刘春吉　武志强

摘要：本文首先分析了生态护坡的功能和应用原理，然后结合通州区凉水河治理工程实例，阐述了蜂巢格室约束系统施工技术，然后对“蜂巢格室约束系统”与水工互锁砌块护底进行分析，为工程提供施工方面相关数据。

关键词：蜂巢格室;河道治理;生态护坡;环保;施工技术

前言

水工互锁砌块在河道治理工程中已经应用多年，施工工艺成熟，但在当今“生态工程、保护环境”的工程理念下，其过于陈旧的工艺已经明显不足。蜂巢格室约束系统是一种基于土工巢室技术在聚烯烃矩阵里以稳定的聚酯纤维纳米光纤（聚酯纤维或尼龙）为基础的高分子纳米合金新技术集成应用系统，多用于稳固地基、边坡防护等，具有质轻、耐磨、施工便捷等特点，但在通船航道护底中应用的可参考案例极少。

本文通过在通州区凉水河治理工程航道末端1km范围使用“蜂巢格室约束系统”进行护底，作为试验段与上游2km采用水工互锁砌块护底的标准段进行对比，记录、分析新工艺与传统工艺间存在的差异。

一、生态护坡技术应用原则

生态护坡技术的采用可以满足河道护坡功能的同时，对河道生态环境平衡有着恢复保护作用。生态护坡技术可以分为植物护坡和植物工程措施复合护坡技术，在施工实践中应遵循以下原则。

1.水力稳定性原则

边坡防护设计应满足岸坡稳定性要求，岸坡水力稳定性的影响因素有下面几点： ⑴岸坡持续冲刷引起的水力失稳;⑵表面土滑动破坏导致水力失稳;⑶深层土壤滑动导成的水力失稳。所以，应分析岸坡稳定性的水力参数以及岩土参数，以实现护坡的水力穩定性设计。

2.生态原则

生态护坡设计应与生态过程相协调，尽量减少对环境的破坏。这种协调意味着设计应尊重物种多样性，减少资源匮乏，维持营养和水循环，维持植物生存环境和动物栖息地的质量，并有助于改善生存环境和生态系统的健康。

2.1当地原则

通过对当地自然环境和文化信息进行分析，设计应与当地自然环境和文化相协调。主要体现在：适应场地的自然过程，在设计过程中考虑具有地方特色的自然因素，保持场地的健康发展，结合当地的地自然条件，尽量采用当地苗木、石料等材料。

2.2保护和节约自然资源的原则

对于自然生态系统的物流与能量流，生态设计强调的处理方案有下面几点：首先重点保护不可再生资源;降低能源、水、土地以及生物资源的利用，采用原始材料，包括植被、石头、土壤等提供新的功能，以尽量减少资源与能源的损失;以保证边坡防护的良性循环，促进生态环境的可持续发展。

二、原材料性能指标

蜂窝材料设计为蜂窝约束系统，以国产HDPE为主要材料。巢室规格为330-150，锚密度为840mm×735mm梅花排列，锚钎采用φ14-850专用锚钻机。在蜂窝约束系统最上端的横向蜂窝室起始单元处逐格固定，并应安装限位帽。锚钻机应为φ14-850专用锚钎。

三、蜂巢格室系统组成解析

1.巢室结构

蜂巢格室的外观就像蜜蜂居住的蜂巢，有着增加土体的整体性、连贯性、稳定性的作用，蜂巢格室约束系统的原理就是利用平面及立面的高度对土体进行三维立体限制。蜂巢格室是由新型的高分子合成材料，通过超声波焊接而成的三维网状物。将网状物通过连接构件相互连接，再向蜂巢格室内填筑碎石，使其有较强的侧向限制和刚度的结构，从而代替传统的水工互锁砌块，对航道内的土壤进行固定和修复。如图1所示。

2.蜂巢格室的连接构件

试验段河道上口线最宽处可达160m，过水断面大，水流较急，所以只靠蜂巢格室自身以及填筑碎石显然不能满足对土壤的加固及修复作用，除此以外还需要通过许多连接构件将一个个蜂巢格式连接起来，是其达到足够的强度和刚度。如图2所示。

2.1 使用不同抗拉强度的高强度高分子加筋带

为满足蜂巢格室整体的受力稳定性，需使用抗拉强度不同的加筋带，加筋带的作用如下：（1）提供额外稳定性抵御重力、水力及浮力。（2）可用于有高流量或有土工膜垫层、硬土/岩石阻止钎固时。

2.2限位帽

限位帽位于蜂巢格室内部，如图3所示。用于固定高分子网片和连接件，使其连接牢固，限制连接件的水平移动，限位帽主要有两个用途：（1）与特定外径的锚杆组装成专用锚钎。（2）在特定的荷载传导节点上绑扎加筋带，形成一个荷载传导机制。

