探析土木工程建设中结构与地基加固技术的运用

2014-03-29王砾伟

赤峰学院学报·自然科学版 2014年23期

关键词：钢筋混凝土结构

王砾伟

（延安大学西安创新学院，陕西西安 710100）

探析土木工程建设中结构与地基加固技术的运用

王砾伟

（延安大学西安创新学院，陕西西安 710100）

随着我国社会经济的不断发展，土木工程的发展取得了瞩目的成就，成为了国民发展的支柱产业.比如在迎接西部大开发的阶段，甘肃省集中力量在加强基础设施建设中，大兴土木工程建设.随着我国对外贸易的迅速发展，外商投资的迅猛增加，许多高层、超高层类建筑也陆续兴建.由此人们对于土木工程建设质量问题的关注度也逐步上升，而在土木工程建设质量起着重要作用的就是对结构和地基的处理.本文通过对土木工程发展的研究，分析土木工程建设中结构加固设计与地基加固技术，通过分析为提高土木工程质量的研究提供有效的参考资料.

土木工程建设；结构与地基；加固技术

在世界发展的进程中，土木工程建设在与自然斗争中不断前进和发展.随着社会和科技的发展，土木工程建设逐渐呈现出大型化、复杂化和多样化的特点.为了满足我国城市化发展的进程，需要大量的建筑来与日益增长的人口数量、城市规模相适应，尤其是房屋建筑，所以土木工程建设与人们的生活密切相关.而土木工程建设整体的结构质量也影响到人们的生命财产安全，所以对土木工程整体质量的控制就变得十分重要.

1 土木工程建设的发展

1.1 基本属性

土木工程（CivilEngineering）属于民用工程，是建造各类工程设施的统称，比如：房屋、管道、桥梁、隧道、河堤、港口和水电站工程等.由于土木工程所涉及范围广，因此其工程建设具有综合性；而土木工程为民用工程，所以具有社会性；土木工程建设的发展凭借的是成功工程经验的总结，因而具有实践性.

1.2 发展历程

土木工程最开始只是作为工程物质基础的土木建筑材料，随着科技的发展与不断实践慢慢发展出了设计理论和施工技术.早期的土木工程仅仅依靠木材和泥土进行施工，随着砖瓦的出现，人们开始在土木工程建设中使用人工制造材料，由于砖瓦运用的成熟，使得土木工程技术发展迅速.十七世纪七十年代，人们开始利用生铁进行工程建设，十九世纪初转变为利用熟铁来完成桥梁和房屋建设.直到十九世纪中期，由于冶金产业的发展，出现了高强度的钢材，土木工程在建设中，逐步把钢材用到建筑结构的各个部分.十九世纪二十年代，混凝土出现，随后人们把混凝土与钢铁结合，形成了钢筋混凝土这种复合建筑材料.直到现在，钢筋混凝土一直被广泛应用于土木工程中.

1.3 土木工程建设发展的重要性与意义

土木工程在保证结构安全的前提下，能够为人们提供居所、打造良好生活环境.随着社会发展进程的加快，土木工程建设机构趋向大型化、复杂化，许多大型的建筑不断出现，土木工程只有不断发展才能保证人们的生活需求得以满足.土木工程建设所涉及的知识范围广，所运用的技术多种多样，所以，土木工程的发展也是一定时期社会经济、技术发展的反映，由此可见，土木工程建设的发展也是社会实力的象征.

1.4 土木工程建设发展现状

在我国，土木工程建设的发展从二十世纪五十年代开始就一直处于迅猛发展的状态，是我国的支柱产业，遍布我国整个领土.科技大楼、铁路、公路、桥梁和商业大厦等不断涌现，新的结构、材料和技术快速发展，令世界叹为观止.比如2014年完工的上海中心摩天大楼，楼高632米，目前排名世界第二.但早在2004年，台北101大楼建成，楼高509.2米，在2004年至2010年期间，一直是世界第一高楼.

