蜂巢格室在河道硬质驳岸生态复绿中的应用——以天水成纪新城滨河景观工程边坡生态修复试验段为例

任 柯，申新山，王海霞,杨 宁

(1.北京世纪绿色科技有限公司，北京 100096； 2.潍坊市水利移民管理办公室，山东 潍坊 261000；3.井冈山大学 后勤保障处，江西 吉安 343009)

蜂巢格室在河道硬质驳岸生态复绿中的应用
——以天水成纪新城滨河景观工程边坡生态修复试验段为例

任 柯1，申新山1，王海霞2,杨 宁3

(1.北京世纪绿色科技有限公司，北京 100096； 2.潍坊市水利移民管理办公室，山东 潍坊 261000；3.井冈山大学 后勤保障处，江西 吉安 343009)

蜂巢格室；硬质驳岸；生态复绿；应用

蜂巢格室柔性护坡技术是一门新兴的边坡生态复绿技术，它将蜂巢格室与植物措施结合起来，主要解决河道硬质驳岸与河道景观、生态环境之间的矛盾。蜂巢格室柔性护坡技术在甘肃省运用尚属首次，在天水成纪新城滨河景观工程边坡生态修复试验段中，对该技术在西北半干旱地区的适应性进行了一定的探索。阐述了蜂巢格室柔性护坡技术的原理与要点，介绍了施工工艺，分析了工程应用前景。

我国幅员辽阔，气候多样，河流、湖泊众多，水旱灾害频繁。为了“兴水利、除水害”，人们建设了各种水利设施，如堤防、水库、沟渠、池塘等，产生了大量的边坡。针对随之而来的水土流失与边坡破坏，人们采取了很多措施，但受传统观念、技术、材料、工法等的制约，在以往的边坡防护中，护坡结构多采用浆砌石或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、混凝土预制块护坡等硬质护坡。这些护坡结构强度高、安全性好，满足了行洪、蓄水、排涝、灌溉等功能性要求，但同时也带来了一些负面效应。密闭的岸坡、挡墙对水域范围内的生态环境造成了胁迫，传统护坡材料如浆砌石、混凝土、混凝土预制块等阻断了水体和近岸陆地土壤之间的联系和物质交换，破坏了江河、湖泊等水体生态系统，破坏了水陆两栖动物及水生植物、鱼类、昆虫、微生物的生存空间，导致生物多样性下降、水体自净功能降低甚至完全丧失；单一的坡面线、灰色的岸坡和挡墙与周围环境不协调；人类的生产、建设活动大量侵占水体生态系统，沿岸水文化缺乏，有水不近水，难以满足人民群众日益增长的亲水、休闲、娱乐需求，也不符合水生态文明建设的要求。

随着经济、社会及科技的快速发展，水利建设及治理观念已由“工程水利”向“生态水利”转变，硬质驳岸生态修复技术也随之出现。通过硬质驳岸生态修复技术，尽可能地对硬质驳岸给生态环境带来的负面影响加以消除或修复，可恢复岸坡与水体之间的联系，形成水-土-生物之间良性循环的边坡生态系统，改善和保护生态环境。笔者结合天水成纪新城滨河景观工程边坡生态修复试验段的探索实践，对蜂巢格室柔性护坡技术的特点和施工工艺进行阐述，以供同类工程建设及研究参考。

1 项目简介

1.1 项目概况

天水成纪新城滨河景观工程边坡生态修复试验段位于藉河天水城区段左岸、孙家坪大桥下游约100 m处，原为混凝土护坡，防洪安全性好，但景观效果差，难以满足水生态文明的要求，计划进行生态修复。护坡试验段面积260 m2，长度20 m，坡长13 m，坡比1∶1。

1.1.1 气候特征

天水市城区附近属温带半湿润气候，年平均气温为11 ℃。最热月7月，平均气温为22.8 ℃；最冷月1月，平均气温为-2.0 ℃。年平均降水量491.7 mm，年均日照时数2 100 h。冬无严寒，夏无酷暑，春季升温快，秋季多连阴雨，气候温和，四季分明，日照充足，降水量适中。

