蜂巢格室在天祝縣高寒山區生態修復中的應用研究

唐興平

(天祝藏族自治縣水務局，甘肅 天祝 733299)

1 工程概況

石門溝森林消防防火道路岸坡生態修復防護治理屬天祝藏族自治縣2018年祁連山國家公園體制試點項目。防火道路岸坡位于石門鎮石門溝境內，道路建設過程中的開挖對原有地貌、地面植被造成了不同程度的擾動和破壞，形成裸露的基巖面。為適應低碳環保、生態綠化的要求，采用蜂巢格室(由長條形PCA片材經超聲波焊接而成，展開后呈蜂窩狀立體網格，巢室內的片材上打有孔洞，具有良好的透水性和透氣性)植草護坡對石門溝森林消防防火道路岸坡生態進行系統修復和整體保護。設計中使用蜂巢格室片材護坡綠化，種植根系發達的草種(適宜高寒山區生長的披堿草、金露梅、高山柳)，既可固土護坡，又可綠化美化環境；工程建設中對關鍵項目、工序、工藝通過業主和監理不間斷地巡視檢查、檢測、試驗，以及全程、同步的旁站檢查、檢測、試驗，使各個環節緊密連接、環環相扣，確保了蜂巢格室的施工質量、生態修復效果、整體保護效果，取得了明顯的生態效益。

2 生態修復、整體保護設計

2.1 道路岸坡低段生態修復、整體保護設計

當道路岸坡的創面垂直高度在3 m以下時，陡緩坡均可直接覆土，以公路左右排水溝邊沿為起坡點，上部與創面檐口相接，覆土厚度根據坡面實際情況而定，最小厚度30 cm。坡面平整后，人工撒播適宜祁連山山區生長的披堿草草籽，播種量102 kg/hm2。坡緩寬闊地帶，種植祁連山保護區原有物種——祁連圓柏，樹高1.5～2.0 m，株行距為2.5 m×2.5 m。

2.2 道路岸坡高段生態修復、整體保護設計

當道路岸坡的垂直高度在3 m以上(本工程岸坡創傷面最大垂直高度為9.8 m)、坡比小于1∶1時，采用蜂巢格室平鋪護坡(見圖1)，考慮到滲流，底部鋪設400 g/m2的土工布，采用鉆機鑿孔、Φ16 mm錨固筋錨固，將蜂巢格室固定于坡面。當岸坡垂直高度在3 m以上、坡比大于1∶1時，采用疊砌蜂巢格室方法(見圖2)，疊砌過程中每4層(0.8 m)鋪設土工布一道，采用Φ14 mm錨筋將格室串接成整體。蜂巢格室分別采用L形錨桿和I形連接筋進行固定和連接，L形錨桿直徑16 mm、長1.9 m，Ⅰ形連接筋采用長800 mm、直徑為14 mm的螺紋錨桿來固定展開的巢室四周部位，錨桿通過專用限制帽固定在巢室壁上。最外側(外露現場臺階)的蜂巢格室內填裝添加肥料的腐殖土，內側的蜂巢格室內填裝砂礫碎石土。蜂巢格室與巖石面之間用砂礫碎石土夯填，要求砂礫碎石土含泥量小于12%，砂礫碎石最大粒徑小于6 cm，夯填相對密度不小于0.65 g/cm3。蜂巢格室護坡成形后，在外露格室種植金露梅(陽面)、高山柳(陰面)、披堿草等祁連山保護區原有物種，使修復后的岸坡與山體無縫對接，修復面與原地貌渾然一體。

圖1 平鋪式蜂巢格室護砌典型設計示意

圖2 疊砌式蜂巢格室護砌典型設計示意

2.3 蜂巢格室排水盲溝的研究與應用

石門水庫為國務院核準的天祝縣一級水源保護地，為了保護水源，避免蜂巢格室護坡凍脹破壞和護坡沉降、塌陷，設置了排水盲溝。蜂巢格室疊砌前，首先在坡腳基面設置排水盲溝，盲溝采用矩形斷面，標準斷面開挖寬度100 cm、深度30 cm，長度遵循原地形確定，填筑料選擇為反濾料。反濾料可模仿高寒山區溝道岸坡效果，實現泥水分離的預處理。在基面和排水盲溝上鋪設土工布，以減少填筑料細顆粒流動，增強蜂巢格室護坡穩定性。排水盲溝冬季可避免因填筑料含水量過高而造成的凍脹破壞，夏秋季可避免因填筑料含水量過高而造成的填筑料軟化，從而防止蜂巢格式護坡沉降、破壞。與傳統生態坡頂端設穿孔管和溝渠相比較，土工布以下設置排水盲溝排水、滲流和穩固邊坡的效果更好，無需在頂端修建穿孔管和溝渠，減少了開挖時對原有地貌、植被的擾動和破壞，避免形成裸露的基巖面和混凝土溝渠，生態修復效果更徹底。