但是随着我国人口与城市规模发展的日益壮大，土木工程建设已经开始呈现出难以满足社会与人们需求的局面，资源短缺、环境破坏、水土与空气污染严重也成为了土木工程建设的难题.

2 土木工程建设中结构加固设计

2.1土木工程建设中结构加固原因

土木工程建设中结构加固主要是针对由于混凝土结构受到自然环境、使用环境等各种因素的影响，使得混凝土结构呈现出承载力不足等问题提出的维修加固方案.其具体的原因有四点：

2.1.1 结构老化

建筑物在设计时，都有其使用寿命，一般的建筑物的使用寿命是五十年，所以，当建筑物存在或使用的时间久了，结构就会呈现老化的状态，不应再投入使用，因此需行结构加固工作处理.比如二十世纪五十年代曾经建造了一大批的钢筋混凝土厂房和办公楼，至今这些建筑已经超出了原本设计的使用期限，但是某一部分建造因为各种原因还在继续使用当中，如果不拆除重建，那么就必须对这些建筑进行加固处理，如果不及时处理，则很可能使得房屋倒塌，从而危害人们的生命财产安全.

2.1.2 旧物改造

随着社会的发展，一些原有建筑物的功能不能再满足人们的使用要求，但是因为拆除重建的费用较高，人们往往更愿意采用加固处理的办法，对旧的建筑物进行修葺和改造.这样的改造比新建建筑效率要高，而且成本低.比如，2010年上海世博会的展示场馆，原是我国南市发电厂、江南造船厂等工厂所在地，随着工厂的搬迁后，留下了二三十栋不同的建筑，大部分经过改造后成为了展示场馆，尤其是南市发电厂，被改造成为2010年上海世博会的主题展馆——城市未来馆.

2.1.3 建筑本身存在质量问题

在某些土木工程建设中，因为各种原因，可能使得建筑物存在或大或小的质量问题，对于确定经过改造后能继续使用的问题，一般采用加固处理方式.比如，二十世纪八十年代，由于技术发展与经济发展不平衡，使得工程质量得不到保证，一旦不及时加固，就容易因为各种工程质量而引发事故，后果相当严重.

2.1.4 自然灾害的破坏

我国是一个多自然灾害的国家，洪灾、火灾以及地震等等自然灾害频繁发生.据不完全统计，每年因为风灾而损坏的房屋有30多万间，火灾事故平均每天517起，每年遭受洪灾侵袭面积达到1亿多万亩.比如，1998年的洪灾，全国共有29个省遭受了不同程度的损害，倒塌的房屋达到了685万间，直接经济损失2551亿元.自然灾害是属于不可抗因素，破坏性极强，可能致使建筑物完全损毁，没有被损毁的建筑其结构也必然遭到损坏，所以，对自然灾害后的建筑结构加固处理及有必要.

2.2 土木工程建设中结构加固方法

土木工程建设中对结构加固时必须要先进行鉴定，才能完成后面的加固工作.在加固方案的选择上，要结合实际情况，尽量降低对原建筑的损坏程度.其结构加固的方法可分为两大类，一类是直接加固法，另一类是间接加固法.直接加固法又可以分为增大横截面法、外包钢加固法、预应力加固法与外部粘贴加固法；间接加固法可以分为增设构件加固法、增设支点加固法、增加结构整体性加固法、改变结构刚度比加固法与卸荷加固法.

2.3 土木工程结构加固设计

在土木工程的结构中，最为重要的结构就是钢筋混凝土结构，所以在对土木工程结构加固时，首先要对钢筋混凝土结构进行加固设计.

2.3.1 钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构主要是由钢筋与混凝土这两种材料相互配合形成.混凝土的骨料可以就地取材，混凝土的构件也较易成形，但是混凝土的抗拉强度却比较小，所以在用途上受到一定的限制.而钢筋的抗拉强度高，混凝土承压能力好，所以钢筋与混凝土结合，互相发挥优点，能够提高建筑结构的承载能力.在我国的建筑中，绝大多数的建筑都是使用的钢筋混凝土结构作为主体结构.

