土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與地基加固技術(shù)探究

摘 要：多變的施工條件為土木工程帶來了眾多挑戰(zhàn)，尤其是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地基加固方面。基于此，深入探討了這些挑戰(zhàn)，分析了加固工程中遇到的各類問題，并提出了針對(duì)性的技術(shù)對(duì)策。詳細(xì)描述了幾種常用加固技術(shù)的操作流程和注意事項(xiàng)，旨在為工程師提供實(shí)用的參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：建筑行業(yè)；土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；地基加固技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2024）09-0018-03

收稿日期：2024-03-12

作者簡(jiǎn)介：葉成彬（1989—），男，吉林吉林人，本科，工程師，研究方向：橋梁與道路工程技術(shù)。

0 引言

在土木工程領(lǐng)域，設(shè)計(jì)和建造過程涉及眾多學(xué)科知識(shí)，并易受多變環(huán)境及不可預(yù)見因素的影響。由于理論模型往往難以全面預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)工程中的所有可能性，實(shí)際施工階段常需要通過實(shí)地試驗(yàn)與問題解決來應(yīng)對(duì)復(fù)雜挑戰(zhàn)。該行業(yè)技術(shù)革新通?；诂F(xiàn)場(chǎng)施工的反饋和累積的經(jīng)驗(yàn)。新的工程難題往往在施工實(shí)踐中才顯現(xiàn)，這些是過往經(jīng)驗(yàn)所無法涵蓋的。因此，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)交流對(duì)于問題的發(fā)現(xiàn)和解決至關(guān)重要，它促進(jìn)了知識(shí)的更新和技術(shù)的發(fā)展。

1 土木工程結(jié)構(gòu)方面的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造是建筑行業(yè)的核心，涵蓋了從橋梁、隧道到高層建筑等各種類型的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。當(dāng)前土木工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展受到諸多因素的影響，包括技術(shù)進(jìn)步、可持續(xù)發(fā)展的需求以及對(duì)防災(zāi)減災(zāi)能力的增強(qiáng)要求。

在材料科學(xué)方面，傳統(tǒng)建筑材料如混凝土和鋼材正在被新型高性能材料所補(bǔ)充甚至取代，這些新型材料具有更高的強(qiáng)度、更好的耐久性與適應(yīng)性。例如，超高性能混凝土和形狀記憶合金的使用，使得結(jié)構(gòu)能夠承載更大的荷載并更好地適應(yīng)極端環(huán)境條件。

在傳統(tǒng)土木工程領(lǐng)域，存在多種結(jié)構(gòu)形式，其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)占據(jù)主導(dǎo)地位，并被廣泛應(yīng)用于各類實(shí)際施工項(xiàng)目中。

1.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)基本原理與應(yīng)用

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在水利施工、房屋建造以及道路橋梁建設(shè)等領(lǐng)域均發(fā)揮著重要作用。針對(duì)不同用途，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)會(huì)有所不同。然而，在設(shè)計(jì)原則上，安全性始終是首要考慮的因素，結(jié)構(gòu)必須能夠承受可能出現(xiàn)的各種直接或間接作用力，并在突發(fā)狀況下仍能保持足夠的承載力和穩(wěn)定性。在滿足安全性的基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步考慮結(jié)構(gòu)的適用性、耐用性和經(jīng)濟(jì)性。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了多個(gè)階段，包括容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法、破損階段設(shè)計(jì)方法和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。盡管前兩種方法在設(shè)計(jì)上存在缺陷，不再被廣泛采用，但它們的設(shè)計(jì)思路在某些特定情況下仍具有一定的參考價(jià)值。目前，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法已成為主流，這種方法需先計(jì)算出結(jié)構(gòu)在截面被破壞時(shí)的極限承載力，再確保結(jié)構(gòu)在使用荷載作用下的內(nèi)力不超過該極限承載力除以某個(gè)安全系數(shù)。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝的注意事項(xiàng)

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)越來越多的工程項(xiàng)目開始采用鋼結(jié)構(gòu)作為主要建筑形式，以實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)的安裝過程是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的過程，它涵蓋了多個(gè)環(huán)節(jié)和技術(shù)要求。

在這個(gè)過程中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要運(yùn)用一系列的專業(yè)技術(shù)，如電焊、高強(qiáng)螺栓和普通螺栓等多種連接方法，對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行精確的組裝和固定。這些連接方法各有其特點(diǎn)和適用范圍，既用于確保鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，也能展現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)建筑的獨(dú)特魅力。

在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，工作人員還需遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，以確保鋼構(gòu)件的連接質(zhì)量。此外還要考慮到各種外部因素，如地形、氣候、材料供應(yīng)等，這都使得整體施工難度加大。

1.2.1 材料挑選與連接技術(shù)

