趙鑫 李辰然 孫宇翔 朱文順

摘要：我國對軟土地基處理方面仍存在許多缺陷，從傳統(tǒng)的土工袋加固地基到新研發(fā)的地固件工法加固地基，我國軟土地基承載力不足的問題得到有效地解決。本文首先介紹地固件工法的研究背景，著重研究地固件工法的作用機(jī)理。并針對國內(nèi)外地固件工法的發(fā)展?fàn)顩r，對地固件工法的發(fā)展前景與創(chuàng)新完善提出一定的建議。

關(guān)鍵詞：地固件工法;內(nèi)部約束;地基加固;軟土地基

1.研究背景及簡介

從戰(zhàn)爭時期人們將砂石類土裝入袋中，形成土袋用來堆砌戰(zhàn)壕，發(fā)展至將砂石類土加工為袋裝砂井應(yīng)用于軟土地基的排水固結(jié)。人們對土工袋的特性認(rèn)識不斷加深，而地固件工法則是地基加固構(gòu)件的簡稱，是一種創(chuàng)新式的土工袋，初次由天津鼎元軟地基科技發(fā)展股份有限公司首次從日本引進(jìn)的新地基加固工法。

該工法在傳統(tǒng)土工袋的基礎(chǔ)上，在土工袋的內(nèi)部添加了部分小型導(dǎo)向架和一些高強(qiáng)桁架帶。在外力作用，袋內(nèi)土顆粒不但受到土工袋基布的張力約束作用，同時受到桁架帶等地固件的內(nèi)部約束。因此地固件能夠在軟土地基中保持外觀形狀，并有效地抵制自身沉降。

地固件的一般尺寸為1.5m×1.5m×0.4m[1]。其制作流程大致分為如下幾個階段：

地固件制作完成后，通過自身的閉合帶上方的吊環(huán)吊裝應(yīng)用于施工場地。并且在起吊完成后，應(yīng)該在地固件上施加預(yù)壓力，以加速完成主固結(jié)沉降并達(dá)到夯實排水的目的。

2.作用機(jī)理及特點

2.1力學(xué)機(jī)理

根據(jù)試驗研究表明，添加地固件的土工袋在外力作用下，土工袋體首先發(fā)生壓縮變形。但由于內(nèi)部高強(qiáng)桁架帶的約束作用，袋體的伸長量并不顯著，而土工袋所受到的張力作用施加于土顆粒表面約束土體。由牛頓摩擦定律（為土顆粒所受到的摩擦力，為土顆粒之間的內(nèi)摩擦系數(shù)，為土顆粒表面所受到的法向壓力）可得土顆粒之間的摩擦力增大;再根據(jù)莫爾-庫倫強(qiáng)度理論：可得土工袋內(nèi)部土體的極限抗剪承載力也隨之提高。

由相關(guān)研究表明，其實地固件在外力作用下相當(dāng)于在土工袋內(nèi)部的土體中增加了一個附加的內(nèi)聚力，并根據(jù)土袋內(nèi)部的極限平衡條件[2]可求得此值如公式（1）：

式中為土工袋的張力及地固件的內(nèi)部約束作用所產(chǎn)生的附加內(nèi)聚力;

為考慮地固件內(nèi)部形式的放大系數(shù);為外力作用下土工袋的張力;

分別為土工袋的寬和高;為被動土壓力系數(shù)，其值為。

2.2應(yīng)力擴(kuò)散機(jī)理

在軟土地基中，地固件的鋪設(shè)等效為墊層的作用。但是由于地固件內(nèi)部設(shè)置了多條高強(qiáng)度桁架帶約束內(nèi)部土體，導(dǎo)致其計算墊層作用時的擴(kuò)散角是要偏大的。通過應(yīng)力擴(kuò)散機(jī)理可知，若對土層計算沉降時采用分層總和法，每層土上的附加應(yīng)力是相對正常情況下是較低的，這同樣保證了地固件工法在保證地基承載力的同時，能夠有效地控制軟土地基的沉降量。

2.3“剛?cè)岵?jì)”作用

在地基處理及基礎(chǔ)設(shè)計的過程中，必須考慮地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)三者的相互作用。剛性基礎(chǔ)雖然具有非常強(qiáng)大的抗彎剛度，能夠保持承受荷載后不發(fā)生撓曲變形，但在軟土地基中采用例如混凝土構(gòu)件等剛性基礎(chǔ)，則會由于荷載的不均勻性，導(dǎo)致基礎(chǔ)繞一定方向產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而造成不均勻沉降，導(dǎo)致建筑物或構(gòu)筑物的失穩(wěn)破壞。而地固件的內(nèi)部增加剛性吊帶能夠保證其內(nèi)部的剛性，而地固件是由土工袋內(nèi)裝填土骨料而成，其本身為柔性構(gòu)件。地固件的創(chuàng)新之處在于結(jié)合了剛性構(gòu)件和柔性構(gòu)件各自的長處，使地固件在軟土地基上不但能夠隨地基變形而均勻沉降，還能夠保持自身的形狀，自適應(yīng)能力很強(qiáng)。

