大型充填袋發生斷裂問題的原因分析研究

劉 璟

（中國水產廣州建港工程公司，廣東廣州 510220）

0 引言

天津港是我國沿海主要港口和國家綜合運輸體系的重要樞紐，是沿海集裝箱干線港和能源、原材料運輸的主要中轉港，是我國對外貿易的重要口岸、環渤海地區的區域性中心港口。港區空間布局分類：規劃“一港九區”的空間布局分別為北疆港區、南疆港區、東疆港區、大沽口港區、高沙嶺港區、大港港區、北塘港區、漢沽港區、海河港區。

天津港建設圍埝施工中，常常使用大型充填袋作為堤心結構，但是在施工過程中，由于各種原因會導致施工成型的大型充填袋發生斷裂，此問題會影響到整個工程施工進度和成本，嚴重情況下甚至會影響到工程質量，根據天津港兩個圍埝工程施工實例，對充填袋發生斷裂問題進行分析和處理。

1 實例研究

1.1 實例 1

天津南港工業區東港池西側1,2,3區圍埝、吹填、造陸工程三標段，工期2011年6月至2011年12月，基礎部分為砂墊層、排水板、土工格柵等，堤心分兩個斷面，標高+1.5m以下為大型充填袋，標高+1.5m以上兩側為大型充填袋，中間散吹砂。本工程施工在2011年12月1日完成堤心施工，2011年12月2日圍埝靠外海側發生嚴重位移和沉降，中間最嚴重的地方往外海側位移達到3m，沉降達到2m，圍埝內海側無變化，影響長度約100m。

根據施工斷面圖和現場觀測數據分析，標高+2.0m以下的充填袋出現縱向斷裂，斷開的一部分充填袋向東側滑移，斷面示意圖如圖1所示。

圖1 斷裂前后圍埝斷面示意圖

由于缺乏經驗，施工中未進行任何處理，仍然按照原設計斷面施工，直接在發生沉降的充填袋上進行充填袋加高施工，并且將中間散吹砂施工到設計標高，施工完成后，發生位移和沉降的位置又繼續位移和沉降，3天后恢復到處理前的樣子。

經過多方咨詢和商討，決定先暫停充填袋和散吹砂施工，在發生位移的充填袋邊上進行拋石壓載，壓載10天后再進行充填袋和散吹砂施工，施工達到設計標高后未發生嚴重的位移和沉降，實踐證明此方法效果較好。

1.2 實例2

臨港經濟區三期14區圍堤及部分吹填工程，工期2011年9月至2012年6月，基礎部分為砂墊層、排水板、土工布等，堤心為大型充填袋。本工程為圍海造陸工程，龍口位置在設計圖紙中沒有明確標明，由施工中自行考慮，綜合分析后把龍口設置在BC段里程K1+000～k1+500處，充填袋施工到標高+3.0m后，龍口漲落潮水流加急，靠龍口側充填袋逐漸發生位移和沉降，經觀測至2011年12月14日最外側下層充填袋位移達到3m，沉降達到1m。

根據施工截面圖和現場觀測數據分析，受到水流影響，龍口處的原地面土體流失，充填袋沉降不均勻導致出現橫向斷裂，斷開的小部分充填袋向龍口處滑移，斷面示意圖如圖2所示。

圖2 斷裂前后圍埝截面示意圖

通過天津南港工業區東港池西側1，2，3區圍埝、吹填、造陸工程三標段的施工經驗，決定先在發生位移的充填袋邊上進行拋石壓載，壓載10天后再進行充填袋施工，施工達到設計標高后未發生嚴重的位移和沉降，實踐證明此方法效果較好。

2 原因分析研究

2.1 充填袋發生斷裂的方式

對以上兩個工程實例出現的問題進行分析和總結，大型充填袋發生斷裂有兩種方式，一種是縱向斷裂，即沿著圍埝長度方向發生的斷裂；一種是橫向斷裂，即沿著橫斷面方向發生斷裂。

