大型充填袋发生断裂问题的原因分析研究

刘 璟

（中国水产广州建港工程公司，广东广州 510220）

0 引言

天津港是我国沿海主要港口和国家综合运输体系的重要枢纽，是沿海集装箱干线港和能源、原材料运输的主要中转港，是我国对外贸易的重要口岸、环渤海地区的区域性中心港口。港区空间布局分类：规划“一港九区”的空间布局分别为北疆港区、南疆港区、东疆港区、大沽口港区、高沙岭港区、大港港区、北塘港区、汉沽港区、海河港区。

天津港建设围埝施工中，常常使用大型充填袋作为堤心结构，但是在施工过程中，由于各种原因会导致施工成型的大型充填袋发生断裂，此问题会影响到整个工程施工进度和成本，严重情况下甚至会影响到工程质量，根据天津港两个围埝工程施工实例，对充填袋发生断裂问题进行分析和处理。

1 实例研究

1.1 实例 1

天津南港工业区东港池西侧1,2,3区围埝、吹填、造陆工程三标段，工期2011年6月至2011年12月，基础部分为砂垫层、排水板、土工格栅等，堤心分两个断面，标高+1.5m以下为大型充填袋，标高+1.5m以上两侧为大型充填袋，中间散吹砂。本工程施工在2011年12月1日完成堤心施工，2011年12月2日围埝靠外海侧发生严重位移和沉降，中间最严重的地方往外海侧位移达到3m，沉降达到2m，围埝内海侧无变化，影响长度约100m。

根据施工断面图和现场观测数据分析，标高+2.0m以下的充填袋出现纵向断裂，断开的一部分充填袋向东侧滑移，断面示意图如图1所示。

图1 断裂前后围埝断面示意图

由于缺乏经验，施工中未进行任何处理，仍然按照原设计断面施工，直接在发生沉降的充填袋上进行充填袋加高施工，并且将中间散吹砂施工到设计标高，施工完成后，发生位移和沉降的位置又继续位移和沉降，3天后恢复到处理前的样子。

经过多方咨询和商讨，决定先暂停充填袋和散吹砂施工，在发生位移的充填袋边上进行抛石压载，压载10天后再进行充填袋和散吹砂施工，施工达到设计标高后未发生严重的位移和沉降，实践证明此方法效果较好。

1.2 实例2

临港经济区三期14区围堤及部分吹填工程，工期2011年9月至2012年6月，基础部分为砂垫层、排水板、土工布等，堤心为大型充填袋。本工程为围海造陆工程，龙口位置在设计图纸中没有明确标明，由施工中自行考虑，综合分析后把龙口设置在BC段里程K1+000～k1+500处，充填袋施工到标高+3.0m后，龙口涨落潮水流加急，靠龙口侧充填袋逐渐发生位移和沉降，经观测至2011年12月14日最外侧下层充填袋位移达到3m，沉降达到1m。

根据施工截面图和现场观测数据分析，受到水流影响，龙口处的原地面土体流失，充填袋沉降不均匀导致出现横向断裂，断开的小部分充填袋向龙口处滑移，断面示意图如图2所示。

图2 断裂前后围埝截面示意图

通过天津南港工业区东港池西侧1，2，3区围埝、吹填、造陆工程三标段的施工经验，决定先在发生位移的充填袋边上进行抛石压载，压载10天后再进行充填袋施工，施工达到设计标高后未发生严重的位移和沉降，实践证明此方法效果较好。

2 原因分析研究

2.1 充填袋发生断裂的方式

对以上两个工程实例出现的问题进行分析和总结，大型充填袋发生断裂有两种方式，一种是纵向断裂，即沿着围埝长度方向发生的断裂；一种是横向断裂，即沿着横断面方向发生断裂。

2.2 充填袋发生断裂的程度

由于大型充填袋是分层施工，发生断裂时通常是由下层开始，一层一层向上层延伸，充填袋断裂处基础部分的粗砂和原地面的淤泥受到充填袋的压力会从断裂部位向上挤，使得充填袋发生倾斜，并产生侧向压力，造成断裂开的较小部分的充填袋会向外侧滑移，并发生倾斜。

充填袋断裂程度较轻时，通常断裂只发生在底层，从表面外观看不见，但是顶层充填袋局部位置会有明显的沉降；充填袋断裂程度较重时，充填袋会整体断开，断开处两侧均发生严重沉降，从上面看形成两部分，其中较小的部分充填袋会发生倾斜，并向外侧滑移，中间断裂处有淤泥挤出（见图3）。

图3 断裂后断面示意图

2.3 充填袋发生断裂的原因

2.3.1 设计原因

实例1中堤心的设计没有全部采用大型充填袋，而是分两个结构层，下层全部为大型充填袋，上层两侧为充填袋，中间为散吹砂。充填袋袋布通常使用150g/m2的编织布，抗拉强度为≥30kN/m，断裂伸长率为＜25%，当基础发生不均匀沉降等原因会造成底层充填袋的变形，超过编织布所能承受的极限后充填袋就会发生断裂。

2.3.2 地质原因

实例1当中西侧陆域为近期吹填形成，排出的淤泥造成本工程地质含有大量浮泥，据现场实测，浮泥厚度约1.5～2m，充填袋每层厚度为0.5m，底层充填袋施工极易出现包泥的情况，包泥就是在大型充填袋充填施工中，充填料分布不均匀，在充填袋内没有充填料的位置包住地基中的淤泥，上层充填袋施工越高，包住的淤泥越是往上挤的越高，造成几层充填袋同一个位置没有充填料（见图4）。

图4 泥包示意图

2.3.3 潮水原因

天津港12月份潮差超过4m，潮水最低时会让充填袋的浮力减少，加大充填袋对土体的压力，当压力过大时就会造成土体的破坏，实例1当中2011年12月2日断裂发生时刚好是低潮潮水特别低的时候。

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，充填袋设计都是下层袋子宽，上层窄，呈梯形结构，所以充填袋施工越到上层方量越小，施工速度越快，如果不控制加载速度的话，基础土体承受的压力没有缓冲时间，容易造成破坏，引起充填袋断裂。

2.3.5 其它可能原因

充填袋施工区域附近发生开挖、打桩、形成龙口等造成土体破坏，都会引起充填袋发生断裂。实例1当中龙口水流造成充填袋下面的土体流失，对土体造成破坏，引起充填袋断裂。

2.4 充填袋发生断裂的处理方法

2.4.1 暂停充填袋施工

当顶层充填袋局部区域发生明显沉降时，表明此处下层充填袋很可能出现断裂，如继续充填袋施工会增大围埝自身重量，使得断裂处拱上来的淤泥侧压力增大，将断裂开两侧的充填袋往外挤，由此造成断裂程度加重，甚至整体断开，因此为防止断裂加重首先必须暂停充填袋施工。

2.4.2 在坡脚处压载

为了防止断裂开的充填袋发生倾斜向两边滑移，可以在翘起的坡脚处进行压载，压载方式有很多种，案例当中用的是石头，也可以采用充填袋压载，将坡脚压住不再继续倾斜和向外滑移。

3 结语

大型充填袋技术具有施工速度快、造价低、结构稳定等特点，在围埝中的应用是广泛且成功的，虽然充填袋施工中存在一定的风险和问题，但是只要认识到其中的原因和处理方法，加强施工中的沉降和位移观测，提前预防，事故发生时及时处理，就能有效掌控。