某吹填土上大型充填袋施工過程問題淺析

鄒立

（天津港建設(shè)公司，天津 300456）

受天津沿海地區(qū)土層分布的影響，經(jīng)吹填形成的吹填土一般為流泥、淤泥或淤泥質(zhì)黏土，其工程特性表現(xiàn)為含水率很高、強度很低、滲透性很差。本工程需要在新吹填軟土地基上建設(shè)區(qū)域性通道，經(jīng)多種方案比選，設(shè)計采用了大型充填袋埝體結(jié)構(gòu)，此種埝體形式的使用越來越廣泛，在水深較淺的超軟弱地質(zhì)條件下更有著獨特的優(yōu)越性[1]：1）液化土體的泵送充填施工快；2）采用透水性較好的土工編織袋，可以使經(jīng)水力充填的高含水率的土體脫水，經(jīng)過水力充填后懸浮的土體顆?？梢栽诙虝r間內(nèi)沉積下來；3）編織袋在建成的圍埝中將起到加筋的作用；4）編織袋的大小可以根據(jù)設(shè)計的需要和土體在自重作用下固結(jié)時間的長短而任意調(diào)節(jié)。但采用該技術(shù)在施工中常常出現(xiàn)一些問題，本文將對某埝體施工中出現(xiàn)的問題進行剖析。

1 工程概況

1.1 自然條件

1）地質(zhì)情況：吹填前原泥面頂標高為-3.5～-4.0 m，底標高約為-15 m，埝體施工前先吹填泥面至標高2.4 m，埝體施工至4.0 m時，埝體北側(cè)又進行了一定的吹填，標高升至3.4 m，南側(cè)泥面標高未變，埝體距離吹填疏浚管道口距離900 m。具體的地質(zhì)資料見表1。

表1 場區(qū)各土層主要物理力學性能指標

2）水文潮汐：屬不規(guī)則半日潮，每日發(fā)生高低潮2次，低潮顯著。設(shè)計高潮水位4.3 m，設(shè)計低潮水位0.5 m。因此本工程的施工屬于潮間帶施工，增加了施工的難度。

1.2 工程情況

結(jié)構(gòu)型式為斜坡式臨時道路，路頂中心標高為+6.725 m，頂寬15.0 m。堤心采用大型充灌袋和吹填砂性土結(jié)構(gòu)，軟基處理方法為打設(shè)塑料排水板和鋪設(shè)土工布軟體排，路面采用袋裝碎石、山皮土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)置袋裝土路肩。由于現(xiàn)場施工條件的制約，排水板未布設(shè)整個段面，見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)斷面形式

1.3 施工過程

主要施工工序情況如下：

1）分層吹填充灌砂袋至頂標高+3.5～+4.0 m左右；

2）吹填50 cm細砂袋至頂標高+4.0～+4.5 m左右；

3）打設(shè)排水板，間距1 m，正方形布置；

4）充灌上層大型砂袋；

5）鋪設(shè)土工布軟體排，做路肩袋裝土。

2 泥面上充填砂袋施工

當泥面相對較低時，在施工充灌袋前3層時，相對比較困難，充填后自然擠淤下沉，前兩層基本上是露不出泥面以上的，為解決充填的均勻性，將袋體四個角及各邊中點處分別用船固定，并在袋體上同時多處一起吹填，待吹填工作基本完成再松開固定繩索。

當泥面相對較高時，可以采用先人工鋪設(shè)一層編織布，再鋪設(shè)荊笆，然后鋪設(shè)無紡布，快速地鋪設(shè)充灌袋和充填，低潮時施工，避免受潮水的影響，從埝體一端逐漸向另一端施工，可形成連續(xù)工作面向前推進，而且在一定程度上保證吹填后充灌袋體在泥面之上，這樣可以保證充填的均勻性和可操作性，方便了施工，也減少了擠淤量，節(jié)省了一部分充灌砂的工程量，降低了工程造價。

