土木工程設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用

梁進(jìn)常

(山東魯泰基礎(chǔ)工程有限公司，山東 泰安 271611)

土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固有助于強(qiáng)化土木工程的耐久性，延長(zhǎng)土木工程使用年限，提高工程抗震性能。應(yīng)按照完整性、合理性、高效性等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合具體實(shí)例，從增大截面、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土置換、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面入手，分析了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用，提出了地基加固技術(shù)措施。

1 土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固

結(jié)構(gòu)與地基的加固直接影響著土木工程建設(shè)質(zhì)量，是工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，有利于提升土木工程的耐久性。耐久性是評(píng)價(jià)土木工程建設(shè)質(zhì)量的重要指標(biāo)，為了提高土木工程建設(shè)質(zhì)量，要在各方面設(shè)計(jì)中充分考慮耐久性的相關(guān)要求，加強(qiáng)對(duì)影響耐久性因素的分析，采取有針對(duì)性的措施來(lái)不斷強(qiáng)化土木工程質(zhì)量。影響土木工程耐久性的因素較多，主要包括材料因素、自然因素、人為因素等，其中材料因素是材料自身質(zhì)量未能達(dá)到土木工程耐久性的標(biāo)準(zhǔn)；自然因素是指受到天氣、自然災(zāi)害等影響而造成土木工程耐久性降低；人為因素是施工過(guò)程中未能?chē)?yán)格按照施工流程和施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)和地基的加固處理不到位，從而影響了土木工程的耐久性。土木工程的耐久性不達(dá)標(biāo)將會(huì)直接影響工程的投入使用、安全與效益，不僅會(huì)給工程埋下諸多安全隱患，還會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量檢測(cè)不達(dá)標(biāo)而造成工程返工，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。施行加固處理，提高土木工程質(zhì)量與安全，延長(zhǎng)土木工程的使用年限，能夠?qū)崿F(xiàn)工程建設(shè)效益目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)受工程施工質(zhì)量等因素的影響，若質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，需拆除并重建土木工程，不利于實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化與高效利用。強(qiáng)化加固結(jié)構(gòu)與地基的合理設(shè)計(jì)，有助于提升工程的安全性，使其功能得到充分發(fā)揮。加固土木工程的結(jié)構(gòu)與地基，可切實(shí)提高工程的抗震性能，使人們的生命財(cái)產(chǎn)安全得到有效保障。近年來(lái)，人們對(duì)于土木工程質(zhì)量要求在不斷提高，提高土木工程的抗震性已成為土木工程建設(shè)發(fā)展的重要目標(biāo)[1]。通過(guò)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)及地基的加固處理，可有效提高土木工程的抗震性能，對(duì)提升建設(shè)效果具有重要作用。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)的美觀(guān)性，滿(mǎn)足土木工程的需要，應(yīng)按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。

完整性。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要從整體角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障其結(jié)構(gòu)完整。連接性和完整性是土木工程結(jié)構(gòu)的顯著特征，是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)。應(yīng)遵循完整性原則，充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的作用。設(shè)計(jì)人員應(yīng)從建筑的整體角度出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)各結(jié)構(gòu)元件安全特性的分析，根據(jù)綜合結(jié)構(gòu)特征與構(gòu)件要求展開(kāi)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既要保障各結(jié)構(gòu)元件的質(zhì)量，又要保障各結(jié)構(gòu)元件能夠有效連接，形成一個(gè)完整的整體。

合理性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極轉(zhuǎn)變工作觀(guān)念與態(tài)度，強(qiáng)化對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要性的認(rèn)識(shí)，遵循合理性的設(shè)計(jì)原則，確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。人們對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，設(shè)計(jì)人員要緊跟時(shí)代發(fā)展要求，不斷更新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用，不斷創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。結(jié)合時(shí)代發(fā)展需要，加強(qiáng)對(duì)影響土木工程質(zhì)量因素的分析，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)降低其對(duì)土木工程施工質(zhì)量的影響，在保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的前提下，降低施工技術(shù)難度，加強(qiáng)施工技術(shù)與施工環(huán)境條件的契合度，切實(shí)解決影響施工質(zhì)量的隱患。

高效性。土木工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜，為了有效保障土木工程施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員不能主觀(guān)盲目進(jìn)行設(shè)計(jì)，要加強(qiáng)把控，尤其是在建筑圖標(biāo)方面務(wù)必精確，按照相關(guān)要求明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出精確的結(jié)構(gòu)圖，降低各節(jié)點(diǎn)的施工難度。為了有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高效性，應(yīng)充分利用現(xiàn)代技術(shù)手段，利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維模擬圖形的構(gòu)建，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，避免在實(shí)際施工中出現(xiàn)問(wèn)題而影響施工進(jìn)度。

3 土木工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

土木工程設(shè)計(jì)過(guò)程中除了要掌握相應(yīng)的基本原則，還需要結(jié)合工程發(fā)展情況及施工需求，掌握施工要點(diǎn)，避免給實(shí)際工程施工造成影響。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合實(shí)際環(huán)境對(duì)相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行全面分析，掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，切實(shí)提高土木工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。