1.1.2 地质地貌

天水境内山脉纵横，地势西北高东南低，海拔1 000～2 100 m。中部小部分地区为渭河河谷地貌，渭河及其支流横贯其中，形成宽谷与峡谷相间的盆地与河谷阶地。土壤在河流和沟谷区为冲击、洪积物形成的淤淀土、草甸土，经过开垦耕种熟化而形成以黄绵土、黑垆土为主的耕作土壤。

1.1.3 水文特征

藉河发源于甘肃省天水市秦州区和甘谷县交界处的龙台山景东梁东麓，东流经天水市城区，至麦积区北道埠峡口汇入渭河。

藉河全长85 km，流域面积1 267 km2，多年平均流量4.12 m3/s、年径流量1.3亿m3。藉河流域属黄土梁峁沟壑区，地形西高东低，海拔1 193～2 710 m，水土流失较严重，年平均土壤侵蚀模数4 650 t/km2。

1.2 预期目标

试验段完成后应达到以下效果：①护坡具有良好的防洪及防冲功能，安全性好；②植物能够正常生长，植被覆盖率达到85%以上，具备一定的景观效果。

1.3 重点难点分析

本次修复较为困难，主要体现在以下几点：

(1)原状坡面为混凝土硬质坡面，坡比为1∶1，种植土的回填、固定较为困难，而天水地区雨水主要集中在夏秋两季，且多以阵雨、暴雨等形式出现，坡面的土体含水量会很快达饱和，然后产生坡面径流，造成水蚀。如不采取有效措施，回填的种植土将在雨水径流、自重的作用下冲蚀、滑落殆尽，同时伴随着养分大量流失。因此，如何采用切实有效的措施，将种植土保持在坡面上并有效防止雨水冲蚀，保土保肥，是本项目硬质驳岸生态修复遇到的第一个难题。

(2)坡面土层较薄，土层可涵养和滞留的水分很少，而夏季、初秋高温炎热，蒸发量大，河道原护坡结构混凝土基础吸收热能，加热土层，更加剧了土层中水分的蒸发，严重影响植物生长。因此，如何选用合适的养护和保水方式，控制养护出水流量，既保持坡面土体湿润，又不会产生坡面径流，使植物得到充足、持续的水分供应，是硬质驳岸生态修复遇到的第二个难题。

(3)坡面立地条件差，土层薄，植物生长环境恶劣。因此，如何筛选出耐寒、耐旱、耐高温、耐瘠薄、根系发达、绿期长的植物，是硬质驳岸生态修复遇到的第三个难题。

1.4 修复方案

本项目硬质驳岸生态修复难度较大，经过现场踏勘，综合考虑现场施工条件、环境因素和期待效果，经过方案比选，决定采用以下方案：在坡面上铺设蜂巢格室，高度为20 cm，锚杆固定；回填改良过的种植土；布设微润灌溉系统；环保椰纤维毯苫盖。

2 方案介绍

2.1 蜂巢格室柔性护坡技术

2.1.1 技术简介

蜂巢格室(图1)是采用高分子纳米复合合金材料经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构。该结构伸缩自如，运输时折叠，施工时张拉成网状，展开后成蜂窝状的立体网格，填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体。

图1 蜂巢格室大样图

蜂巢格室柔性护坡是近年来兴起的一种生态护岸形式，是将高强度蜂巢格室展铺、锚固在基础或坡面上，并向其中回填土、集料、混凝土等填料，从而在基础或坡面上形成柔性保护层，有效地保持水土。

采用蜂巢格室构建的柔性护坡，结构灵活，对地形的适应性强，稳定性好，耐冲刷，安全可靠，同时又能根据项目特点和需要在蜂巢格室内回填种植土，选种合适的灌、草植物(含野花组合)，将陆生植物、挺水植物和沉水植物结合起来，达到保持水土和美化景观的双重效果。蜂巢格室硬质驳岸生态修复示意图见图2。