2.3专用锚钎

在安装蜂巢约束系统过程中，专用锚钎可减少时间和材料成本。专用锚杆是由锚杆及限位帽组成，如图4所示。具有以下优点：（1）比J形钩锚钎更易操作，提高安装生产率且用料更少。（2）加筋带和锚钎阵列可提供额外的锚固以抵御下滑力和/或隆起力。

2.4 连键

连键安装于蜂巢格室内部，如图5所示。起到连接蜂巢格室网片的作用。为更快搭接与拼接巢室而设计的连键，可减少安装成本与工期，而且连接强度比射针铆接强3倍。

四、蜂巢格室约束系统施工技术

1.总体布置

航道设计标准断面为“︺”型，试验段护底及护坡均采用蜂巢格室约束系统，在坡脚与河底连接部位需加锚杆加固，坡顶增加C30F150钢筋混凝土梁进行固定，如图6、7所示。

蜂巢格室整体呈网状，如图8所示。按设计高程及平面位置测量放线，控制蜂巢格室整体的线性，保证约束系统的整齐、美观。

2.施工工艺流程

蜂巢约束系统的施工工艺流程序包括：材料验收、边坡整平和施工准备、铺设土工布、铺设巢室、锚固作业、铺设和压实填料、喷射混凝土施工、表面维护、早期维护等。

3.基槽处理

由于航道土质要满足一定的地基承载力，所以航道开挖采用挖掘机配合人工进行。在开挖前，根据设计高程进行开挖，开挖过程中防止欠挖，严禁超挖。施工时，由挖掘机将上层淤泥清理，开挖至距基面10cm处，改由人工进行开挖，避免对原地基进行扰动。

4.坡体整形

施工时所采用的挖掘机、装载机配合人工进行整形。边坡采用挖掘机、装载机切割，机械无法整形的部分采用人工整形。开挖过程中按设计断面向外开挖50～100cm至竣工线以下。坡面不能有树根等杂物。大碎屑应采用机械清理，小碎屑应采用人工清理。边坡地基应稳定，表面平整，不能有突出或凹陷。

5.无纺布铺设

航道护底护坡采用300g/㎡无纺布，无纺布主要起到反滤的作用，将土体和碎石分开，在蜂巢格室过水后，能够过滤一些泥沙。无纺布铺设前场地上的杂物要清除干净，铺设要求平顺，松紧适度，并与土面贴紧;无纺布上游压下游铺设，相邻块搭接长度不小于300mm，坡面顶部和底部应予固定。

6.铺装巢室

6.1 蜂巢格室铺设

在人工在整理好的无纺布上布置蜂巢格室，蜂窝格室应靠近基面且光滑。铺设时应避免张拉、折叠、起皱等现象。应光滑、有适度弹性，不能拉得太紧。如果出现任何损坏，应及时更换。拉伸幅度从相邻中心对心进行控制。敷设后及时用地脚螺栓固定，防止滑动变形。

6.2特殊形状巢室铺设

⑴ 弧形巢室铺设：通过改变垂直于单个巢室宽度方向的扩展程度，可以轻松适应弧形区域的覆盖。此措施仅适用于安装长度不超过单个巢室宽度的情况。⑵锥形巢室铺设：沿长度方向逐渐改变巢室展开程度。⑶锥形巢室裁接展铺：结合施工实际情况，将展开后的巢室切割成符合施工要求的锥形。⑷巢室弯曲切割铺展：结合施工实际情况将巢室切割成符合施工要求的圆锥体。⑸巢室垂直弯曲铺设：由于坡度或坡度方向的改变，导致坡度转弯。铺设在斜坡上的巢室需要垂直弯曲，以适应斜坡转弯并靠近斜坡。边坡转折处的巢室应采用锚固措施成型，使巢室与边坡相适应。铺设的蜂巢格应紧贴基面、光滑，铺设过程中不能张拉、折叠、起皱等情况。摊铺应光滑、有适度弹性，且不得拉得太紧。

6.3巢室连接

巢室由专用连接工具进行连接。填料之前应连接所有相邻的巢室，以保证巢室表面平整。多片巢室可在展开前预先重叠，以提高安装施工效率。巢室端部飞边连接、巢室壁板连接和巢室剪切端搭接。

7.蜂巢格室锚固

锚固连接件主要由锚杆、限位帽及连接键组成，锚杆是由热轧带肋钢筋锚杆及限位帽组合而成，由其组合成的专业锚杆长度为100cm，锚杆直径为12mm，如图9所示，锚杆密度为1.0个/m2。限位帽的尺寸及规格要与锚杆相匹配，蜂巢格室的连接采用连接键，连接键采用尼龙材质，尺寸和规格要与蜂巢格室相配套。将各个格室连接完成后，方可进行碎石填筑。

8.混凝土梁设置

为确保蜂巢格室约束系统整体稳定性，在坡顶增加钢筋混凝土梁，如图10所示。蜂巢格室与混凝土梁使用锚杆固定。

9.混凝土浇筑

蜂巢格室锚固后，进行混凝土浇筑，混凝土侧格室应于混凝土入仓同时填块石，避免变形。由于混凝土梁层厚较薄，混凝土量较少，且格栅强度不够等因素，混凝土使用人工入模。配备φ30振捣棒等小型震动设备振捣，使混凝土表面呈水平，不再显著下沉、不再出现气泡表面泛出灰浆为止。

