蜂巢格室技術在工程方面的應用概述

李吉成

摘 要：蜂巢格室是一種新型的高強度土工合成材料，是采用高分子納米復合材料是一種經超聲波針式焊接而后形成的具有三維立體網狀結構的格室系統。該結構體系能夠伸縮自如，在運輸過程中可折疊，在施工過程中可張拉成具有蜂窩狀結構的立體網格，當填入混凝土、碎石、殘渣、泥土等物料，能形成一種具有大剛度和強大側向限制力的結構體。其具有良好的力學性能、地形適應性、長期耐久性、環保性等特點，可廣泛應用于邊坡防護、穩固路基、河道治理、水土保持及生態修復等方面。

關鍵詞：蜂巢格室；柔性結構；坡面防護；穩固路基

0 引言

隨著經濟社會的快速發展，各類工程建設層出不盡，生態環境破壞越來越嚴重，其中邊坡失穩、滑坡、崩塌等災害頻發，嚴重危害著當地的生態安全。近年來，在加強生態文明建設，促進自然景觀恢復的環境下，礦山修復、邊坡生態治理等如火如荼的進行，但是考慮到人與自然的可持續發展，需要考慮的治理方式有待進一步探討。

為了有效進行生態恢復，從上世紀50年代起，針對由于工程建設所產生的裸露坡面的綠化工程技術進行了探索，形成了以植被修復為主，工程措施為輔的裸露坡面治理思路，也成為了防治水土流失的最有效的手段[1]。此外，研究表明，采用機械噴播的方法將具有種子、肥料等的基質噴灑到坡面上，形成具有一定后的植生層，該植生層不僅具有抗水流侵蝕的能力，而且可以為植物的生長提供來一生存的土壤條件，從而促進植被的恢復，形成自然植被的坡面保護層。

目前，國內較為常用的邊坡治理技術主要包括兩大類：工程防護與生態防護技術。生態防護技術中不僅包括單純的植物防護技術，而且還包括植被與工程相結合的復合防護技術。而常見的工程防護措施包括：有漿砌片石護墻、三合土抹面、擋土墻、掛網噴錨、噴混凝土、抗滑樁等。常見的植被防護措施則主要包括：液力噴播防護技術、客土噴播防護技術、三維植被網防護技術等 [2-5]。

目前護坡工程應用最火的土工材料當屬蜂巢格室，此蜂巢非蜂巢，他是根據普通土工格室研究出更直接更有效的一種新型的蜂巢格室。我國從九十年代初開始進行研究，在吸收國外經驗的基礎上，開始了對蜂巢格室的開發及研究工作，并在固定松散介質、道路基床防治等方面取得了重大突破[6]。蜂巢格室是一種新型的高強度土工合成材料，是采用高分子納米復合材料經超聲波針式焊接而成的一種三維立體網狀格室結構。

1 蜂巢格室技術原理

其基本原理的關鍵是“三維限制”，將變形集中在三維的空間內，由于蜂格的柔性結構特點可以承受外在荷載及所引起的變形。

這是由于當荷載作用在地基表面的時候，依據泰勒和普朗特爾理論可以得到：在集中荷載作用下，地基的主動區受壓后下沉，同時將作用向兩側進行分解并傳遞給過渡區，然后再傳給被動區，因此，被動區就很容易在力的作用下發生形變進而隆起。

在集中載荷的作用下，主動區受力后仍然會將所受到的外力傳遞給過渡區，但是由于格室側壁的限制和臨近格室之間的反作用力、格室壁與填料之間的摩擦力形成的橫向阻力，從而抑制了被動區和過渡區橫向移動，結果是使路基承載能力得到了提高。經過檢測和試驗，在格室相互之間的限制作用下，中密砂的粘聚力可增加30多倍。這也說明，通過增加路基材料整體的抗剪力或抑制主動區、過渡區和被動區三個區域的移動可以有效提高地基承載力，這就是蜂巢格室的基本原理。