2.2 充填袋發生斷裂的程度

由于大型充填袋是分層施工，發生斷裂時通常是由下層開始，一層一層向上層延伸，充填袋斷裂處基礎部分的粗砂和原地面的淤泥受到充填袋的壓力會從斷裂部位向上擠，使得充填袋發生傾斜，并產生側向壓力，造成斷裂開的較小部分的充填袋會向外側滑移，并發生傾斜。

充填袋斷裂程度較輕時，通常斷裂只發生在底層，從表面外觀看不見，但是頂層充填袋局部位置會有明顯的沉降；充填袋斷裂程度較重時，充填袋會整體斷開，斷開處兩側均發生嚴重沉降，從上面看形成兩部分，其中較小的部分充填袋會發生傾斜，并向外側滑移，中間斷裂處有淤泥擠出（見圖3）。

圖3 斷裂后斷面示意圖

2.3 充填袋發生斷裂的原因

2.3.1 設計原因

實例1中堤心的設計沒有全部采用大型充填袋，而是分兩個結構層，下層全部為大型充填袋，上層兩側為充填袋，中間為散吹砂。充填袋袋布通常使用150g/m2的編織布，抗拉強度為≥30kN/m，斷裂伸長率為＜25%，當基礎發生不均勻沉降等原因會造成底層充填袋的變形，超過編織布所能承受的極限后充填袋就會發生斷裂。

2.3.2 地質原因

實例1當中西側陸域為近期吹填形成，排出的淤泥造成本工程地質含有大量浮泥，據現場實測，浮泥厚度約1.5～2m，充填袋每層厚度為0.5m，底層充填袋施工極易出現包泥的情況，包泥就是在大型充填袋充填施工中，充填料分布不均勻，在充填袋內沒有充填料的位置包住地基中的淤泥，上層充填袋施工越高，包住的淤泥越是往上擠的越高，造成幾層充填袋同一個位置沒有充填料（見圖4）。

圖4 泥包示意圖

2.3.3 潮水原因

天津港12月份潮差超過4m，潮水最低時會讓充填袋的浮力減少，加大充填袋對土體的壓力，當壓力過大時就會造成土體的破壞，實例1當中2011年12月2日斷裂發生時剛好是低潮潮水特別低的時候。

2.3.4 施工速度原因

充填袋施工效率高，每艘吹砂船每天可以完成2000-3000方的充填，充填袋設計都是下層袋子寬，上層窄，呈梯形結構，所以充填袋施工越到上層方量越小，施工速度越快，如果不控制加載速度的話，基礎土體承受的壓力沒有緩沖時間，容易造成破壞，引起充填袋斷裂。

2.3.5 其它可能原因

充填袋施工區域附近發生開挖、打樁、形成龍口等造成土體破壞，都會引起充填袋發生斷裂。實例1當中龍口水流造成充填袋下面的土體流失，對土體造成破壞，引起充填袋斷裂。

2.4 充填袋發生斷裂的處理方法

2.4.1 暫停充填袋施工

當頂層充填袋局部區域發生明顯沉降時，表明此處下層充填袋很可能出現斷裂，如繼續充填袋施工會增大圍埝自身重量，使得斷裂處拱上來的淤泥側壓力增大，將斷裂開兩側的充填袋往外擠，由此造成斷裂程度加重，甚至整體斷開，因此為防止斷裂加重首先必須暫停充填袋施工。

2.4.2 在坡腳處壓載

為了防止斷裂開的充填袋發生傾斜向兩邊滑移，可以在翹起的坡腳處進行壓載，壓載方式有很多種，案例當中用的是石頭，也可以采用充填袋壓載，將坡腳壓住不再繼續傾斜和向外滑移。

3 結語

大型充填袋技術具有施工速度快、造價低、結構穩定等特點，在圍埝中的應用是廣泛且成功的，雖然充填袋施工中存在一定的風險和問題，但是只要認識到其中的原因和處理方法，加強施工中的沉降和位移觀測，提前預防，事故發生時及時處理，就能有效掌控。