蜂巢約束系統生態護坡技術的工程應用

楊 瀟 朱積有

(陜西省三和建設工程有限公司，陜西 西安 710048)

傳統護坡技術大多采用干砌石、漿砌石、預制混凝土塊以及現澆混凝土等剛性結構，設計時多考慮力學因素，雖然能夠確保邊坡的穩定性，但施工難度大、工期長、成本高并且對生態環境造成了破壞，不利于水土保持和生態保護。隨著生態文明建設的飛速發展，生態護坡技術越來越廣泛地被應用于道路擋墻以及水利堤防等工程中。生態護坡技術將植物、種植土、結構層形成整體，綜合了土壤學、植物學、生態學和工程力學等學科的基本知識，既能夠保證邊坡穩定，又能恢復邊坡受損的自然環境，更能促進生態環境和諧發展。

蜂巢約束系統是基于蜂窩約束技術和高分子納米技術，由高分子納米合金片材，經超聲波焊接而成的蜂巢式三維網狀物，是近年來研制出的新型材料。該系統從平面和立面結合的空間對種植土進行限制和約束，蜂巢格室的延展性可減少種植土和植物受沖刷的垂直應力與水平應力，提高種植土壤顆粒之間的剪應力，從而形成連續柔性的三維結構。蜂巢約束系統能夠在反復荷載作用下減少變形，提高土體的承載能力，從而增強陡峭邊坡土體的穩定性，減少土體不均勻沉降，緩解水流對邊坡的沖刷侵蝕，可以用于穩固軟土地基、支撐管道、駁岸修復以及生態擋墻等方面。蜂巢約束系統生態護坡技術是蜂巢格室與生態護坡技術的創新結合，具有抗沖刷、耐侵蝕、低成本、高效率等特點，應用前景廣闊。

1 工程概況

1.1 項目簡介

灃河良家灘防洪工程位于西安市長安區灃河中游，上起西戶公路橋(樁號0+035)下至西漢高速公路橋(樁號4+404)，全長4.37km，總建設面積約63萬m2。工程設計河堤防洪標準為百年一遇，堤防工程級別為Ⅰ級。工程左岸堤防頂寬度為20m，右岸堤防頂寬度為8m，護堤地寬度為50m。

該工程采用海綿城市生態建設理念，以打造西安國際社區綠色親水廊道為目標，構建集生態游賞、休閑娛樂、文化體驗等功能于一體的生態休閑景區，是西安市的重點工程，建設完成后將大大提高灃河的防洪安全，形成美麗和諧的河道生態環境，對于提升灃河流域形象、增加居民幸福指數具有重要意義。

1.2 工程難點

灃河良家灘防洪工程右岸護坡原設計方案為混凝土砌塊生態護坡，計劃工期180天，預計2018年9月30日完工。但2018年1月，建設單位提出新要求：右岸護坡要在6月底完工，即工期要提前三個月。經過初步測算，如果通過增加班組、機械和材料的方法，將原工期縮短三個月，施工成本會增加5倍，項目面臨虧損的風險，因此，為了縮短工期，控制成本，保證收益，項目急需采用新型高效的生態護坡施工技術進行工程變更。

2 方案比選

2.1 格賓石籠護坡

格賓石籠護坡是以格賓石籠為基礎，鋪設整齊后在格賓石籠表面覆土植草的一種生態護坡技術。格賓石籠是一種生態格網結構，石籠網的原材料是高抗腐蝕、高強度、具有延展性的鍍鋅纖絲或者包覆PVC的鋼絲。制作過程中，使用機械將纖絲或鋼絲編織成雙絞六角形柔性金屬網，然后將金屬網制作成箱形結構，填入充足的石料。具有結構穩定、柔性布局、抗變形、延展性高、透水性好、施工速度快，可固結水土和植物，利于生態修復等特點。