3 施工工藝

3.1 土工布鋪設

土工布采用人工滾鋪方式，按施工區從上往下分塊進行鋪設，采用波浪形松弛方式并適當留有變形余量，避免折疊、打皺，土工布實際使用面積為工作平臺的103%。建基面必須鋪設土工布，寬度為格室寬度、填筑料寬度與連接段之和。蜂巢格室疊砌過程中每4層(0.8 m)鋪設一層土工布，相鄰土工織物塊拼接可用搭接法(上游土工布鋪在下游土工布上面)，搭接長度不小于15 cm。緊貼山體的土工布用自制Φ16 mm鋼筋U形釘釘入山體。土工布鋪設完成后應盡快進行后續施工。

3.2 鋼筋錨固

錨桿施工前，必須對原有邊坡坡面進行人工修整。用架桿、竹膠板及安全網搭設錨桿施工平臺，施工平臺用錨桿與坡面固定在一起。采用YT24手持式鑿巖機，按標注的孔位準確鉆孔。鉆孔完成后使用高壓空氣機將巖粉、石子及雜物全部清理出孔，清理必須干凈，以免降低水泥砂漿、錨固劑與孔壁巖體的黏結強度。人工緩慢地將錨桿放入孔內，以免錨桿與孔壁撞擊擊落孔內巖粉。錨孔注漿必須采用孔底返漿方法，直至孔口溢出新鮮漿液，嚴禁抽拔注漿管或孔口注漿，確保質量達到設計標準。

3.3 蜂巢格室展開

蜂巢格室由生產廠家按設計要求生產供貨，運輸至施工現場，人工碼放、人工展開就位。蜂巢格室鋪砌前采用自制的展開固定架將蜂巢格室展開、固定，使其幾何尺寸、形狀符合設計標準。

3.4 蜂巢格室鋪砌

鋪砌蜂巢格室第一層時，首先在建基面上鋪設土工布：以施工技術圖零點為始，沿X軸正方向分段展開并鋪砌。在此次實際作業中，根據設計方案，每段格室長4 420 cm、寬870 cm。

進行第n層及以上部位施工時(n≥2)，鋪砌方法與第一層類似。不同的是，第n層需要沿第n-1層外沿向內平移一定距離，平移的距離按照設計坡比推算。最頂端一層鋪砌完成后，沿X軸正方向設錨固點，錨固點的間排距按設計規定執行。

3.5 蜂巢格室的連接和填料放置

蜂巢格室采用U形卡連接，連接時在每個接頭部位U形卡不少于2個。當鋪砌作業完成后，采用挖掘機(高度5 m以下)或吊罐(高度5 m以上)將填料運送至工作面空余區域，控制填料落地高度不超過1 m。放置填料作業遵循從外向內的施工順序，蜂巢格室的填料必須是人工填裝，回填范圍的填料采用機械填裝。填料放置要均勻并且超出巢室高度4～6 cm，以便表面加固和夯實。回填部位夯實后，表面用刮板刮平。填料放置作業完成后，填料的最終高度應與巢室組塊上沿平齊。

填料填裝并平整后采用人工(最外側蜂巢格室中的土料)或小型(3T)振動碾(后側蜂巢格室及回填區域的填料)進行夯實(壓實)，經檢測相對密度不小于0.65 g/cm3后繼續上一層蜂巢格室鋪砌，直至達到設計高度。

4 施工質量控制

4.1 錨固試驗(對設計錨固參數進行驗證)

從原地面開始計算，高度5 m范圍內的巖面采用Φ14～16 mm錨桿，間排距2 m×2 m品字形布置。底層錨桿離開地面的高度按照1.0 m控制，不得低于0.8 m。孔徑分別采用30、40 mm兩種形式，孔深分別采用0.8、1.5、2.0、3.5 m四種深度(現場按巖體性質確定)。錨桿錨固后必須通過錨桿抗拉拔試驗，抗拉拔力必須滿足設計要求。