图2 蜂巢格室硬质驳岸生态修复示意

2.1.2 技术特点

(1)蜂巢格室为柔性结构，可适应一定的不均匀沉降和地形的轻微起伏，结构安全性好，工程痕迹少。

(2)蜂巢格室的蜂窝状结构可将坡面分隔成多个相对独立的单元，防冲蚀能力强，可有效抵抗强降雨带来的坡面雨水径流冲刷，避免连续冲沟的形成，减少水土流失[1]。

(3)蜂巢格室内回填植物生长所需的土壤后，可根据项目所在地气候、水文、地质特征选种合适的小灌木、草本植物(含野花组合)等，生态美观，景观性好。

(4)蜂巢格室裁剪、拼接方便，施工工艺简单，工程进度快。

2.2 微润灌溉系统

2.2.1 技术简介

微润灌溉技术是用微量的水以缓慢渗透方式给土壤供水，使土壤保持湿润的一种新型地下灌溉方式。微润灌溉的给水器有两种：一种是管状的，称“微润管”；一种是袋状的，称“微型水库”。本项目采用的是微润管。

微润管是一种以半透膜为核心材料制成的软管状给水器，具有双层结构，是充分利用半透膜特性，将膜技术引进灌溉领域而制成的一种新型给水器。其特点是软管壁上没有固定孔距的孔，但内壁上的每一点都有数量巨大的微孔，孔的数量为10万个/cm2以上，孔径为10～900 nm，孔径分布在半透膜尺度范围内，具有半透膜特性。膜壁上孔的大小允许水分子通过，而不允许较大的分子团和固体颗粒通过。当管内充满水时，水分子通过这些微孔向管壁外迁移，如果管子埋在土壤中，水分就会进一步向土壤迁移，使土壤湿润，起到灌溉作用。由于这种管子是以不停地微量渗出的方式给水，土地是以逐渐润湿的方式受到灌溉，所以将这种给水器称为微润管，将用微润方式灌溉的技术方法称为微润灌溉技术。

微润管水平铺设时形成的湿润体示意图见图3。湿润体直径大小可通过水箱中的水位(或减压阀的压力)来调节。

图3 微润管与湿润体(水平铺设时)示意

微润灌溉技术具有提高水分利用率、保证植物根系需水、水肥一体、降低面源污染、减少水土流失、提高作物品质、增产增收、低能耗、高节水的特征，可广泛应用于农业、林业生产和城市绿化、水土保持、荒漠化治理等领域。

2.2.2 灌溉方案

针对本地区实际情况，试验段养护方法采用微润灌溉系统：在坡顶设置2个容量为2 m3的塑料储水桶，从河道中抽水补给；在坡面上布设微润管，主管通过三通与塑料储水桶连接，自压灌溉。

2.3 植物种的选择

2.3.1 植物选择标准

植物的配置需要根据项目区的情况，结合当地气候特征做出选择。植物选择标准为：①选择抗旱、耐涝、耐寒、耐瘠薄的植物种类；②选择多种生活型的植物种类(草本、灌木)，以乡土植物为主，适当引入外来物种；③选择繁殖能力强的植物种类，它们能通过风力传播种子或通过根茎蔓延繁殖，后期补植、维护工作量小；④引入豆科植物，利于改良土壤和促进其他植物的生长；⑤植物种类的选择要结合景观效果和经济效益。

2.3.2 选用的植物品种

植物配置采用草灌混播，以保证生物群落的多样性，营造立体化生态化景观效果，使生物种群合理化，生态治理景观化，生物群落自然繁衍而与自然景观相近，达到景观与生态修复并行的双赢效果。

