蜂巢格室在天祝县高寒山区生态修复中的应用研究

唐兴平

(天祝藏族自治县水务局，甘肃 天祝 733299)

1 工程概况

石门沟森林消防防火道路岸坡生态修复防护治理属天祝藏族自治县2018年祁连山国家公园体制试点项目。防火道路岸坡位于石门镇石门沟境内，道路建设过程中的开挖对原有地貌、地面植被造成了不同程度的扰动和破坏，形成裸露的基岩面。为适应低碳环保、生态绿化的要求，采用蜂巢格室(由长条形PCA片材经超声波焊接而成，展开后呈蜂窝状立体网格，巢室内的片材上打有孔洞，具有良好的透水性和透气性)植草护坡对石门沟森林消防防火道路岸坡生态进行系统修复和整体保护。设计中使用蜂巢格室片材护坡绿化，种植根系发达的草种(适宜高寒山区生长的披碱草、金露梅、高山柳)，既可固土护坡，又可绿化美化环境；工程建设中对关键项目、工序、工艺通过业主和监理不间断地巡视检查、检测、试验，以及全程、同步的旁站检查、检测、试验，使各个环节紧密连接、环环相扣，确保了蜂巢格室的施工质量、生态修复效果、整体保护效果，取得了明显的生态效益。

2 生态修复、整体保护设计

2.1 道路岸坡低段生态修复、整体保护设计

当道路岸坡的创面垂直高度在3 m以下时，陡缓坡均可直接覆土，以公路左右排水沟边沿为起坡点，上部与创面檐口相接，覆土厚度根据坡面实际情况而定，最小厚度30 cm。坡面平整后，人工撒播适宜祁连山山区生长的披碱草草籽，播种量102 kg/hm2。坡缓宽阔地带，种植祁连山保护区原有物种——祁连圆柏，树高1.5～2.0 m，株行距为2.5 m×2.5 m。

2.2 道路岸坡高段生态修复、整体保护设计

当道路岸坡的垂直高度在3 m以上(本工程岸坡创伤面最大垂直高度为9.8 m)、坡比小于1∶1时，采用蜂巢格室平铺护坡(见图1)，考虑到渗流，底部铺设400 g/m2的土工布，采用钻机凿孔、Φ16 mm锚固筋锚固，将蜂巢格室固定于坡面。当岸坡垂直高度在3 m以上、坡比大于1∶1时，采用叠砌蜂巢格室方法(见图2)，叠砌过程中每4层(0.8 m)铺设土工布一道，采用Φ14 mm锚筋将格室串接成整体。蜂巢格室分别采用L形锚杆和I形连接筋进行固定和连接，L形锚杆直径16 mm、长1.9 m，Ⅰ形连接筋采用长800 mm、直径为14 mm的螺纹锚杆来固定展开的巢室四周部位，锚杆通过专用限制帽固定在巢室壁上。最外侧(外露现场台阶)的蜂巢格室内填装添加肥料的腐殖土，内侧的蜂巢格室内填装砂砾碎石土。蜂巢格室与岩石面之间用砂砾碎石土夯填，要求砂砾碎石土含泥量小于12%，砂砾碎石最大粒径小于6 cm，夯填相对密度不小于0.65 g/cm3。蜂巢格室护坡成形后，在外露格室种植金露梅(阳面)、高山柳(阴面)、披碱草等祁连山保护区原有物种，使修复后的岸坡与山体无缝对接，修复面与原地貌浑然一体。

图1 平铺式蜂巢格室护砌典型设计示意

图2 叠砌式蜂巢格室护砌典型设计示意

2.3 蜂巢格室排水盲沟的研究与应用

石门水库为国务院核准的天祝县一级水源保护地，为了保护水源，避免蜂巢格室护坡冻胀破坏和护坡沉降、塌陷，设置了排水盲沟。蜂巢格室叠砌前，首先在坡脚基面设置排水盲沟，盲沟采用矩形断面，标准断面开挖宽度100 cm、深度30 cm，长度遵循原地形确定，填筑料选择为反滤料。反滤料可模仿高寒山区沟道岸坡效果，实现泥水分离的预处理。在基面和排水盲沟上铺设土工布，以减少填筑料细颗粒流动，增强蜂巢格室护坡稳定性。排水盲沟冬季可避免因填筑料含水量过高而造成的冻胀破坏，夏秋季可避免因填筑料含水量过高而造成的填筑料软化，从而防止蜂巢格式护坡沉降、破坏。与传统生态坡顶端设穿孔管和沟渠相比较，土工布以下设置排水盲沟排水、渗流和稳固边坡的效果更好，无需在顶端修建穿孔管和沟渠，减少了开挖时对原有地貌、植被的扰动和破坏，避免形成裸露的基岩面和混凝土沟渠，生态修复效果更彻底。