盡管如此，吹填淤泥層厚度仍在6 m左右，較厚、強度低，現(xiàn)場充灌4層袋體后袋體基本還在泥面以下，袋體斷面橫向尺寸無法保證。兩側(cè)坡腳斷面很難保證，當反壓距離較小時，易發(fā)生擠淤情況。

3 塑料排水板施工

充灌砂袋施工到標高+4.0～+4.5 m后開始打設(shè)排水板，由于現(xiàn)場施工條件的制約，排水板未布設(shè)在整個施工段面，這造成了打設(shè)排水板和未打設(shè)排水板的區(qū)域產(chǎn)生明顯的差異沉降，實際情況也證明了這一點，插板當日插板區(qū)的沉降量和未打設(shè)排水板區(qū)的沉降量差值一般在20～60 cm之間，現(xiàn)場明顯可以看到中間插板區(qū)域低于兩側(cè)未插板區(qū)域，后續(xù)的沉降也使沉降差陸續(xù)增大，使得編織袋嚴重受損，嚴重減弱或喪失了橫向的加筋功能。在插打排水板區(qū)域，排水板間距1 m，正方形布置，部分區(qū)域也出現(xiàn)了不均勻沉降的情況，編織袋體受損，加之排水板插口處編織袋體破損，橫向拉力減弱，整體性下降。

袋體底部的淤泥強度低，特別是剛插板后不久，土體被擾動，地基土體承載能力降低。地基吹填軟泥沿排水板孔位上升，也在一定程度上說明了袋體底部土體受擾動較大。同時，回升的淤泥一定程度上減慢了排水板與充灌砂袋的排水性能。在地基土體擾動后，土體固結(jié)排水的強度增長還未及時恢復(fù)，產(chǎn)生淤泥抗剪切強度不足的情況。因此在埝體南側(cè)的局部就出現(xiàn)沉陷情況，如圖2所示。

圖2 插板后南部沉陷情況

4 插打排水板后施工充灌袋體情況

充灌砂袋施工到標高+4.0～+4.5 m，打設(shè)排水板之后，加載施工上層大型砂袋時，塌陷的情況就陸續(xù)出現(xiàn)，主要出現(xiàn)在埝體中間和南部，典型中間塌陷斷面如圖3所示。

圖3 典型埝體中部塌陷情況

插板前，上部施工產(chǎn)生沉降，受排水路徑和排水距離的影響，只有一定深度范圍內(nèi)袋體底部土體排水固結(jié)明顯，深部受影響較小，因此，實際施工過程是一個擠淤過程，淺層土體也不斷地被擾動，強度降低，現(xiàn)場可以觀察到兩側(cè)泥面明顯地向上擠淤變形。插板后，當土體固結(jié)后的強度不能滿足上部荷載的需求時，就會繼續(xù)擠淤，土體被向兩側(cè)擠開，直到達到新的平衡[2]。根據(jù)現(xiàn)場工況，部分充灌袋體加載到5.5 m標高，實際用時60 d左右，加之實際充灌袋堤底標高要比設(shè)計底標高低2～3 m，工作量和荷載量明顯加大，受工期的制約，插板后出現(xiàn)連續(xù)加載的情況，甚至連續(xù)加載3層之多，即使不連續(xù)加載，間隔時間也都不長，在這種情況下，地基土體得不到固結(jié)時間，強度增長不能滿足上部加載的荷載要求，致使出現(xiàn)擠淤塌陷現(xiàn)象的發(fā)生。

5 原位觀測和檢測

5.1 充灌袋體底標高

為了檢驗塌陷區(qū)的情況，重點對中部塌陷的斷面進行了勘測，整體砂袋厚度8.1～9.1 m，可以看出塌陷區(qū)域斷面的塌陷位置（中間和南側(cè)）和未發(fā)生塌陷位置（北側(cè)）測點的底標高基本一致，這說明塌陷的原因不是深層地基的滑移，更可能是淺層淤泥擠淤的過程。

