蜂巢格室技术在工程方面的应用概述

李吉成

摘 要：蜂巢格室是一种新型的高强度土工合成材料，是采用高分子纳米复合材料是一种经超声波针式焊接而后形成的具有三维立体网状结构的格室系统。该结构体系能够伸缩自如，在运输过程中可折叠，在施工过程中可张拉成具有蜂窝状结构的立体网格，当填入混凝土、碎石、残渣、泥土等物料，能形成一种具有大刚度和强大侧向限制力的结构体。其具有良好的力学性能、地形适应性、长期耐久性、环保性等特点，可广泛应用于边坡防护、稳固路基、河道治理、水土保持及生态修复等方面。

关键词：蜂巢格室；柔性结构；坡面防护；稳固路基

0 引言

随着经济社会的快速发展，各类工程建设层出不尽，生态环境破坏越来越严重，其中边坡失稳、滑坡、崩塌等灾害频发，严重危害着当地的生态安全。近年来，在加强生态文明建设，促进自然景观恢复的环境下，矿山修复、边坡生态治理等如火如荼的进行，但是考虑到人与自然的可持续发展，需要考虑的治理方式有待进一步探讨。

为了有效进行生态恢复，从上世纪50年代起，针对由于工程建设所产生的裸露坡面的绿化工程技术进行了探索，形成了以植被修复为主，工程措施为辅的裸露坡面治理思路，也成为了防治水土流失的最有效的手段[1]。此外，研究表明，采用机械喷播的方法将具有种子、肥料等的基质喷洒到坡面上，形成具有一定后的植生层，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来一生存的土壤条件，从而促进植被的恢复，形成自然植被的坡面保护层。

目前，国内较为常用的边坡治理技术主要包括两大类：工程防护与生态防护技术。生态防护技术中不仅包括单纯的植物防护技术，而且还包括植被与工程相结合的复合防护技术。而常见的工程防护措施包括：有浆砌片石护墙、三合土抹面、挡土墙、挂网喷锚、喷混凝土、抗滑桩等。常见的植被防护措施则主要包括：液力喷播防护技术、客土喷播防护技术、三维植被网防护技术等 [2-5]。

目前护坡工程应用最火的土工材料当属蜂巢格室，此蜂巢非蜂巢，他是根据普通土工格室研究出更直接更有效的一种新型的蜂巢格室。我国从九十年代初开始进行研究，在吸收国外经验的基础上，开始了对蜂巢格室的开发及研究工作，并在固定松散介质、道路基床防治等方面取得了重大突破[6]。蜂巢格室是一种新型的高强度土工合成材料，是采用高分子纳米复合材料经超声波针式焊接而成的一种三维立体网状格室结构。

1 蜂巢格室技术原理

其基本原理的关键是“三维限制”，将变形集中在三维的空间内，由于蜂格的柔性结构特点可以承受外在荷载及所引起的变形。

这是由于当荷载作用在地基表面的时候，依据泰勒和普朗特尔理论可以得到：在集中荷载作用下，地基的主动区受压后下沉，同时将作用向两侧进行分解并传递给过渡区，然后再传给被动区，因此，被动区就很容易在力的作用下发生形变进而隆起。

在集中载荷的作用下，主动区受力后仍然会将所受到的外力传递给过渡区，但是由于格室侧壁的限制和临近格室之间的反作用力、格室壁与填料之间的摩擦力形成的横向阻力，从而抑制了被动区和过渡区横向移动，结果是使路基承载能力得到了提高。经过检测和试验，在格室相互之间的限制作用下，中密砂的粘聚力可增加30多倍。这也说明，通过增加路基材料整体的抗剪力或抑制主动区、过渡区和被动区三个区域的移动可以有效提高地基承载力，这就是蜂巢格室的基本原理。

2 蜂巢格室的特点

蜂巢格室材料具有良好的力学性能。蜂巢格室具有很高的耐热老化性能，在经过热氧化试验之后，在70℃条件下其拉伸屈服强度可下降30%，使得其使用寿命可达50年以上，适合于不同填筑材料。具体特点如下：

（1）良好的力学性能，具有较高的承载能力和良好的动力学性能，抗冲蚀能力强，在较高的侧向限制作用下，可以使得整个结构防滑、防变形，从而有效地提高路基承载能力以及分散荷载作用的能力。

（2）柔性结构，可适应地形的轻微起伏，可适应一定的不均匀沉降，最大限度地保留自然形态的地形，结构安全性好，且工程痕迹少；

（3）节能环保：可就地取材，使用当地材料或者低成本的材料作为格室填料，很少使用混凝土，从而可大幅度降低材料费用以及可能的运输费用，进而降低成本；

（4）生态美观：填充合适的填料，可种植不同的植物，外形美观，景观性好；

（5）用工量少，不需要特别的机械设备，施工中连接简单易行，施工工艺简单，工程效率高，且可以反复使用；

（6）耐久性好：其材质较轻，具有良好的耐磨性，化学性质较为稳定，耐老化性、耐酸碱腐蚀性能良好，可保證其使用的长期耐久性。

（7）蜂巢格室的高度、长度、宽度、焊炬都可以根据项目的实际需要进行调整。

3 蜂巢格室技术的应用领域

蜂巢格室旨在解决坡面表土稳定与保护、陡坡土体稳固、硬质驳岸生态修复等问题，在公路生态挡墙、河道硬质驳岸修复、各类土质的地基稳固、高陡边坡防护等方面。

（1）用于承载重力的生态挡墙

根据尺寸要求，可以从下到上形成一层坚固的外墙壁面，可以与回填土牢固的结合在一起，形成一个完整统一的结构体。在遇到传统的一些重力结构无法使用的情况下，格室的填方可采用就地取材，从而大大降低了工程成本。

（2）河道硬质驳岸修复、河道河岸综合治理

三面立体方格可以加强填方的强度，有效防止水土流失，增加其载重能力，从而可以减少河道治理的施工成本。

（3）各类土质路基稳固

其中包括处理半填半路基、风沙地区路基、台背路基填土加筋、多年冻土地区路基、黄土湿陷路基处理、盐渍土、膨胀土路基稳固。

在地面自然坡度徒于1：5的斜坡上修筑路堤时，利用蜂巢格室本身的立面侧限可实现加筋效应，可更好的解决路面地基不均匀沉陷的问题。其中，风沙地区的路基应以低路堤为主，采用蜂巢格室系统，可对松散填料起到侧向限制作用，在有限的高度范围内有效保障路基具有较高的刚度与强度，从而可以承受各种车辆的压力荷载应力。而对于在常年冻土区的修筑填方路基，蜂巢格室特有的立面加筋效应和有效的落实的整体侧限性。

（4）高陡边坡及堤坝的防护

蜂巢格室在用于坡面防护的时候，铺开的格室系统，可在边坡外围形成一层层的“挡墙”，从而可显著减缓水流的径流速度，避免较快的形成坡面径流，从而保护坡面的抗侵蚀性和稳定性。格室建成后，可在个室内填充腐殖质、土壤等，并终止一定的草本植物以及灌木，从而在保证原始坡面稳定的情况下，还可以实现坡面的植被恢复及绿化效果，这不仅有良好的工程意义，而且还会带来一定的环境效益和环保价值。此外，蜂巢格室在具有很强整体性的同时，还可以显示出一定的柔性，可抵抗外力作用下的变形破坏，有效弥补结构在松动、出现局部塌陷或者架空情况下的缺陷。同时，该措施施工便捷，成本造价相对较低，是一种具有实际应用价值的理想的坡面防护材料和措施。endprint