蜂巢约束系统生态护坡技术的工程应用

杨 潇 朱积有

(陕西省三和建设工程有限公司，陕西 西安 710048)

传统护坡技术大多采用干砌石、浆砌石、预制混凝土块以及现浇混凝土等刚性结构，设计时多考虑力学因素，虽然能够确保边坡的稳定性，但施工难度大、工期长、成本高并且对生态环境造成了破坏，不利于水土保持和生态保护。随着生态文明建设的飞速发展，生态护坡技术越来越广泛地被应用于道路挡墙以及水利堤防等工程中。生态护坡技术将植物、种植土、结构层形成整体，综合了土壤学、植物学、生态学和工程力学等学科的基本知识，既能够保证边坡稳定，又能恢复边坡受损的自然环境，更能促进生态环境和谐发展。

蜂巢约束系统是基于蜂窝约束技术和高分子纳米技术，由高分子纳米合金片材，经超声波焊接而成的蜂巢式三维网状物，是近年来研制出的新型材料。该系统从平面和立面结合的空间对种植土进行限制和约束，蜂巢格室的延展性可减少种植土和植物受冲刷的垂直应力与水平应力，提高种植土壤颗粒之间的剪应力，从而形成连续柔性的三维结构。蜂巢约束系统能够在反复荷载作用下减少变形，提高土体的承载能力，从而增强陡峭边坡土体的稳定性，减少土体不均匀沉降，缓解水流对边坡的冲刷侵蚀，可以用于稳固软土地基、支撑管道、驳岸修复以及生态挡墙等方面。蜂巢约束系统生态护坡技术是蜂巢格室与生态护坡技术的创新结合，具有抗冲刷、耐侵蚀、低成本、高效率等特点，应用前景广阔。

1 工程概况

1.1 项目简介

沣河良家滩防洪工程位于西安市长安区沣河中游，上起西户公路桥(桩号0+035)下至西汉高速公路桥(桩号4+404)，全长4.37km，总建设面积约63万m2。工程设计河堤防洪标准为百年一遇，堤防工程级别为Ⅰ级。工程左岸堤防顶宽度为20m，右岸堤防顶宽度为8m，护堤地宽度为50m。

该工程采用海绵城市生态建设理念，以打造西安国际社区绿色亲水廊道为目标，构建集生态游赏、休闲娱乐、文化体验等功能于一体的生态休闲景区，是西安市的重点工程，建设完成后将大大提高沣河的防洪安全，形成美丽和谐的河道生态环境，对于提升沣河流域形象、增加居民幸福指数具有重要意义。

1.2 工程难点

沣河良家滩防洪工程右岸护坡原设计方案为混凝土砌块生态护坡，计划工期180天，预计2018年9月30日完工。但2018年1月，建设单位提出新要求：右岸护坡要在6月底完工，即工期要提前三个月。经过初步测算，如果通过增加班组、机械和材料的方法，将原工期缩短三个月，施工成本会增加5倍，项目面临亏损的风险，因此，为了缩短工期，控制成本，保证收益，项目急需采用新型高效的生态护坡施工技术进行工程变更。

2 方案比选

2.1 格宾石笼护坡

格宾石笼护坡是以格宾石笼为基础，铺设整齐后在格宾石笼表面覆土植草的一种生态护坡技术。格宾石笼是一种生态格网结构，石笼网的原材料是高抗腐蚀、高强度、具有延展性的镀锌纤丝或者包覆PVC的钢丝。制作过程中，使用机械将纤丝或钢丝编织成双绞六角形柔性金属网，然后将金属网制作成箱形结构，填入充足的石料。具有结构稳定、柔性布局、抗变形、延展性高、透水性好、施工速度快，可固结水土和植物，利于生态修复等特点。