框架長(zhǎng)度。諸多因素會(huì)對(duì)土木工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，要加強(qiáng)對(duì)各種影響因素的分析，并有針對(duì)性地進(jìn)行處理，尤其不能忽視框架長(zhǎng)度，唯有確保結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性，才能規(guī)避偏差等問(wèn)題，避免對(duì)工程穩(wěn)定性造成影響。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要嚴(yán)格契合施工質(zhì)量要求，精確計(jì)算框架長(zhǎng)度，防止因?yàn)榭蚣荛L(zhǎng)度不準(zhǔn)確而影響土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。施工方應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)交底，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范施工，做好施工過(guò)程監(jiān)督與檢查，確保施工質(zhì)量。

抗震性能。土木工程設(shè)計(jì)中，要加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的掌握，根據(jù)建筑特征要求，全面掌握建筑的抗震性能。尤其是在框架截面設(shè)計(jì)中，不能忽視抗震等級(jí)要求，需科學(xué)分析施工現(xiàn)場(chǎng)情況，合理選擇抗震等級(jí)，尤其要注重設(shè)計(jì)計(jì)算，避免計(jì)算值與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差[2]。

4 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

增大截面。在設(shè)計(jì)中合理加大建筑結(jié)構(gòu)件的截面面積與配套鋼筋，以達(dá)到強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能的作用。直接加固法是比較簡(jiǎn)單的一種土木工程結(jié)構(gòu)加固法，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還需要根據(jù)工程情況進(jìn)行合理選擇，防止因使用不當(dāng)而給工程造成負(fù)面影響。不同土木工程的加固要求不同，通常分為三種：增大斷面并增加配套鋼筋，以增加配套鋼筋為主，以增大斷面為主。

砌體結(jié)構(gòu)。土木工程建設(shè)中，砌體結(jié)構(gòu)是非常重要的施工結(jié)構(gòu)，對(duì)于土木工程的整體質(zhì)量作用巨大。其中，墻與柱是砌體結(jié)構(gòu)的主要形式，其通常由塊體與砂漿砌筑而成。砌體結(jié)構(gòu)加固的抗壓承載力很強(qiáng)，加固優(yōu)勢(shì)明顯。土木工程建設(shè)中通常會(huì)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，以提升土木工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。砌體結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分為荷載傳遞改變加固與直接加固技術(shù)，但砌體結(jié)構(gòu)加固的力學(xué)性能差，實(shí)際承載力不足，整體加固效果又不盡理想，在實(shí)際應(yīng)用中容易受外部荷載因素的干擾而產(chǎn)生不同程度的裂縫。因此，在采用砌體結(jié)構(gòu)加固方法提升土木工程整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)，要結(jié)合多方面影響因素對(duì)其進(jìn)行綜合處理，提升其承載力，減少外界因素的干擾。

混凝土置換。土木工程施工中，可通過(guò)混凝土置換方式解決其嚴(yán)重?fù)p壞問(wèn)題，清除各區(qū)段中不符合使用要求與力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)的混凝土，露出原混凝土結(jié)構(gòu)層后，重新澆筑質(zhì)量達(dá)標(biāo)的混凝土。在二次澆筑中，需采用與原混凝土品種相同的混凝土，實(shí)現(xiàn)新舊混凝土的有效銜接，不斷提高混凝土結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度等級(jí)[3]。通過(guò)膨脹劑預(yù)壓應(yīng)力、水泥水化及膠體下滲等方法，實(shí)現(xiàn)新舊混凝土結(jié)構(gòu)的黏合與加固，提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。混凝土置換施工需要嚴(yán)格按照施工規(guī)范流程，注重對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的清理，保障工程施工質(zhì)量。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是建筑工程中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，具有耐用性強(qiáng)、施工操作便利等優(yōu)勢(shì)，但需注意設(shè)計(jì)中的原材料與鋼筋配置，應(yīng)結(jié)合實(shí)際施工要求對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，合理選擇鋼筋型號(hào)及材料添加劑，提高土木工程施工質(zhì)量，避免產(chǎn)生裂縫。計(jì)算建筑承載力時(shí)，應(yīng)合理選擇人工制造骨料，科學(xué)計(jì)算骨料添加比例，確保建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性[4]。根據(jù)承載作用合理選擇鋼筋，加強(qiáng)對(duì)橫截面大小的計(jì)算，以強(qiáng)化鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