3 施工工艺

3.1 土工布铺设

土工布采用人工滚铺方式，按施工区从上往下分块进行铺设，采用波浪形松弛方式并适当留有变形余量，避免折叠、打皱，土工布实际使用面积为工作平台的103%。建基面必须铺设土工布，宽度为格室宽度、填筑料宽度与连接段之和。蜂巢格室叠砌过程中每4层(0.8 m)铺设一层土工布，相邻土工织物块拼接可用搭接法(上游土工布铺在下游土工布上面)，搭接长度不小于15 cm。紧贴山体的土工布用自制Φ16 mm钢筋U形钉钉入山体。土工布铺设完成后应尽快进行后续施工。

3.2 钢筋锚固

锚杆施工前，必须对原有边坡坡面进行人工修整。用架杆、竹胶板及安全网搭设锚杆施工平台，施工平台用锚杆与坡面固定在一起。采用YT24手持式凿岩机，按标注的孔位准确钻孔。钻孔完成后使用高压空气机将岩粉、石子及杂物全部清理出孔，清理必须干净，以免降低水泥砂浆、锚固剂与孔壁岩体的黏结强度。人工缓慢地将锚杆放入孔内，以免锚杆与孔壁撞击击落孔内岩粉。锚孔注浆必须采用孔底返浆方法，直至孔口溢出新鲜浆液，严禁抽拔注浆管或孔口注浆，确保质量达到设计标准。

3.3 蜂巢格室展开

蜂巢格室由生产厂家按设计要求生产供货，运输至施工现场，人工码放、人工展开就位。蜂巢格室铺砌前采用自制的展开固定架将蜂巢格室展开、固定，使其几何尺寸、形状符合设计标准。

3.4 蜂巢格室铺砌

铺砌蜂巢格室第一层时，首先在建基面上铺设土工布：以施工技术图零点为始，沿X轴正方向分段展开并铺砌。在此次实际作业中，根据设计方案，每段格室长4 420 cm、宽870 cm。

进行第n层及以上部位施工时(n≥2)，铺砌方法与第一层类似。不同的是，第n层需要沿第n-1层外沿向内平移一定距离，平移的距离按照设计坡比推算。最顶端一层铺砌完成后，沿X轴正方向设锚固点，锚固点的间排距按设计规定执行。

3.5 蜂巢格室的连接和填料放置

蜂巢格室采用U形卡连接，连接时在每个接头部位U形卡不少于2个。当铺砌作业完成后，采用挖掘机(高度5 m以下)或吊罐(高度5 m以上)将填料运送至工作面空余区域，控制填料落地高度不超过1 m。放置填料作业遵循从外向内的施工顺序，蜂巢格室的填料必须是人工填装，回填范围的填料采用机械填装。填料放置要均匀并且超出巢室高度4～6 cm，以便表面加固和夯实。回填部位夯实后，表面用刮板刮平。填料放置作业完成后，填料的最终高度应与巢室组块上沿平齐。

填料填装并平整后采用人工(最外侧蜂巢格室中的土料)或小型(3T)振动碾(后侧蜂巢格室及回填区域的填料)进行夯实(压实)，经检测相对密度不小于0.65 g/cm3后继续上一层蜂巢格室铺砌，直至达到设计高度。

4 施工质量控制

4.1 锚固试验(对设计锚固参数进行验证)

从原地面开始计算，高度5 m范围内的岩面采用Φ14～16 mm锚杆，间排距2 m×2 m品字形布置。底层锚杆离开地面的高度按照1.0 m控制，不得低于0.8 m。孔径分别采用30、40 mm两种形式，孔深分别采用0.8、1.5、2.0、3.5 m四种深度(现场按岩体性质确定)。锚杆锚固后必须通过锚杆抗拉拔试验，抗拉拔力必须满足设计要求。