5.2 典型斷面的監(jiān)測

塌陷區(qū)域內(nèi)無觀測點，選擇1組十分靠近塌陷區(qū)插打排水板后的典型監(jiān)測斷面進行分析，包括沉降（軸線處和兩側(cè)平臺中心點處）和孔隙水壓力（軸線處），具體觀測結(jié)果如圖4所示。

圖4 孔隙水壓力和沉降變化情況

可見，孔隙水壓力變化量隨荷載增加而增加，無施工荷載時呈減小趨勢，每層袋體加載后，前期孔壓消散速率在0.5～1.1 kPa/d之間，隨加載時間增加孔壓消散速率逐漸減緩，施工中最大孔壓荷載比約為0.6，出現(xiàn)在前3層充灌袋體施工過程中；最大孔壓增量為31.5 kPa，出現(xiàn)在第4層充灌袋體施工完成時。各沉降測點都處在插打排水板范圍內(nèi)，插板后吹填施工時軸線處測點和南側(cè)平臺中心點的沉降速率較大，最大沉降速率為45 mm/d，而北側(cè)平臺中心點并未發(fā)生明顯增大，最大沉降速率為15 mm/d，可見埝體中心及南側(cè)沉降變形較大，已經(jīng)超過正常固結(jié)沉降速率（相對北側(cè)平臺中心點的沉降速率），這應(yīng)該是擠淤沉陷所導(dǎo)致，可見此時盡管沒有出現(xiàn)明顯的塌陷情況，但也已經(jīng)處在不穩(wěn)定的狀態(tài)。

埝體南部底層充灌袋體外側(cè)設(shè)置了深層土體側(cè)向位移監(jiān)測點，標高-3 m以上為吹填淤泥，受施工影響很大，也無法進行工程安全控制，因此重點對標高-3 m以下深層土體水平位移情況進行監(jiān)測控制，標高-4 m以下深層土體水平位移曲線沒有發(fā)生突變的情況，這說明此種塌陷主要是由于吹填袋體底部的淤泥擠淤，未發(fā)生深層的滑移失穩(wěn)。

6 解決方案及建議

根據(jù)現(xiàn)場情況提出了解決方案：對塌陷沉降區(qū)采取延長加載施工的間歇期、分級加載（每層充灌袋體分兩次施工）和鋪設(shè)土工布軟體排加筋等措施，并要求沉降速率小于10 mm/d時再開始分層緩慢施工；當沉降速率大于20 mm/d時，應(yīng)立即停止施工。在后續(xù)施工中表明，此種方法能夠滿足工程要求，延長加載施工的間歇期起到顯著作用，但延長了施工期。

通過本工程相關(guān)經(jīng)驗提出以下建議：

1）盡可能在基礎(chǔ)范圍內(nèi)整個斷面都打設(shè)排水板；

2）延長加載施工的間歇期，加荷時間要嚴格控制，避免加荷過快；

3）嚴格控制施工工序，保證外側(cè)坡腳斷面。

7 結(jié)論

1）塌陷引起原因主要為：加荷過快、插打排水板和不均勻沉降致使編織袋受損、袋體底部的淤泥強度低（特別是插板擾動后）和外側(cè)坡腳斷面很難保證；

2）本工程的塌陷是淺層淤泥擠淤引起的局部塌陷，未發(fā)生深層的滑移失穩(wěn)；

3）解決方案：對塌陷沉降區(qū)采取延長加載施工的間歇期、分級加載（每層充灌袋體分兩次施工）和鋪設(shè)土工布軟體排加筋等措施，當沉降速率小于10 mm/d時可分層緩慢施工；當沉降速率大于20 mm/d時，應(yīng)立即停止施工。

[1]李廣信.高等土力學[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2]龔曉南.地基處理手冊[M].二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3]楊濤，李國維.公路軟基超載預(yù)壓卸荷時間確定的沉降數(shù)率法研究[J].巖土工程學報，2006，28（11）：27-31.