4.2 砂礫料粒徑控制

排水盲溝鋪設的砂礫料粒徑必須按照15～30 cm進行控制，壓實后對蜂巢鋪設建基面進行平整、修整，平整度必須達到設計標準的要求，為蜂巢施工鋪設提供有利條件。

蜂巢鋪設后填筑的砂礫石料嚴格控制粒徑(最大粒徑不大于6 cm、含泥量不大于12%)并達到級配連續均勻，以降低填筑料施工難度、控制蜂巢格網變形、杜絕對蜂巢產生損害。

4.3 蜂巢支撐、固定

加工、制作蜂巢格室支撐、固定用自制專用工具，改進蜂巢支撐、固定工藝，降低蜂巢在支撐、固定過程中受損的幾率。蜂巢支撐、固定幾何尺寸達到標準后，首先采用人工分層填裝、夯實蜂巢格網中的填土，校正、修整蜂巢格網的線條、形狀，然后填裝蜂巢格網中的砂礫碎石土，待蜂巢格網中的砂礫碎石土填裝完成、蜂巢格網固定成型后再移除蜂巢格室支撐、固定的專用工具，并對其他回填部位進行回填。

4.4 填筑料壓實(夯實)

蜂巢格網中的填筑料在壓實(夯實)過程中，不得先夯實回填部位，必須是先輕壓蜂巢格網中的填筑料，再用微型壓路機輕壓回填部位的填筑料，最后達到設計壓實度標準。防止在壓實(夯實)過程中蜂巢格網幾何尺寸、形狀改變，以及因受力不均勻而產生損傷、拉裂等損害。蜂巢格室線形按山體自然坡腳布置，格室坡度根據山體自然坡度自行調整。蜂巢格室中的土料必須人工分層填裝、夯實，填土飽滿度、格室形狀、圓潔度、外觀質量必須達到設計標準。

4.5 面積變化率控制

嚴格控制蜂巢格網面積的變化率(標準面積為29 cm×34 cm，面積的變化率在±3%以內)。填料壓實度達到設計標準后采用人工校正、修整蜂巢格網表面，使蜂巢格網表面平整度達到標準，為下層蜂巢鋪設、提高工作效率提供有利條件。

4.6 蜂巢錨固

蜂巢格室第一層鋪砌完成后按設計布設鉛錘錨桿，將蜂巢格室錨固在基礎上。布設方式為蜂巢格網連接U型卡處2根，其余2根在格網中均勻布設，入巖深度不小于0.8 m，孔徑40 mm，錨桿采用Φ16 mm鋼筋，長度1.5 m。

4.7 生產制作指標

蜂巢格室嚴格控制生產工藝，按照設計尺寸、標準進行生產制作，蜂巢尺寸、顏色、抗裂、抗拉、抗氧化、抗寒等相關指標必須符合設計指標。

5 生態修復、整體保護效果

在蜂巢格室平鋪、疊砌的施工過程中嚴格控制工序、工藝施工質量，按《水利水電工程施工質量標準評定規程》(SL 176—2007)完成施工質量檢驗，按《水利水電工程單元工程施工質量驗收評定標準》(SL 631—2012～SL 637—2012)進行單元工程施工質量驗收評定，按《水利水電建設項目驗收規程》(SL 223—2008)進行分部工程、單位工程驗收。堅持安全、質量第一的方針，在工程建設過程中未發生安全、質量事故，順利完成工程建設，達到了植草護坡對生態系統進行整體保護和系統修復的要求。

蜂巢格室護坡施工質量控制是工程施工質量控制的核心，通過業主、監理、施工單位共同建立健全的質量保證體系，工藝控制及檢查、檢測標準。在選取施工方法和工藝控制、質量檢測標準的過程中，通過多種試驗確定了合理的施工方法、參數、質量控制指標；通過對工序、工藝及施工質量的嚴格控制(先夯實蜂巢格室填筑料、后夯實回填體)，控制蜂巢格室變形、位移，最大限度降低了沉降量及沉降變形，確保了施工質量。在關鍵項目、工序、工藝實施過程中，通過業主、監理不間斷地巡視檢查、檢測、試驗，以及全程、同步的旁站、檢測、試驗，使各個環節緊密連接、環環相扣，從而確保了蜂巢格室的施工質量，將受到創傷的山體坡面修復為“青山”，取得了良好的生態修復、整體保護效果(見圖3)。

圖3 受創坡面及修復效果