施工流程為：邊坡整形→混凝土框格支模、澆筑、養護→反濾層鋪設→格賓石籠下籠、填料、封蓋→覆土→鋪草皮→養護。格賓石籠護坡見圖1。

圖1 格賓石籠護坡

2.2 三維土工網墊護坡

三維土工網墊護坡是在護坡表面鋪設三維土工網墊后覆土植草的生態護坡技術。其主要結構層三維土工網墊，是采用高分子材料以及UV抗紫外線穩定劑制作而成的類似絲瓜網絡的三維結構網墊。由于三維土工網墊質地疏松、柔韌，留有90%的空間可充填土壤、砂礫和細石，供植物根系生長，因此，長成后的草皮可使網墊、草皮、泥土牢固地結合為一個整體，形成堅固的綠色復合保護層。三維土工網墊護坡的特點包括：消能充分、耐沖刷、造價較低、施工簡便，可有效保持水土，保證草籽分布均勻、植物生長整齊均衡，形成綠化景觀。

施工流程為：邊坡整形→覆土施底肥→鋪設三維土工網墊→覆土→播草籽→養護。三維土工網墊護坡見圖2。

圖2 三維土工網墊護坡

2.3 生態袋護坡

生態袋護坡是在生態袋內部裝滿種植土，用扎帶或扎線封口，層層排序堆放整齊后，再在生態袋內播種植草，從而形成生態護坡的技術。生態袋由高強抗紫外線、抗凍融耐酸堿的生態合成材料制作而成。生態袋護坡通過建造柔性生態邊坡，形成具有美化環境和護坡作用的擋土結構，具有高強度、耐腐蝕、穩固性好、出苗率高、出苗齊、成坪快、施工簡便、環保美觀等特點。

施工流程為：邊坡整形→加筋格柵安裝→回填土→填充、堆砌生態袋→綠化→養護。土工網墊護坡見圖3。

圖3 土工網墊護坡

2.4 蜂巢約束系統護坡

蜂巢約束系統護坡是在蜂巢約束系統中覆土植草的生態技術，通過蜂巢約束系統的固土防護機理與植物根系的錨固作用，將有生命的植物與無生命的蜂巢約束系統有機結合為整體。其主要結構層蜂巢約束系統，是基于蜂窩約束技術和高分子納米技術，由高分子納米合金片材，經超聲波焊接而成的蜂巢式三維網狀物。通過在其格室中填充泥土、砂石或混凝土等材料構成具有強大側向限制和剛度的結構，由系統中相互連接的巢室所形成的高強度三維網格來約束和穩定土體。具有運輸簡便、材質輕、耐磨損、抗老化、耐酸堿、防變形、適用性廣、操作簡便、施工速度快、造價低等特點。

施工流程為：邊坡整形→土工布鋪設→蜂巢約束系統鋪設→覆土→綠化→養護。蜂巢約束系統護坡見圖4。

圖4 蜂巢約束系統護坡

2.5 方案對比選擇

經過對四種生態護坡技術在工期、易操作性、質量安全環保和成本等方面的對比分析，最終選擇蜂巢約束系統護坡作為工程變更方案，詳見表1。

表1 生態護坡施工方案對比分析

3 施工工藝介紹

3.1 坡體整形

施工過程中，選擇挖掘機、裝載機配合人工整形。由挖掘機與裝載機削坡，機械整形不到的部位由人工整形。開挖時，按設計斷面向外延50～100cm開挖，至完工線下。確保坡體表面無雜物、根系等有機物。對于大塊雜物由機械清理，小塊雜物人工清理。坡體基礎必須穩定，表面平整，無突出或凹陷。

3.2 土工布鋪設

選用不小于150g/m2的土工布作為鋪設材料。將土工布展開，鋪裝至蜂巢格室界限外沿30cm，要求平順無褶皺。兩塊土工布搭接寬度大于30cm，搭接處采用縫合技術，在離土工布邊寬10cm、20cm、30cm處各縫合一道，共縫合三道。

3.3 蜂巢約束系統鋪設

蜂巢約束系統原材料必須有質量證明資料，同時檢查其外觀質量、包裝質量、運輸過程中是否有破損等，合格后方可進場。進場后妥善保管及時取樣進行復檢。蜂巢格室在運輸過程中以及運抵工地后應避免曝曬，防止黏結成塊。

