土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)研究

傅興遠(yuǎn) 王麗

濟(jì)南市歷城區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)綜合服務(wù)中心/濟(jì)南市歷城區(qū)人防工程服務(wù)中心 山東 濟(jì)南 250100

引言

從推動土木工程領(lǐng)域持續(xù)化發(fā)展的角度分析，保持技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)性，具有重要意義。實踐中土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，解決了很多質(zhì)量問題。當(dāng)前工程環(huán)境日益復(fù)雜，面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)很多，總結(jié)結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，分析技術(shù)重難點，尋求優(yōu)化的措施與方法。

1 土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固類型分析

1.1 結(jié)構(gòu)類型

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。從土木工程建設(shè)實際分析，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比較廣泛，尤其是節(jié)能環(huán)保時代背景下，既能夠保證建筑的穩(wěn)定性，也可達(dá)到可靠性標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格控制對鋼筋與混凝土等指標(biāo)的質(zhì)量，消除與土木工程質(zhì)量的影響，保證建筑建造的要求達(dá)到預(yù)期。若使用了惡劣的鋼材與混凝土材料，則會影響后期的質(zhì)量，造成資源與成本浪費，同時影響工程的進(jìn)度。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案，必須要注重后期施工的質(zhì)量控制，切實發(fā)揮結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，提高土木工程建造的質(zhì)量與效益水平。對使用的原材料，例如水泥和骨料等，采取科學(xué)合理的配比方案，明確混凝土配比方案，指導(dǎo)作業(yè)的開展。使用的材料，需做好全面嚴(yán)格控制，消除對工程的不良影響。

承重結(jié)構(gòu)。從土木工程設(shè)計分析，很多都選擇為矩形方案，建筑整體建設(shè)工程的縱向剛度大于橫向剛度時，會設(shè)計一個橫墻當(dāng)作支撐，確保工程的抗震性。若后期使用時遇到自然災(zāi)害，將會威脅土木工程的性能，很容易造成墻體破壞，使得建筑的抗震性能受到影響。開展結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于承重結(jié)構(gòu)部分需要強(qiáng)化抗剪能力，切實保障建筑結(jié)構(gòu)性能可以達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求。通過增加建筑材料的強(qiáng)度等級，提升橫墻的承重力，有效發(fā)揮橫墻的隔斷能力。

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。工程設(shè)計中剪力墻的平面布置增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能力，設(shè)計時要堅持對稱性原則，嚴(yán)格控制墻面結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)，例如剛度與質(zhì)量，促使結(jié)構(gòu)保持平衡狀態(tài)，達(dá)到工程抗震設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，做好邊緣構(gòu)件的管理。結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)，施工人員會對邊緣構(gòu)件進(jìn)行劃分，劃分為約束構(gòu)件與無約束構(gòu)件。對比兩種構(gòu)件，無約束邊緣的矩形截面積相比而言承載力會弱一些，同時極限位移角度也有所減少，可能會給墻外的穩(wěn)定性帶來影響。為避免此問題的出現(xiàn)，需結(jié)合級別類型明確剪力墻的參數(shù)，做好尺寸比例的分析，優(yōu)選適宜的邊緣構(gòu)件。做好剪力墻墻身鋼筋的優(yōu)化設(shè)計。

1.2 地基加固類型

注漿加固技術(shù)。一般來說，加固多使用水泥作為主劑進(jìn)行注漿加固處理，例如水泥漿和水泥砂漿以及水泥水玻璃等。若處理軟弱地基，則選擇水泥漿材料或者水泥水玻璃混合液。如果地層存在很大空隙或者存在被地下水沖走的風(fēng)險，則使用水泥砂漿材料。實際應(yīng)用中必須要做好注漿材料的技術(shù)指標(biāo)控制，即初凝時間與注漿壓力。若處理砂土地基，那么將初凝時間控制為5～20mim；注漿壓力控制為0.2～0.5MPa。若處理黏性土地基，則將初凝時間控制為1～2h，注漿壓力控制為0.2～0.3MPa。除此之外，采取現(xiàn)場試驗的方式，確定注漿的范圍與材料的使用量。地基加固處理中還會使用硅化漿液，作為注漿加固材料。常運用單液法與雙液法，進(jìn)行加固處理，保證地基加固處理的質(zhì)量和效益。

樁基法。地基加固處理中常使用鋼筋混凝土，開展預(yù)制樁加固施工，獲得較強(qiáng)的抗壓力，加固處理的成本相對較低，且質(zhì)量可以得到保障，為后續(xù)的工程施工爭取時間，避免影響土木工程的進(jìn)度水平。若地基的土層很高，則采用灌注樁處理方案進(jìn)行施工，設(shè)置承載臺，利用沉管或沖鉆管道的方法開展灌注樁操作。結(jié)合地基的特點，選擇適宜的處理方法。