4.2 砂砾料粒径控制

排水盲沟铺设的砂砾料粒径必须按照15～30 cm进行控制，压实后对蜂巢铺设建基面进行平整、修整，平整度必须达到设计标准的要求，为蜂巢施工铺设提供有利条件。

蜂巢铺设后填筑的砂砾石料严格控制粒径(最大粒径不大于6 cm、含泥量不大于12%)并达到级配连续均匀，以降低填筑料施工难度、控制蜂巢格网变形、杜绝对蜂巢产生损害。

4.3 蜂巢支撑、固定

加工、制作蜂巢格室支撑、固定用自制专用工具，改进蜂巢支撑、固定工艺，降低蜂巢在支撑、固定过程中受损的几率。蜂巢支撑、固定几何尺寸达到标准后，首先采用人工分层填装、夯实蜂巢格网中的填土，校正、修整蜂巢格网的线条、形状，然后填装蜂巢格网中的砂砾碎石土，待蜂巢格网中的砂砾碎石土填装完成、蜂巢格网固定成型后再移除蜂巢格室支撑、固定的专用工具，并对其他回填部位进行回填。

4.4 填筑料压实(夯实)

蜂巢格网中的填筑料在压实(夯实)过程中，不得先夯实回填部位，必须是先轻压蜂巢格网中的填筑料，再用微型压路机轻压回填部位的填筑料，最后达到设计压实度标准。防止在压实(夯实)过程中蜂巢格网几何尺寸、形状改变，以及因受力不均匀而产生损伤、拉裂等损害。蜂巢格室线形按山体自然坡脚布置，格室坡度根据山体自然坡度自行调整。蜂巢格室中的土料必须人工分层填装、夯实，填土饱满度、格室形状、圆洁度、外观质量必须达到设计标准。

4.5 面积变化率控制

严格控制蜂巢格网面积的变化率(标准面积为29 cm×34 cm，面积的变化率在±3%以内)。填料压实度达到设计标准后采用人工校正、修整蜂巢格网表面，使蜂巢格网表面平整度达到标准，为下层蜂巢铺设、提高工作效率提供有利条件。

4.6 蜂巢锚固

蜂巢格室第一层铺砌完成后按设计布设铅锤锚杆，将蜂巢格室锚固在基础上。布设方式为蜂巢格网连接U型卡处2根，其余2根在格网中均匀布设，入岩深度不小于0.8 m，孔径40 mm，锚杆采用Φ16 mm钢筋，长度1.5 m。

4.7 生产制作指标

蜂巢格室严格控制生产工艺，按照设计尺寸、标准进行生产制作，蜂巢尺寸、颜色、抗裂、抗拉、抗氧化、抗寒等相关指标必须符合设计指标。

5 生态修复、整体保护效果

在蜂巢格室平铺、叠砌的施工过程中严格控制工序、工艺施工质量，按《水利水电工程施工质量标准评定规程》(SL 176—2007)完成施工质量检验，按《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准》(SL 631—2012～SL 637—2012)进行单元工程施工质量验收评定，按《水利水电建设项目验收规程》(SL 223—2008)进行分部工程、单位工程验收。坚持安全、质量第一的方针，在工程建设过程中未发生安全、质量事故，顺利完成工程建设，达到了植草护坡对生态系统进行整体保护和系统修复的要求。

蜂巢格室护坡施工质量控制是工程施工质量控制的核心，通过业主、监理、施工单位共同建立健全的质量保证体系，工艺控制及检查、检测标准。在选取施工方法和工艺控制、质量检测标准的过程中，通过多种试验确定了合理的施工方法、参数、质量控制指标；通过对工序、工艺及施工质量的严格控制(先夯实蜂巢格室填筑料、后夯实回填体)，控制蜂巢格室变形、位移，最大限度降低了沉降量及沉降变形，确保了施工质量。在关键项目、工序、工艺实施过程中，通过业主、监理不间断地巡视检查、检测、试验，以及全程、同步的旁站、检测、试验，使各个环节紧密连接、环环相扣，从而确保了蜂巢格室的施工质量，将受到创伤的山体坡面修复为“青山”，取得了良好的生态修复、整体保护效果(见图3)。

图3 受创坡面及修复效果