施工流程为：边坡整形→混凝土框格支模、浇筑、养护→反滤层铺设→格宾石笼下笼、填料、封盖→覆土→铺草皮→养护。格宾石笼护坡见图1。

图1 格宾石笼护坡

2.2 三维土工网垫护坡

三维土工网垫护坡是在护坡表面铺设三维土工网垫后覆土植草的生态护坡技术。其主要结构层三维土工网垫，是采用高分子材料以及UV抗紫外线稳定剂制作而成的类似丝瓜网络的三维结构网垫。由于三维土工网垫质地疏松、柔韧，留有90%的空间可充填土壤、砂砾和细石，供植物根系生长，因此，长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土牢固地结合为一个整体，形成坚固的绿色复合保护层。三维土工网垫护坡的特点包括：消能充分、耐冲刷、造价较低、施工简便，可有效保持水土，保证草籽分布均匀、植物生长整齐均衡，形成绿化景观。

施工流程为：边坡整形→覆土施底肥→铺设三维土工网垫→覆土→播草籽→养护。三维土工网垫护坡见图2。

图2 三维土工网垫护坡

2.3 生态袋护坡

生态袋护坡是在生态袋内部装满种植土，用扎带或扎线封口，层层排序堆放整齐后，再在生态袋内播种植草，从而形成生态护坡的技术。生态袋由高强抗紫外线、抗冻融耐酸碱的生态合成材料制作而成。生态袋护坡通过建造柔性生态边坡，形成具有美化环境和护坡作用的挡土结构，具有高强度、耐腐蚀、稳固性好、出苗率高、出苗齐、成坪快、施工简便、环保美观等特点。

施工流程为：边坡整形→加筋格栅安装→回填土→填充、堆砌生态袋→绿化→养护。土工网垫护坡见图3。

图3 土工网垫护坡

2.4 蜂巢约束系统护坡

蜂巢约束系统护坡是在蜂巢约束系统中覆土植草的生态技术，通过蜂巢约束系统的固土防护机理与植物根系的锚固作用，将有生命的植物与无生命的蜂巢约束系统有机结合为整体。其主要结构层蜂巢约束系统，是基于蜂窝约束技术和高分子纳米技术，由高分子纳米合金片材，经超声波焊接而成的蜂巢式三维网状物。通过在其格室中填充泥土、砂石或混凝土等材料构成具有强大侧向限制和刚度的结构，由系统中相互连接的巢室所形成的高强度三维网格来约束和稳定土体。具有运输简便、材质轻、耐磨损、抗老化、耐酸碱、防变形、适用性广、操作简便、施工速度快、造价低等特点。

施工流程为：边坡整形→土工布铺设→蜂巢约束系统铺设→覆土→绿化→养护。蜂巢约束系统护坡见图4。

图4 蜂巢约束系统护坡

2.5 方案对比选择

经过对四种生态护坡技术在工期、易操作性、质量安全环保和成本等方面的对比分析，最终选择蜂巢约束系统护坡作为工程变更方案，详见表1。

表1 生态护坡施工方案对比分析

3 施工工艺介绍

3.1 坡体整形

施工过程中，选择挖掘机、装载机配合人工整形。由挖掘机与装载机削坡，机械整形不到的部位由人工整形。开挖时，按设计断面向外延50～100cm开挖，至完工线下。确保坡体表面无杂物、根系等有机物。对于大块杂物由机械清理，小块杂物人工清理。坡体基础必须稳定，表面平整，无突出或凹陷。

3.2 土工布铺设

选用不小于150g/m2的土工布作为铺设材料。将土工布展开，铺装至蜂巢格室界限外沿30cm，要求平顺无褶皱。两块土工布搭接宽度大于30cm，搭接处采用缝合技术，在离土工布边宽10cm、20cm、30cm处各缝合一道，共缝合三道。

3.3 蜂巢约束系统铺设

蜂巢约束系统原材料必须有质量证明资料，同时检查其外观质量、包装质量、运输过程中是否有破损等，合格后方可进场。进场后妥善保管及时取样进行复检。蜂巢格室在运输过程中以及运抵工地后应避免曝晒，防止黏结成块。