換填加固處理工藝。一般情況下，采用換填地基的工藝方法，便能夠有效保證結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性，達(dá)到設(shè)計的要求。采用換填工藝，對軟弱土體進(jìn)行清除處理，再使用無腐蝕成分且有著很好壓縮性能的換填材料進(jìn)行回填處理，當(dāng)達(dá)到設(shè)計的地面時進(jìn)行夯實處理，增強(qiáng)土層的穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到工程的要求。

2 土木工程地基加固技術(shù)的應(yīng)用實例

2.1 案例概述

以某裙房工程為例，設(shè)計為3層框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置獨立基礎(chǔ)。按照方案設(shè)計基礎(chǔ)埋深范圍為2.0～3.2m，下部設(shè)置1.8～3.0m的灰土墊層。工程施工時灰土墊層下設(shè)置4.0m長素土擠密樁，以此消除濕陷性。項目南側(cè)相鄰的主樓也設(shè)計為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，總計17層，其中地下1層，設(shè)置為樁基礎(chǔ)。

2.2 裙房結(jié)構(gòu)的問題

結(jié)構(gòu)封頂后的1年內(nèi)沉降穩(wěn)定，但后期沉降突然增加，根據(jù)測量的結(jié)果顯示累計達(dá)到55.10mm，沉降速率平均值為0.4mm/d，而主樓沉降量為14.24m。通過增加監(jiān)測頻次，可以發(fā)現(xiàn)裙房沉降依舊增加，并且沒有收斂的趨勢。由于裙房沉降問題加劇，使得裙房和主樓交接位置外立面以及裙房室內(nèi)樓梯等位置，產(chǎn)生了開裂與拉裂等問題。

沉降原因分析：①根據(jù)觀測點的沉降量數(shù)據(jù)信息分析，地基上中含水量與飽和度都在增加，造成土體強(qiáng)度降低，并且承載力也不斷下降，這是造成此建筑沉降的主要原因。建筑建設(shè)現(xiàn)場有坑洼地和化糞池，使得雨水有了匯聚點，使得裙房地基大幅度沉降。開展裙房地基處理時，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)擠密樁成孔環(huán)節(jié)產(chǎn)生嚴(yán)重的縮孔情況，不過沒有進(jìn)行處理，后期驗槽時沒有出現(xiàn)異常便組織開展下一步施工作業(yè)。②造成地基沉降的另外一個原因為場地填方。受到原始地形的影響，即西北底低而東南高的特點，且裙房處于斜坡段的低洼區(qū)，原來地形標(biāo)高大約508.89m～510.89m，經(jīng)過平整處理后標(biāo)高達(dá)到513.0m，裙房大面積回填厚度約為2.11～4.11的填土。受到填方荷載的影響，使得實現(xiàn)性黃土的影響深度被改變，不過項目勘察單位未考慮到填方的影響，提出建議將擠密樁長度取為4.0m。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計單位缺乏項目地區(qū)項目經(jīng)驗，根據(jù)勘察報告進(jìn)行設(shè)計，因此灰土墊層下臥的高壓縮黃土狀土沒有進(jìn)行全部徹底處理，遇到水浸濕的情況產(chǎn)生濕陷變形。因為灰土墊層和砼獨立基礎(chǔ)剛度很大，使得灰土墊層底產(chǎn)生脫空的問題。前期灰土墊層沒有被破壞，建筑物可以保持穩(wěn)定，不過受到浸水的影響濕陷性黃土成為飽和軟黃土，經(jīng)過壓縮變形，使得脫空面積增加，出現(xiàn)墊層剛度無法滿足上部荷載的情況，最終產(chǎn)生破壞，使得建筑物迅速沉降[1]。

2.3 加固方案

考慮到項目所在區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，而且影響沉降的因素很多，經(jīng)過綜合分析，決定使用旋噴樁加固工藝。此方法前期會產(chǎn)生附加沉降，但結(jié)構(gòu)允許附加沉降有限，通過全面分析和優(yōu)化，提出嚴(yán)格控制施工順序來控制施工沉降，預(yù)估施工作業(yè)時附加沉降量為20mm。按照沉降加固方案設(shè)計內(nèi)容，作業(yè)時根據(jù)基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)的荷載情況，運用復(fù)合地基承載力理論進(jìn)行計算，明確獨立基礎(chǔ)下旋噴樁數(shù)量和樁長。與此同時，為減少施工作業(yè)給原來地基造成的不良影響，同時達(dá)到承載力要求，采集沉降觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合考慮回填土的厚度，在平面上開展分區(qū)域設(shè)計，各個區(qū)的情況如下：①I區(qū)。變形大且填方厚度很大，設(shè)計運用旋噴樁工藝，樁長最大值為13.0m。②IV區(qū)。此區(qū)變形小且填方厚度比較小，設(shè)計采用旋噴樁工藝，樁長最小值為9.0m。③II與Ⅲ區(qū)樁長介于兩者之間。將旋噴樁樁徑大小設(shè)計為0.6m，同時樁間距控制為1.41～2.0m，樁底穿透灰土層，樁頂放在灰土墊層底以上0.5m。為了降低工程施工對沉降的影響，確定了工程施工順序和流程，施工作業(yè)時嚴(yán)格按照技術(shù)方案進(jìn)行操作[2]。

旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)情況如下：①按照設(shè)計方案，高壓旋噴樁水泥強(qiáng)度設(shè)計為P.O42.5。②為了增強(qiáng)旋噴樁早期的強(qiáng)度，設(shè)計在水泥漿液中摻入一定的外加劑。對于外加劑的比例，氧化鈉占水泥重量的0.5%；三乙醇胺占水泥重量的0.05%。③水泥漿水灰比設(shè)計為1∶1.0，且每延米水泥材料使用量不可以超過2000kg。作業(yè)時將噴漿壓力控制為20～30MPa；轉(zhuǎn)速設(shè)置為23r/min；提升速度設(shè)置為20cm/min。④按照設(shè)計方案28d樁體抗壓強(qiáng)度為4MPa。

2.4 加固處理效果

工程加固施工作業(yè)前N04點累計沉降量的測量最大值為101.5mm，經(jīng)過加固處理后變形量測量值為113.35mm，加固處理時附加沉降最大值為11.85mm＜20mm，證明地基施工期附加沉降沒有超出標(biāo)準(zhǔn)。從地基旋噴加固施工作業(yè)的開展情況分析，因為水泥漿材料的注入沒有固化時，建筑物附加沉降量和速率都出現(xiàn)了增加的情況，測量得到的最大沉降速率是0.9mm/d，證明旋噴樁加固施工作業(yè)會給建筑地基擾動，證明了施工質(zhì)控措施的有效性。經(jīng)過旋噴加固處理后，注漿體固化形成強(qiáng)度，地基沉降控制效果顯著，同時沉降速率已經(jīng)得到控制，從原來的0.4mm/d降低到0.04mm/d，使得地基問題得到有效結(jié)果。

3 土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗總結(jié)

3.1 科學(xué)合理設(shè)計方案

土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用，需做好科學(xué)合理設(shè)計，優(yōu)選適宜的技術(shù)與工藝，解決存在的問題，例如沉降問題。事前要做好全面調(diào)查，掌握工程地質(zhì)情況和沉降問題，分析引發(fā)問題的具體原因，制定完善的加固處理措施，應(yīng)用到工程實踐。上述加固工程施工案例中針對施工造成的沉降問題進(jìn)行了分析，提出優(yōu)化施工順序和流程的措施來應(yīng)對影響，保障結(jié)構(gòu)與地基加固的效果，提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性[3]。

3.2 做好加固施工的過程控制

首先，貫徹落實結(jié)構(gòu)與地基施工技術(shù)要點。組織開展施工作業(yè)前，對土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)要點進(jìn)行梳理，分析工藝的重難點，了解加固工程的施工流程和程序，為工程施工管理工作的開展提供支持和保障[4]。

其次，做好工程材料的質(zhì)量管控。土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量管理，必須要做好材料的質(zhì)量管控。組織開展施工作業(yè)前，對使用的水泥和骨料等材料，進(jìn)行質(zhì)量檢驗檢測分析，避免使用劣質(zhì)材料影響工程效益。除此之外，要做好材料質(zhì)量的全過程檢驗檢測，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，采取管理措施加以處理，保障土木工程加固的質(zhì)量。通過全面嚴(yán)格控制，消除潛在的隱患與風(fēng)險，保證土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用效益，促使工程建造質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)[5]。

最后，加大技術(shù)研究力度。土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用，面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)與風(fēng)險，必須要加大技術(shù)創(chuàng)新和研究力度，提出優(yōu)化技術(shù)的方式方法，為土木工程施工問題提供有力的解決措施和方法，全面提高加固效益[6]。

4 結(jié)束語

綜上所述，土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的應(yīng)用，需結(jié)合結(jié)構(gòu)存在的問題，采取針對性的應(yīng)對措施，采取消除措施，可有效保障結(jié)構(gòu)與地基的穩(wěn)定性。文中結(jié)合實例，分析了樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的應(yīng)用效果，結(jié)果驗證了工藝的科學(xué)合理性，具有推廣應(yīng)用價值。