本项目所选用的植物品种及用量见表1。

表1 植物品种及种子用量

3 施工工艺

3.1 蜂巢格室技术指标、材料选择

3.1.1 技术指标

蜂巢格室材料选用高分子纳米合金。材料的性能应符合表2的要求，格室的物理性能应符合表3的要求。

表2 蜂巢格室材料性能

表3 蜂巢格室物理性能

3.1.2 格室选择

选用焊缝间距445 mm、高度为200 mm的蜂巢格室。

3.2 施工工序

工序流程：坡面清理→坡面放线打孔、锚杆布设→铺设土工格栅、土工布→蜂巢格室铺设、连接与固定→回填种植土→封顶及坡脚防护→播种→微润灌溉系统布设→苫盖→养护管理。

3.2.1 坡面清理

清除坡面的碎石、塑料、纸屑等杂物。

3.2.2 坡面放线打孔、锚杆布设

首先确认蜂巢格室在坡面上的铺设位置、边界，根据单个蜂巢格室张拉开之后的长度、宽度，通过画线或者使用放样工具确定格室铺设的位置、与相邻格室连接处的位置，然后在相应位置打孔、布设锚杆。锚杆采用Φ14热轧带肋钢筋与限位帽组合成专用锚杆，长度50 cm。钻孔深度30 cm，锚杆垂直钉入孔内，外露20 cm。

锚杆位置与密度：①在坡顶和坡脚处，每隔0.34 m设置一根锚杆，以确保蜂巢格室紧紧地固定在坡面上，不发生整体移动；②在坡面中间，锚杆横向间距为1.02 m，纵向间距为1.12 m，呈梅花形布置，以确保格室张拉均匀，避免格室在回填种植土时受挤压变形[2]。

3.2.3 铺设土工格栅、土工布

土工格栅从坡顶自上而下铺设，格栅要整齐、平整、紧贴坡面；土工格栅应超出坡顶、坡脚各10～15 cm，便于进行封顶和坡脚防护。相邻格栅之间搭接5 cm，并用扎丝与锚杆绑扎牢固。

土工格栅铺设、固定完成后，在其上铺设一层土工布，起隔离、反滤、排水作用，规格为200 g/m2。土工布采用人工滚铺方式，自然搭接，搭接长度不小于20 cm，遇锚杆处直接套入。

3.2.4 蜂巢格室铺设、连接与固定

(1)蜂巢格室展铺时，按由坡顶到坡脚的施工顺序，先将最上部格室张拉开、套入坡顶锚杆，然后将格室顺坡向下拉展到指定长度，将蜂巢格室展开、拉直，挂在已经布设好的锚杆上，紧贴土工布铺平，避免张拉受力、折叠、打皱等情况发生，力求平顺，松紧适度，不得绷拉过紧。

(2)蜂巢格室连接。连接固定构件主要有螺母和连接键。螺母用于格室端头的连接，连接键用于格室壁板间的快速连接。螺母与连接键尺寸及规格应与格室配套。

(3)蜂巢格室锚固。用限位帽将锚杆与蜂巢格室壁板连接。

3.2.5 回填种植土

蜂巢格室安装并锚固完成后，应及时进行覆土作业。

选取符合植生要求的种植土，种植土的质量必须满足植物生长的需要，酸碱性适中，不能有大量的碎石和废弃物等杂质。

植物根系具有趋水、趋肥性，由于坡面基底为硬质驳岸，透水性差，植物根系难以获得足够的水分和养分，影响后期植生效果，因此应对回填的种植土进行改良。首先，清除种植土中的树根、碎石、纸屑等杂物；其次，在种植土内加入有机质、长效缓释肥料、保水剂等，提高土壤肥力，保水固土。

之后，按图纸要求的厚度，将种植土均匀分层摊铺在蜂巢格室中。

由于坡面坡度较大，机械施工困难且易压坏蜂巢格室，因此种植土摊铺宜人工进行。所填种植土为松方，会在雨水、自重作用下密实，摊铺时应将种植土用脚踩实并超填5～6 cm。为了节省人工、加快摊铺速度，也可用挖掘机将种植土倒运至已摊铺完毕的格室上，再由人工往下摊铺、平整。

3.2.6 封顶及坡脚防护

蜂巢格室铺设时，需进行封顶和坡脚防护。封顶宽度不小于一个格室长度。坡脚防护可采用平铺、埋压、叠砌等形式，不论采用何种形式均应满足水流冲刷要求，冲刷深度满足规范和设计要求[3]。