10.填筑碎石

蜂巢格室内设计填充碎石，碎石粒径200mm≥D≥40mm。为保证系统稳定不破损，碎石填充需人工进行，且均匀填充。严禁机械装载直在蜂巢格室上卸料装填。顶部超填100mm，厚度共计300mm。

11.植被和早期养护

巢室填充填料后，应及时在斜坡和底部喷洒草籽。草种选用基本不需养护、根系低矮发达的耐涝抗旱的本土植被，采用喷灌机喷播。播草籽时，用高压喷雾器定期喷洒使坡面湿润，养护期根据植被生长情况而定，直到巢室表面形成完整的绿化效果，通常在45天为宜。

12.蜂巢格室质量保证措施

⑴对蜂巢格室进场需对其厂家及其质量进行复检。⑵要尽量减少蜂巢格室的搬运次数，运输过程中要及时苫盖，避免将格室长时间的暴露在阳光下。⑶蜂巢格室施工前，要对基面进行处理，把树根、垃圾、杂草等杂物清理干净，保持基面平整、密实，然后再进行蜂巢格室的铺设。

⑷堤防边坡根据设计断面开挖回填后，应采用机械压实来保证地基的稳定性，表面压实度不应小于90%。坡面采用人工进行修坡，以保证基础表面平整。对于淤泥质软土边坡，只有在开挖和更换合格土后才能铺设蜂巢约束系统。⑸蜂巢格焊接搭接长度不小于10cm。焊接后2h内严禁拉伸搭接面。

⑹在铺设蜂巢格室过程囊，锚杆应牢牢地固定在基础边坡中。当格室展开时应尽可能地拉动格室，并按最大展开面积尽可能地打开，并用锚杆与限制器进行固定，以保证蜂窝靠近斜坡。底脚应牢固可靠。在坡脚底部可提前挖一条50cm的沟槽，将蜂窝的边缘铺入沟槽内固定，然后用填料覆盖压实，或直接将沟槽和蜂窝与混凝土浇筑成一个整体。

⑹要检查蜂巢格室片材的厚度及开孔率，严格要求其拼装工艺及顺序。⑺无纺布采用搭设形式铺设，搭接长度不小于15cm。⑻混凝土振捣中，要避免位移、变形及时处理，浇筑完成后及时进行洒水养护。⑼检查锚杆深度是否符合设计要求。

⑽覆土过程中按坡顶至坡底的顺序，用料斗垂直均匀地振捣抛料，并确保格室内土壤饱满均匀，高出格室面1～2cm。⑾ 蜂窝约束系统生态护坡植草完成后，应注意后期维护，定期洒水和追肥，注意喷头與坡面的距离，确保高压水流不影响地表草坪。

五、工艺总结

1.工艺比较

通过对航道试验段两种工艺施工的记录，将“蜂巢格室约束系统”与水工互锁砌块护底进行对比见表1。

2.工艺成效

⑴蜂巢格室壁板有多孔和压纹结构，通过孔穴内填充的碎石，提供强大的剪切力、摩擦力和侧向排水通道，把上部载荷均匀扩散到地基，以提高地基的承载力，适应地基的不均匀沉降，便于施工期机械作业和日常机械清淤，避免船行波对航道的冲刷破坏，避免冬季的冻涨破坏。⑵两段相同工程量航道同时施工，采用蜂巢格室约束系统施工的1km，完工时间18天，较对比段提前13天，人员设备投入为对比段的2/3。

⑶施工结束后，蜂巢格室剩余废弃材料较少，清理简单。

结语

与传统的工艺相比，蜂巢格室有经济、环保、便于施工等优势，作用上也可以替代水工互锁砌块，在经历了2016年北京“7·20”特大暴雨天气，采用蜂巢格室约束系统施工的1km航道无任何损坏，证明了蜂巢格室应用在航道护底是有很高强度的。现蜂巢格室约束系统已经广泛用于工程当中，在工程的生态环保中起到了重大的作用。

参考文献：

[1]《蜂巢约束系统护坡应用技术导则》（DB23/T1662-2015）

[2]《水利水电工程施工质量检验与评定规程》SL 176-2007

[3]蜂巢约束系统生态护坡技术的工程应用[J].杨潇;朱积有.水利建设与管理.2019-10-23

[4]生态护坡技术在河道治理工程中的应用[J].朱云仓.水利建设与管理       2021-04-23

[5]堤防工程中蜂巢式生态护坡的设计应用[J].谢昊.墙材革新与建筑节能.2019-08-10

[6]程林丽、张炯、夏永清、贺盛文、兰文永.蜂巢格室约束系统生态护坡在机场排水工程中的应用[J].施工技术，2020（S01）：4.