铺设时，用40cm长的锚杆将格室的一端固定在护坡上，然后向坡下拉拽蜂巢格室，拉至护坡底时再次用锚杆固定。蜂巢格室端部固定后，每间隔一个格室，将锚杆钉入坡体，并在锚杆顶端套上限位件。蜂巢格室边缘两侧用连接件进行搭接。蜂巢格室与基面及支持层之间应压平贴紧，避免架空，避免张拉受力、折叠、打皱等情况发生；为防止大风吹损，铺设好的蜂巢格室及时用锚杆固定牢固。坡底蜂巢格室的边缘部分应锚固，并覆土夯实，施工现场见图5。

图5 施工现场土工布与蜂巢约束系统铺设

3.4 覆土

采用自卸汽车配合小挖掘机覆土。选择的种植土不得含有杂物或者直径不小于3cm的石粒料填料；按从坡上到坡下渐次填充的顺序施工；料斗与格室上沿距离50cm时，垂直均匀震动抛料；对较高处填料，用料斗从上向下轻推找平，不得触至格室，填料到格室上方5cm为止，以料斗轻度夯实。雨后个别裸露格室再进行补填至蜂巢格室上沿5cm。

3.5 撒草籽

草籽品种选择白三叶，均匀撒布，保证草籽成活率。采用人工撒草籽的方法将具有草籽、肥料等的混合基质撒到坡面上，形成具有一定厚度的植生层，该植生层不仅具有抗水流侵蚀的能力，而且可以为植物的生长提供土壤条件，从而促进植被的恢复，形成自然植被的坡面保护层。草籽撒完后，对植被土进行覆盖并适度压实；进行表面防护，并适时进行撒水管护。

4 质量控制

4.1 控制要点

a.堤防坡体按照设计断面开挖回填后，采用机械夯实，确保基础稳定，表面压实度应不小于90%。坡面平整度采用人工修坡，确保基础表面平整。对于淤泥质软土坡体，要采用开挖换填合格土体后，才能进行蜂巢约束系统的铺装。

b.土工布是基础与蜂巢格室的介质布，要保证土工布的搭接宽度不小于30cm，并确保搭接稳定，防止移动。

c.蜂巢格室铺装时，锚杆要牢牢钉入基础坡体，格室展开时要尽力拉拽，按最大展开面积尽量张开，并用锚杆和限位器定型固定，确保蜂巢格室紧贴坡面。固脚应牢固可靠，可在坡脚底部提前下挖50cm的沟槽，蜂巢格室边缘铺至沟槽内固定，再覆盖填料夯实，或直接采用混凝土将沟槽和蜂巢格室浇筑为整体。

d.覆土时，遵循从坡顶到坡底的顺序，采用料斗垂直均匀震动抛料，要保证格室土壤饱满、均匀，并高出格室表面1～2cm。

e.根据项目当地的气候条件计算坡面水流大小，从而考虑是否设置坡面排水沟，排水沟纵横间距为40～50m。

f.蜂巢约束系统生态护坡植草完成后，要注意后期养护，定期洒水追肥，洒水时注意喷头与坡面的距离，保证无高压水流冲击表层草坪。

4.2 质量检测

蜂巢约束系统生态护坡质量检查结果见表2，由全面检查结果可知，蜂巢约束系统生态护坡质量合格。

表2 蜂巢约束系统生态护坡质量检查统计

5 施工效益分析

2018年6月底，项目右岸护坡如期完工，节省了三个月工期，满足了业主缩短工期的要求。同时，经测算蜂巢约束系统生态护坡技术的施工成本为61.08元/m2，降低了工程造价，节约了成本，获得了监理单位和建设单位的一致好评。

6 结 语

沣河梁家滩防洪工程中，通过蜂巢约束系统生态护坡技术的应用，充分展示了该技术施工简单、易操作、速度快、效率高的特点，缩短了护坡施工工期，减少了能耗和原料，节约了项目成本金，保证了护坡质量安全，满足了业主的要求，达到了预期的效果。此外该技术固土保湿，减小了环境污染，充分体现了绿色施工理念，值得推广使用。