目前，常用的鋼材主要包括型材、板材、管材和技術(shù)制品4大類。在鋼結(jié)構(gòu)的選材設(shè)計(jì)中，常用的材料包括普通優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼和普通碳素鋼等。鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)鋼材的要求相當(dāng)嚴(yán)格，鋼材不僅需要具備較高的強(qiáng)度，還需展現(xiàn)優(yōu)良的塑性和韌性，以適應(yīng)冷熱加工處理?？紤]到耐久性，鋼材還需能夠承受足夠的低溫，具備一定的抗腐蝕能力和重復(fù)荷載能力。

對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其選材要求也有所不同。例如，柱子的截面通常設(shè)計(jì)為“工”字形或箱型；而梁部構(gòu)件則多采用軋制的“H”型或焊接的鋼梁。這種設(shè)計(jì)不僅滿足了鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性方面的要求，還確保了結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1.2.2 施工現(xiàn)場(chǎng)裝置安裝的規(guī)范管理

在鋼結(jié)構(gòu)安裝施工現(xiàn)場(chǎng)，有序的管理和文明的施工方式至關(guān)重要，這是確保安裝任務(wù)能夠高質(zhì)量、高效率完成的關(guān)鍵。在現(xiàn)場(chǎng)管理中，有兩個(gè)重要的方面需要特別注意鋼構(gòu)件的堆放和安裝機(jī)械的選擇與布置。

為了確保施工順利進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)用地面積通常需要達(dá)到結(jié)構(gòu)整體占地面積的1.5倍。這樣可以確保有足夠的空間進(jìn)行鋼構(gòu)件的堆放和安裝機(jī)械的操作。根據(jù)安裝程序，所需的鋼構(gòu)件應(yīng)從中轉(zhuǎn)堆場(chǎng)運(yùn)輸至安裝機(jī)械的回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)，以便進(jìn)行高效的安裝作業(yè)[1]。

對(duì)于安裝機(jī)械的選擇和布置，應(yīng)進(jìn)行全面細(xì)致的檢查。例如，塔式起重機(jī)的臂桿長(zhǎng)度應(yīng)足夠覆蓋整個(gè)施工區(qū)域，以確保施工中的起重需求得到滿足。起重能力也需要進(jìn)行驗(yàn)證，以確保能夠滿足最大的起重需求。鋼絲繩的長(zhǎng)度也要以滿足不同位置的施工需求。塔式起重機(jī)的速度也應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同施工階段的速率要求。

在鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，可能會(huì)涉及多個(gè)作業(yè)面的交叉作業(yè)。因此，需要合理安排作業(yè)順序，避免人員之間的擁擠和機(jī)械之間的碰撞。這可以通過制定詳細(xì)的施工計(jì)劃和合理的作業(yè)安排來實(shí)現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)安裝的最佳場(chǎng)所通常是平整、對(duì)稱且較為平坦的建筑平面。因此，在設(shè)置安裝流水線時(shí)，應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，確保流水線的設(shè)置合理、高效。

1.3 土木工程結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展趨勢(shì)

在設(shè)計(jì)理念上，土木工程師正逐漸采用全壽命周期的設(shè)計(jì)方法，考慮建筑從設(shè)計(jì)、施工、使用到最終拆除的整個(gè)生命周期中的所有因素，以最小化其對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。這涉及了節(jié)能、減排、易于維護(hù)和可回收利用等多個(gè)方面。隨著全球氣候變化和極端天氣事件的增多，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亦更加注重提高結(jié)構(gòu)的抗震性和抗洪能力，確保其在自然災(zāi)害面前的安全性和功能性。

技術(shù)發(fā)展同樣影響著土木工程結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與未來，數(shù)字化建模、建筑信息模型（BIM）、無人機(jī)監(jiān)測(cè)和3D打印等技術(shù)的應(yīng)用，正在改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)方式。這些技術(shù)提高了設(shè)計(jì)的精確度，優(yōu)化了施工過程，降低了風(fēng)險(xiǎn)和成本，也增強(qiáng)了對(duì)工程項(xiàng)目的監(jiān)控和管理能力。

土木工程結(jié)構(gòu)的研究與發(fā)展也面臨著跨學(xué)科整合的趨勢(shì)，如結(jié)合生態(tài)學(xué)、社會(huì)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)，旨在打造更加和諧、可持續(xù)的人類居住環(huán)境。綜上所述，土木工程結(jié)構(gòu)方面的現(xiàn)狀是一個(gè)不斷發(fā)展進(jìn)化的過程，它反映了新技術(shù)的采納、對(duì)可持續(xù)發(fā)展的追求以及對(duì)社會(huì)需求的響應(yīng)。土木工程師們通過不斷探索和實(shí)踐，推動(dòng)著這一領(lǐng)域向更安全、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的方向發(fā)展。

2 地基加固技術(shù)探究

2.1 地基加固技術(shù)基本介紹

地基加固是工程施工中經(jīng)常遇到的問題，需要根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)選擇合適的方法。常用的地基加固技術(shù)包括換填法、排水加固法、擠壓法、膠結(jié)法和加筋法等。換填法是最常用的一種方法，適用于自然地質(zhì)不適合當(dāng)前工程的情況。