鋪設時，用40cm長的錨桿將格室的一端固定在護坡上，然后向坡下拉拽蜂巢格室，拉至護坡底時再次用錨桿固定。蜂巢格室端部固定后，每間隔一個格室，將錨桿釘入坡體，并在錨桿頂端套上限位件。蜂巢格室邊緣兩側用連接件進行搭接。蜂巢格室與基面及支持層之間應壓平貼緊，避免架空，避免張拉受力、折疊、打皺等情況發生；為防止大風吹損，鋪設好的蜂巢格室及時用錨桿固定牢固。坡底蜂巢格室的邊緣部分應錨固，并覆土夯實，施工現場見圖5。

圖5 施工現場土工布與蜂巢約束系統鋪設

3.4 覆土

采用自卸汽車配合小挖掘機覆土。選擇的種植土不得含有雜物或者直徑不小于3cm的石粒料填料；按從坡上到坡下漸次填充的順序施工；料斗與格室上沿距離50cm時，垂直均勻震動拋料；對較高處填料，用料斗從上向下輕推找平，不得觸至格室，填料到格室上方5cm為止，以料斗輕度夯實。雨后個別裸露格室再進行補填至蜂巢格室上沿5cm。

3.5 撒草籽

草籽品種選擇白三葉，均勻撒布，保證草籽成活率。采用人工撒草籽的方法將具有草籽、肥料等的混合基質撒到坡面上，形成具有一定厚度的植生層，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土壤條件，從而促進植被的恢復，形成自然植被的坡面保護層。草籽撒完后，對植被土進行覆蓋并適度壓實；進行表面防護，并適時進行撒水管護。

4 質量控制

4.1 控制要點

a.堤防坡體按照設計斷面開挖回填后，采用機械夯實，確保基礎穩定，表面壓實度應不小于90%。坡面平整度采用人工修坡，確保基礎表面平整。對于淤泥質軟土坡體，要采用開挖換填合格土體后，才能進行蜂巢約束系統的鋪裝。

b.土工布是基礎與蜂巢格室的介質布，要保證土工布的搭接寬度不小于30cm，并確保搭接穩定，防止移動。

c.蜂巢格室鋪裝時，錨桿要牢牢釘入基礎坡體，格室展開時要盡力拉拽，按最大展開面積盡量張開，并用錨桿和限位器定型固定，確保蜂巢格室緊貼坡面。固腳應牢固可靠，可在坡腳底部提前下挖50cm的溝槽，蜂巢格室邊緣鋪至溝槽內固定，再覆蓋填料夯實，或直接采用混凝土將溝槽和蜂巢格室澆筑為整體。

d.覆土時，遵循從坡頂到坡底的順序，采用料斗垂直均勻震動拋料，要保證格室土壤飽滿、均勻，并高出格室表面1～2cm。

e.根據項目當地的氣候條件計算坡面水流大小，從而考慮是否設置坡面排水溝，排水溝縱橫間距為40～50m。

f.蜂巢約束系統生態護坡植草完成后，要注意后期養護，定期灑水追肥，灑水時注意噴頭與坡面的距離，保證無高壓水流沖擊表層草坪。

4.2 質量檢測

蜂巢約束系統生態護坡質量檢查結果見表2，由全面檢查結果可知，蜂巢約束系統生態護坡質量合格。

表2 蜂巢約束系統生態護坡質量檢查統計

5 施工效益分析

2018年6月底，項目右岸護坡如期完工，節省了三個月工期，滿足了業主縮短工期的要求。同時，經測算蜂巢約束系統生態護坡技術的施工成本為61.08元/m2，降低了工程造價，節約了成本，獲得了監理單位和建設單位的一致好評。

6 結 語

灃河梁家灘防洪工程中，通過蜂巢約束系統生態護坡技術的應用，充分展示了該技術施工簡單、易操作、速度快、效率高的特點，縮短了護坡施工工期，減少了能耗和原料，節約了項目成本金，保證了護坡質量安全，滿足了業主的要求，達到了預期的效果。此外該技術固土保濕，減小了環境污染，充分體現了綠色施工理念，值得推廣使用。