m。

項目區(qū)整體地勢北高南低，沿江、沿河部分地勢較為平坦。北側靠山，植被良好，南側面江，視野開闊。項目區(qū)地質構造屬新華夏系第二隆起帶南端東側，未發(fā)現(xiàn)巖漿活動，斷裂構造活動極其微弱。項目區(qū)屬亞熱帶海洋型季風氣候區(qū)，四季分明，冬無嚴寒、夏無酷暑，多年平均氣溫17.9 ℃。降水以梅雨為主，臺風雨補充，降水量相對集中，4—9月夏季風盛行期降水最多，年平均降水量1 500 mm，年平均風速2.0 m/s。項目區(qū)土壤類型為紅壤，主要為紅黏土。

現(xiàn)狀植被以雜草、灌木、松木為主。

3.1.2 邊坡特性

該工程山體位于地質災害低易發(fā)區(qū)域，地質巖層主要是以熔結凝灰?guī)r為主的巖組，不存在崩塌、滑坡危險區(qū)和泥石流易發(fā)區(qū)。根據(jù)道路設計和施工情況，全路段可分為挖方路段和填方路段兩類，其中：挖方路段多為石質邊坡，高度5～10 m，一級邊坡（坡高5 m及以下）坡度60°～70°，二級邊坡（坡高5 m以上）坡度^30°～45°；填方邊坡高度1.0～1.5 m，坡度約為30°。

3.2 護坡方式及材料選擇

由于該道路位于公園內，根據(jù)公園的屬性和定位，各類工程對生態(tài)和景觀要求高，因此在該道路邊坡修復過程中堅持近自然治理理念，摒棄了硬質防護工程，采用生態(tài)型的蜂巢格室材料進行防護，在滿足安全、穩(wěn)定的前提下，盡可能地提高生態(tài)性和美觀性，并與周邊環(huán)境協(xié)調一致。在護坡形式上根據(jù)邊坡特性選擇了堆疊式和平鋪式兩類（見圖1、圖2）。

堆疊式蜂巢格室護坡設計坡度1∶0.25，外排格室填充種植土，內排格室填充級配碎石。單層格室高度150 mm以上，根據(jù)填料不同，選擇格室焊縫間距在^445～712 mm。

平鋪式蜂巢格室護坡設計坡度1∶1.5～1∶1，格室高度宜選擇150 mm以上，焊縫間距為445 mm。

蜂巢格室膜片材質選擇原生料+高分子納米復合合金材料，壓花打孔，厚度（1.65±0.10）mm。蜂巢格室斷裂強度≥38 MPa，屈服強度≥18 MPa，透水開孔率10%～15%。

3.3 穩(wěn)定性分析

蜂巢格室護坡內部采用錨釬（或錨桿）固定，格室之間鋪設土工格柵，增強了格室的抗滑能力及護坡的抗滑穩(wěn)定性。蜂巢格室護坡的抗滑穩(wěn)定性系數(shù)K c計算公式為

^{K c}=R/F（1）

式中：R為坡面格室的抗滑力，單位kN/m；F為下滑力，單位kN/m。

坡面格室的抗滑力R的計算公式為

R=^R a+^R s+^R j/^K j+^R g（2）

式中：^R a為坡腳處格室抗滑阻力，單位kN/m；^{R s}為“格室-土”系統(tǒng)在坡面上的抗滑力，單位kN/m；^{R j}為坡面錨釬（或錨桿）傳遞的附加阻力，單位kN/m；^{K j}為格室焊接點的抗剝離安全系數(shù)，取1.3～1.5；^{R g}為土工格柵（加筋帶）提供的抗滑力，單位kN/m。

^{R a}可根據(jù)極限平衡理論分析確定，R ^s、R ^j、R ^g的計算公式分別為

^{R s}=γ·L·t·cos β·tan ^{φ s}（3）

^{R j}=t·^{f j}·L/^s2（4）

^{R g}=^{F 2%}（5）

式中：γ為格室填料的容重，單位kN/m³；L為坡長，單位m；t為格室填料深度（與格室深度相同），單位m；β為邊坡坡度，單位（°）；^{φ s}為蜂巢格室填料與邊坡界面的摩擦角，單位（°）；^{f j}為單位深度格室焊接點的剝離強度，單位kN/m；s為錨桿的間距，一般為蜂巢格室直徑的倍數(shù)，單位m；^{F 2%}為雙向土工格柵縱向伸長率為2%時每米的拉伸力，單位kN/m。