3.2.7 播 种

播种时将种子、复合营养肥料等按比例混合均匀，撒播于种植土表面，并用耙子将种子混入种植土中，深度以1～2 cm为宜。

3.2.8 微润灌溉系统布设

在坡顶用砖块、方木砌筑1 m高的支架，在其上放置2个卧式塑料储水桶，单个容积为2 m3，共4 m3，作为养护水源，用汽油吸水泵从河道中抽水补给。储水桶底部出水管连接微润灌溉系统的主管，浇水时打开阀门，在水位差的作用下，自流灌溉。

在种植土表面铺设微润管，沿坡长方向布设1道主管，支管水平布设，沿坡长方向每隔0.5 m一道，用接头与主管连接起来，接头处安装减压阀。支管用U型铆钉固定在种植土上，铆钉采用8#铁丝制作，长度不小于20 cm，弯钩5 cm。

3.2.9 苫 盖

微润灌溉系统布设完成后，将坡面用环保椰纤维毯苫盖，以减少水分蒸发，防止种子被鸟类啄食或被雨水冲走。

从坡顶开始由上往下将环保椰纤维毯平顺摊开，相接处搭接10 cm，并用U型铆钉固定，铆钉规格尺寸见3.2.8。

3.2.10 养护管理

环保椰纤维毯铺设及锚固完成后，立即打开微润灌溉系统的出水阀，进行养护，保持土层湿润，之后根据天气情况适时补水。

在植物生长过程中，应及时清除格室内的杂草，适时施肥和防治病虫害，施肥原则是少量多次。在植物成活后加强植物的抗逆性锻炼，逐渐减少浇水、施肥次数，以促进植物根系往深处生长。

4 复绿效果

本项目于2015年3月25日进场施工，至2015年4月30日完成，历时37天。其中蜂巢格室柔性护坡4月25日开始施工，至4月30日，蜂巢格室铺设、锚固和土壤改良、回填种植土、播种、微润灌溉系统布设等工序全部完成，进入养护管理阶段。

5月5日，部分草种幼苗开始露头，至5月15日幼苗已经比较整齐；到6月中旬，植物高度达到20 cm以上，覆盖度达到60%以上；至7月中旬，植物高度达到40 cm以上，坡面上多种野花盛开，植被覆盖度达到85%，达到预期目标。

雨季过后，2015年10月，经过实地踏勘，蜂巢格室柔性护坡系统经历了一场暴雨、多场连续阴雨天气的考验，种植土流失率小于5%，坡面无明显、连续冲沟，蜂巢格室锚固良好、无明显滑移，保土、防冲效果良好。

5 结 语

河道硬质驳岸生态修复是一个长期、系统的工作。其中，选用科学的水土保持技术、恢复坡面种植土层、构建适合植物生长的基础环境、引入适宜的植物种类、选用合适的养护方式是生态修复的关键。在西北半干旱地区，应充分考虑土壤结构及营养、土壤水分保持、植被物种选择、养护管理这几点，尽可能地采取本地物种，构建先锋植物群落，为植被恢复目标的实现创造有利条件。

通过甘肃省天水成纪新城滨河景观工程边坡生态修复试验段的实践，基本解决了立地条件差、缺乏土壤、水土流失、保水保肥困难等难题，达到了项目预期目标，得到了建设单位的充分肯定，为西北半干旱地区河道硬质驳岸的生态修复提供了一种切实可行的技术。相信随着河道硬质驳岸生态修复工作的进一步展开，蜂巢格室柔性护坡技术将得到更多的应用和发展。

[1] 杨晓华,王文生.土工格室生态护坡在黄土地区公路边坡防护中的应用[J].公路,2004(8):183-186.

[2] 孟博,朱永涛,张志华,等.土工材料在河道生态治理中的应用技术研究[J].山西建筑,2015(23):220-222.

[3] 李晋,唐勇,朱霞,等.土工格室植被护坡应用研究[J].山东交通学院学报,2008,16(1):56-60.

(责任编辑 徐素霞)

S157.2

A

1000-0941(2017)10-0037-05

任柯(1987—)，男，河南三门峡市人，助理工程师，学士，主要从事各类边坡水土保持与生态修复、河道生态护坡复绿等工作。

2017-04-15