2.4減振耗能機(jī)理

除此之外，地固件加固[3]后的土工袋還具有良好的減振耗能作用。地固件在連續(xù)反復(fù)的振動荷載下，土工袋產(chǎn)生張力引起袋內(nèi)的土顆粒發(fā)生相互錯動，而地固件的約束和土工袋內(nèi)土顆粒的摩擦使振動能量逐漸衰減，從而達(dá)到良好的減振效果。此外根據(jù)相關(guān)研究，地固件在垂直方向的減振效果較為顯著，在水平方向幾乎不存在減振效果。

3.國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

3.1地固件工法在中國的應(yīng)用狀況

我國的杭州至紹興城際鐵路工程萬繡路車輛基底中SG-8段，該地地基為含水量超過70%的軟土地基。當(dāng)時施工時恰逢雨季，造成了嚴(yán)重的施工難題，工程技術(shù)人員采用地固件法進(jìn)行地基處理后，并對加固后的地基堆載預(yù)壓，經(jīng)現(xiàn)場檢驗滿足地基承載力要求，并且最大沉降量未超過允許沉降量。總體上我國在地固件的運用上還處于初步試用階段，未大范圍地推廣與運用。

3.2地固件工法在日本的應(yīng)用狀況

日本是目前全球在地固件技術(shù)運用最為成熟的國家，由于其地區(qū)的地質(zhì)問題比較突出且具有代表性。其應(yīng)用領(lǐng)域主要為通過地固件加固房屋基礎(chǔ)地基、加固公路路基、構(gòu)筑擋墻等。并且向地固件中添加較大比例的粗骨料，這樣不但能夠由于粗顆粒之間間隙大，消除土壤中的毛細(xì)水作用，以達(dá)到防止凍融[4]的目的，還能夠適當(dāng)?shù)販p少基礎(chǔ)埋深從而節(jié)約工程投資。

此外日本還將地固件工法與環(huán)境巖土方面相結(jié)合，將核廢棄物和焚燒廢棄物采用地固件裝填并且分層填埋，這同樣也體現(xiàn)出了地固件內(nèi)部充填物的材料無限制，可以是各種土和各種建筑物的廢棄渣料的特性。

3.3地固件工法在其他國家的應(yīng)用狀況

除此之外，地固件工法在其他國家也有初步的嘗試。例如孟加拉國PADMA大橋的巖土工程勘察項目，其便運用地固件工法對地基加固;中緬戰(zhàn)略鐵路計劃中同樣運用地固件工法以提高地基承載力。

4.發(fā)展前景與未來展望

地固件在我國仍處于初步研發(fā)階段，針對我國地固件工法的運用情況與涵蓋范圍，我國應(yīng)該從地固件內(nèi)部的桁架帶布置形式更深一步去研究不同的布置形式對前述附加內(nèi)聚力數(shù)值的影響情況。還應(yīng)該深入研究地固件的布置間距是否對減振效果存在影響。除此之外，更應(yīng)從日本應(yīng)用的實例中吸取經(jīng)驗。例如從環(huán)境巖土方面與環(huán)保方面去改良土工袋的材料，制造出能夠抗太陽光紫外線老化的編織土工袋，以保證其的耐久性。同樣在制造工藝與作用機(jī)理的深入研究下，也應(yīng)該完善施工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，使施工過程規(guī)范化。

參考文獻(xiàn)：

[1]刁鈺，陳津生，王立祥，孫萬里，高振洲，田衛(wèi)國.地固件工法與實踐[J].地基處理，2020，2（03）：264-270.

[2]劉斯宏，汪易森.土工袋技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].水利學(xué)報，2007（S1）：644-648.

[3]畢鑫洋.土工袋地基處理加固技術(shù)發(fā)展前景[J].山西建筑，2016，42（31）：80-81.

[4]李卓，劉斯宏，王柳江，張凱，孔維耀.凍融循環(huán)作用下土工袋凍脹量和融沉量試驗[J].巖土力學(xué)，2013，34（09）：2541-2545.