2 蜂巢格室的特點

蜂巢格室材料具有良好的力學性能。蜂巢格室具有很高的耐熱老化性能，在經過熱氧化試驗之后，在70℃條件下其拉伸屈服強度可下降30%，使得其使用壽命可達50年以上，適合于不同填筑材料。具體特點如下：

（1）良好的力學性能，具有較高的承載能力和良好的動力學性能，抗沖蝕能力強，在較高的側向限制作用下，可以使得整個結構防滑、防變形，從而有效地提高路基承載能力以及分散荷載作用的能力。

（2）柔性結構，可適應地形的輕微起伏，可適應一定的不均勻沉降，最大限度地保留自然形態的地形，結構安全性好，且工程痕跡少；

（3）節能環保：可就地取材，使用當地材料或者低成本的材料作為格室填料，很少使用混凝土，從而可大幅度降低材料費用以及可能的運輸費用，進而降低成本；

（4）生態美觀：填充合適的填料，可種植不同的植物，外形美觀，景觀性好；

（5）用工量少，不需要特別的機械設備，施工中連接簡單易行，施工工藝簡單，工程效率高，且可以反復使用；

（6）耐久性好：其材質較輕，具有良好的耐磨性，化學性質較為穩定，耐老化性、耐酸堿腐蝕性能良好，可保證其使用的長期耐久性。

（7）蜂巢格室的高度、長度、寬度、焊炬都可以根據項目的實際需要進行調整。

3 蜂巢格室技術的應用領域

蜂巢格室旨在解決坡面表土穩定與保護、陡坡土體穩固、硬質駁岸生態修復等問題，在公路生態擋墻、河道硬質駁岸修復、各類土質的地基穩固、高陡邊坡防護等方面。

（1）用于承載重力的生態擋墻

根據尺寸要求，可以從下到上形成一層堅固的外墻壁面，可以與回填土牢固的結合在一起，形成一個完整統一的結構體。在遇到傳統的一些重力結構無法使用的情況下，格室的填方可采用就地取材，從而大大降低了工程成本。

（2）河道硬質駁岸修復、河道河岸綜合治理

三面立體方格可以加強填方的強度，有效防止水土流失，增加其載重能力，從而可以減少河道治理的施工成本。

（3）各類土質路基穩固

其中包括處理半填半路基、風沙地區路基、臺背路基填土加筋、多年凍土地區路基、黃土濕陷路基處理、鹽漬土、膨脹土路基穩固。

在地面自然坡度徒于1：5的斜坡上修筑路堤時，利用蜂巢格室本身的立面側限可實現加筋效應，可更好的解決路面地基不均勻沉陷的問題。其中，風沙地區的路基應以低路堤為主，采用蜂巢格室系統，可對松散填料起到側向限制作用，在有限的高度范圍內有效保障路基具有較高的剛度與強度，從而可以承受各種車輛的壓力荷載應力。而對于在常年凍土區的修筑填方路基，蜂巢格室特有的立面加筋效應和有效的落實的整體側限性。

（4）高陡邊坡及堤壩的防護

蜂巢格室在用于坡面防護的時候，鋪開的格室系統，可在邊坡外圍形成一層層的“擋墻”，從而可顯著減緩水流的徑流速度，避免較快的形成坡面徑流，從而保護坡面的抗侵蝕性和穩定性。格室建成后，可在個室內填充腐殖質、土壤等，并終止一定的草本植物以及灌木，從而在保證原始坡面穩定的情況下，還可以實現坡面的植被恢復及綠化效果，這不僅有良好的工程意義，而且還會帶來一定的環境效益和環保價值。此外，蜂巢格室在具有很強整體性的同時，還可以顯示出一定的柔性，可抵抗外力作用下的變形破壞，有效彌補結構在松動、出現局部塌陷或者架空情況下的缺陷。同時，該措施施工便捷，成本造價相對較低，是一種具有實際應用價值的理想的坡面防護材料和措施。endprint