經計算，護坡穩(wěn)定性計算結果見表1。

根據(jù)計算結果可知，本工程堆疊式和平鋪式蜂巢格室護坡抗滑穩(wěn)定性系數(shù)K ^c分別為2.48和4.07，均大于允許值1.5，滿足設計要求。

3.4 邊坡防護實施

實際實施過程中，根據(jù)設計對挖方一級邊坡采用堆疊式蜂巢格室護坡防護，對挖方二級邊坡及填方邊坡采用平鋪式蜂巢格室護坡防護，圖3、圖4分別為堆疊式和平鋪式蜂巢格室護坡設計圖。

3.4.1 堆疊式蜂巢格室護坡

堆疊式蜂巢格室護坡外邊坡坡比為1∶0.25，基礎埋深0.6 m，其中底部為0.2 m厚碎石墊層（碎石粒徑1～3 cm），基層蜂巢格室高度共0.4 m，寬1.5 m；基礎以上護坡高1～5 m，寬1.2 m；護坡與坡面之間鋪一層無紡土工布（≥250 g/m²），土工布應從護坡外側鋪起，沿基礎第一層蜂巢格室及坡面鋪至坡頂外0.5～^1.0 m，頂部采用C25混凝土壓頂，壓頂混凝土斷面尺寸為0.5 m×0.5 m。

為提高護坡穩(wěn)定性，使用錨釬對護坡進行垂直錨固。錨釬規(guī)格為14 mm螺紋鋼，長度L=800 mm，一端彎鉤，每4層垂直釘入2根錨釬，密度為15根/10 m²。另外，為提高護坡穩(wěn)定性，每4層蜂巢格室設一道加筋土工格柵。

護坡內設置集水管和排水管，均為=50 mm的PVC管。集水管位于地面以上第一層或第二層蜂巢格室底部，距護坡背部蜂巢格室30～50 mm，縱坡坡比≥2%，外裹無紡土工布。排水管與集水管連接，穿出護坡，每隔10 m設置一道，出口應高出地面150 mm以上，出口處設置防沖砂礫保護層。

外排格室裝填種植土，撒播結縷草、百喜草、萱草、蝴蝶花，種植常春油麻藤、扶芳藤。護坡內部格室選用經過挑選、排水性好的級配碎石填充，粒徑≤50 mm。護坡基礎部分填料夯實度≥92%，基礎以上格室內填料夯實度≥85%。

3.4.2 平鋪式蜂巢格室護坡

平鋪式蜂巢格室護坡格室與坡面之間鋪設無紡土工布，坡腳土工布采用C25混凝土壓蓋，土工布反包壓蓋層。坡頂土工布采用錨桿固定并采用C25混凝土壓蓋。格室單元高度為150 mm，采用14 mm帶限位帽的錨桿固定，長度800 mm。格室內設置加筋帶，加筋帶密度為2^根/m，應為整根，不可有接頭，加筋帶應在坡頂用錨桿固定，與蜂巢格室連接處采用繃繩錨夾固定。格室內填種植土，夯實度≥85%。撒播結縷草、百喜草、大花金雞菊。

3.5 實施效果

項目實施后，邊坡的穩(wěn)定性得到提高，且隨著時間的推移，格室內植物長勢良好，生態(tài)美觀，與周邊環(huán)境協(xié)調一致，邊坡生態(tài)環(huán)境逐步得到恢復。蜂巢格室護坡未產生因地形變化造成的變形、破損等現(xiàn)象，工程防護效果和生態(tài)效果均達到了預定目標，取得了良好的工程效益和生態(tài)效益。

4 結束語

通過對蜂巢格室在邊坡防護中的技術優(yōu)勢以及其護坡施工技術等方面進行探討和分析，得出了以下結論：蜂巢格室作為一種邊坡防護材料，具有對地形適應能力強、抗侵蝕能力強、施工方便、成本低廉、節(jié)能環(huán)保、生態(tài)美觀等優(yōu)勢，在提高邊坡穩(wěn)定性的同時，也能更好地促進邊坡生態(tài)的恢復。隨著邊坡防護技術的不斷發(fā)展及人民群眾對生態(tài)環(huán)境要求的不斷提高，蜂巢格室在邊坡防護工程中將會得到更加廣泛的應用和推廣。

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