5 地基加固技術(shù)措施

淺基礎(chǔ)地基加固。針對(duì)地面下的淺基礎(chǔ)地基部位，加固處理程序相對(duì)簡(jiǎn)單，通常采取獨(dú)立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)等施工方法。地基基礎(chǔ)施工中，針對(duì)于不符合施工條件的地質(zhì)環(huán)境與條件，通常是在淺地基加固中采取人工處理的方式，挖至土質(zhì)條件達(dá)標(biāo)的土層，再設(shè)置基礎(chǔ)部分；對(duì)于較深的基礎(chǔ)，通常涉及墩基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻及樁基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)，可將深基礎(chǔ)作為連接深層堅(jiān)硬土質(zhì)與建筑物的重要介質(zhì)，確保建筑物的荷載可向基礎(chǔ)部分傳遞，基礎(chǔ)部分再將荷載向地基深處承載力較大的土層中傳遞。

換填法。地基施工中，對(duì)于不達(dá)標(biāo)的施工現(xiàn)場(chǎng)的自然地質(zhì)條件，可通過(guò)換填法進(jìn)行地基加固處理。對(duì)于黏性較大的地基土質(zhì)，可通過(guò)壓實(shí)土體的方法，確保土體符合設(shè)計(jì)要求。在地基土體換填操作中，工作人員需仔細(xì)了解施工現(xiàn)場(chǎng)情況，合理采取振沖置換法或碎石樁法等換填方式。換填法也被稱(chēng)作換土法，具有提高承載力、減少沉降量、防止地基被破壞等作用，但會(huì)增加建筑成本，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不適用于建筑面積過(guò)大的情況[5]。置換地基土體時(shí)，需先挖出承載力不足的土層，再置換合適的土石材料，通過(guò)壓實(shí)處理，使換填前后的土層能夠充分結(jié)合。在分層回填與逐層壓實(shí)過(guò)程中，需防止基坑內(nèi)雨水下滲，嚴(yán)格控制施工含水量。施工方法包括機(jī)械碾壓法、重錘夯實(shí)法及平板振沖法等。施工需嚴(yán)格控制墊層的厚度與寬度，防止墊層出現(xiàn)豎向變形等問(wèn)題；對(duì)墊層實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，確保經(jīng)換填法處理后的地基性能達(dá)標(biāo)。

排水固結(jié)法。排水固結(jié)法是地基加固處理的常用技術(shù)手段。對(duì)于地下水位較高的基坑，需通過(guò)排水固結(jié)法進(jìn)行地基加固處理。預(yù)壓地基適用于淤泥和充填土等飽和黏性土地基，通常利用堆載聯(lián)合預(yù)壓等處理工藝；真空預(yù)壓適用于以黏性土為主的軟弱地基處理。排水固結(jié)法由加壓系統(tǒng)與排水系統(tǒng)兩部分組成，適用于飽和黏性土地基。排水系統(tǒng)包括普通砂井、袋裝砂井及塑料排水帶等豎向排水井，也包括砂墊層等水平排水層。加壓方法包括堆載法、真空法及降低地下水位法等。在荷載作用下的飽和軟黏性土地基，孔隙中的水被逐漸排出，孔隙體積逐漸縮小，從而發(fā)生固結(jié)變形。超靜水壓力消散后，可逐漸提高有效應(yīng)力與地基土的強(qiáng)度。土層越厚，固結(jié)延續(xù)的時(shí)間就越長(zhǎng)，可通過(guò)增加土層的排水途徑與縮短排水距離的方式，加速土層的固結(jié)。

樁基法。樁基法主要采用鋼筋混凝土預(yù)制樁，提升原地基抗壓強(qiáng)度，有效降低施工成本，縮短工期。樁基用沉管方式完成澆筑，可提高地基加固效果和建筑物的穩(wěn)定性。針對(duì)較厚的淤土層且難以大面積進(jìn)行深處理時(shí)，可通過(guò)打樁的方式展開(kāi)加固處理。樁基礎(chǔ)技術(shù)早期以水泥土攪拌樁、砂石樁及木樁等技術(shù)為主[6]，但是由于設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、自動(dòng)化管理系統(tǒng)不完善，以往的樁基礎(chǔ)技術(shù)逐漸被淘汰，目前主要應(yīng)用鋼筋混凝土預(yù)制樁，具有投資少、承載力強(qiáng)及施工速度快等特征，在土木工程中得到了廣泛應(yīng)用。灌注樁適用于淤土層較厚的地基處理，打灌注樁至硬土層后作為承載臺(tái)。灌注樁包括沖鉆孔灌注樁與沉管灌注樁兩類(lèi)，但兩種方法均存在樁身完整性差、泥漿污染及樁底沉渣清理難等技術(shù)難題，需根據(jù)地基土質(zhì)實(shí)際情況合理選擇加固方法。

6 結(jié)語(yǔ)

地基的土質(zhì)不同，加固處理技術(shù)方法與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等也存在差異。為確保土木工程的穩(wěn)定性與完整性，應(yīng)夯實(shí)建筑工程的施工基礎(chǔ)，提高建筑工程施工質(zhì)量，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加固處理中選擇科學(xué)的技術(shù)方式，不斷加強(qiáng)引進(jìn)新技術(shù)、新理念和新方法，積極提升土木工程建設(shè)水平。