換填法主要有換土墊層法和置換法兩種。換土墊層法是用優(yōu)質(zhì)泥土替換原土，適合整體置換。置換法包括石灰置換法、碎石置換法和水泥置換法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法進(jìn)行地基加固處理。在施工過程中，還需要注意安全措施，確保施工人員的安全。常用地基加固技術(shù)，如表1所示。

2.2 加固措施

在沼澤地和濕地等水分含量較高的地區(qū)，排水加固法被廣泛應(yīng)用。這類地區(qū)的土質(zhì)由于含水量高，不利于建筑工程的穩(wěn)定性和安全性。通過排除多余的水分，可以使土層變得更加堅(jiān)固。排水加固法主要包括預(yù)壓法和真空預(yù)壓法，具體的排水方法會(huì)根據(jù)工程的規(guī)模和需求有所不同。

加筋法是一種被廣泛應(yīng)用于地基加固的工程技術(shù)，其工作原理主要是通過在土壤中加入增強(qiáng)材料，如鋼筋、纖維等，以提高土壤的抗拉強(qiáng)度和抗壓能力，從而達(dá)到增強(qiáng)土質(zhì)穩(wěn)定性的目的。這種方法能夠有效地防止土壤在受到外力作用時(shí)發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而提高地基的承載能力和抗侵蝕性能。加筋法還具有施工簡(jiǎn)便、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此在地基加固領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，這種技術(shù)在我國(guó)的土木工程領(lǐng)域已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用，bf3a990606ec867dd92d7d6abcd527d4ba30a53edbd1b0f62c815a90331ff6f2不僅大幅度提高了施工效率，降低了施工成本，還極大地提升了建筑質(zhì)量和安全性。因此，它已經(jīng)成為土木工程領(lǐng)域的一大關(guān)鍵技術(shù)，受到了業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注和廣泛贊譽(yù)。

在今后的發(fā)展中，這種技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用將更加深入，為推動(dòng)我國(guó)土木工程事業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。在挑選地基加固策略的過程中，工程師必須全面權(quán)衡地質(zhì)環(huán)境、工程項(xiàng)目的規(guī)模以及特定的施工要求。這其中包括對(duì)土壤性質(zhì)、地下水位、地質(zhì)構(gòu)造等因素的深入分析，還要兼顧工程成本和施工周期。在此基礎(chǔ)上，工程師還需根據(jù)實(shí)際需求，因地制宜地選擇合適的加固方法，如土釘墻、錨桿加固、樁基加固等。經(jīng)過綜合評(píng)估后，制定出的地基加固方案不僅能確保工程的安全性，還能提高地基的承載能力和穩(wěn)定性，從而為整個(gè)建筑項(xiàng)目的順利推進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

2.3 錨桿靜壓樁法

錨桿靜壓樁法是通過在地基土中鉆孔，然后將預(yù)制的混凝土樁或鋼樁插入孔中，并利用錨桿對(duì)樁體施加預(yù)壓力，從而使樁與周圍土體緊密結(jié)合，提高地基的整體性能。錨桿靜壓樁法的優(yōu)勢(shì)在于其施工過程中振動(dòng)小、噪聲低，對(duì)周圍環(huán)境和建筑物的影響較小。由于樁的預(yù)壓力可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，因此這種方法能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件和工程需求。

在實(shí)施錨桿靜壓樁法時(shí)，首先需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探，以確定樁的尺寸、間距和布置方式。接著，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔作業(yè)，精確控制孔徑和深度以確保樁的正確安裝。樁體通常采用高強(qiáng)度混凝土或鋼材制成，以保證足夠的承載力。樁安裝就位后，通過錨桿對(duì)樁頂部施加預(yù)壓力，這一過程需要嚴(yán)格控制以避免過度加載導(dǎo)致地基或樁體的破壞。

錨桿靜壓樁法不僅能夠有效提高地基的承載力，還能改善地基的變形特性，減少建筑物的沉降。由于其施工快速且對(duì)環(huán)境影響小，這種加固技術(shù)在城市地區(qū)的基礎(chǔ)工程中尤為適用。需要注意的是，錨桿靜壓樁法的應(yīng)用效果受到許多因素的影響，包括地基土的性質(zhì)、樁的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量等，因此在設(shè)計(jì)和施工過程中應(yīng)充分考慮這些因素，確保加固效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3 結(jié)束語

隨著建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，土木工程的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)顯著提升，特別是由于先進(jìn)軟件的開發(fā)與應(yīng)用以及高精度施工機(jī)械的使用，土木工程領(lǐng)域的安全事故正在逐漸減少。本文概述土木工程中結(jié)構(gòu)問題處理與地基加固技術(shù)的當(dāng)前常用方法，并鼓勵(lì)行業(yè)專家共同探討，促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 代蒙南.土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與地基加固技術(shù)探究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2024（3）：196-198.

[2] 牛中元.土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與地基加固施工技術(shù)實(shí)踐[J].石材，2023（11）：47-49.