2.3.2 钢筋混凝土结构的设计原理与方法

钢筋混凝土结构中的两种不同的材料其受力的性能也完全不一样，在道路桥梁和水利的土木工程中，受力性能不同使得受力构造不同，从而形成了结构系统.这个系统主要由七个部分组成：斜截面承载力计算、正截面承载力计算、预应力混凝土结构、扭曲截面承载力计算、裂缝控制及耐久性设计、高性能混凝土和纤维增强混凝土性能结构设计、钢筋沪宁图构建的延性与抗震设计.因为工程性质不同，所以结构也不一样，那么在进行工程建设时，要注意钢筋混凝土与实际用途相结合.

2.3.3 钢筋混凝土结构的优缺点

优点：发挥了钢筋和混凝土各自的优点；就地取材，降低造价；整体性好，抗震能力增强；可塑性高，能够根据实际需要制造成各种形状；有很好的耐火性和耐久性.

缺点：钢筋和混凝土各自本身就很重，结合后在搬运过程中增加了一定的困难；抗裂性差，容易受到天气的影响；隔热、隔生性能差；模板制造时间长，养护耗费的时间精力多.

2.4 钢结构加固过程中的重点与难点

（1）钢结构在加固的过程中，因为安装过程复杂，所以要注意选材与连接以及截面形状；

（2）在加固时，要注意安装结构的用地与占地面积的实际情况.

3 土木工程建设中地基加固技术

3.1 地基加固原因

地基加固主要是因为天然地基软弱无法满足地基强度、变形等要求.其具体原因有四点：

（1）强度与稳定性不够

（2）地基压缩与不均匀沉降

（3）地基渗漏

（4）自然灾害造成地基松动

3.2 地基加固方法

地基加固前，要先对地基进行鉴定，鉴定后再完成地基加固工作.目前地基加固的方法主要有三种，一种是砂桩、碎石桩、水泥粉煤灰碎石桩；第二种是土桩和灰土桩；第三种是深层搅拌桩.

3.3 地基加固技术分析

地基加固技术可以分为四大类：压密固结法、加紧提复合地基处理技术、换填垫层法与浆液加固法，根据不同地的地基情况的不同，要采用不同的地基加固技术.

3.3.1 压密固结法

压密固结法包括了强夯、降水、压密注浆与真空预压等，压密固结法主要适用于大面积松软的地基处理.

强夯地基加固技术使用强夯机辅助进行，降水技术一般是利用水管进行喷射.压密注浆技术是压密固结法的重点，主要是利用注浆泵通过压力把搅拌好的水泥粉煤灰等浆液压入计算好深度的土地中.而压入土地中的浆液挤压注浆管四周的土体，然后使得土体中的空气与水分排出，并使得土体更为紧实.在土地中的浆液经过一定时间后会凝固，从而把原来松散的土层或者缝隙凝结起来，成为高强度的整体.另外，混合浆液流进土地中的各个缝隙中，形成支架，使土体的稳定性提高.而浆液凝固后，其也隔水效果强，也就降低了水侵蚀作用.真空预压技术是以大气压作为预压荷载对地基土进行抽气，给土体中造成一定的真空度，从而使大气压力与真空压力形成差值作用，然后把土中的水抽出使得土壤更为紧实而达到地基加固的目的.

3.3.2 加筋体复合地基处理技术

加筋体复合地基处理技术包括了砂桩、碎石桩、水泥粉煤灰碎石桩；夯实水泥土桩、水泥土搅拌桩、灰土桩.

砂桩又被称为挤密砂桩或者砂桩挤密法，是指用振动、冲击湖综合说水冲等方式在软弱地基中成孔后，再通过压力把砂挤入土体中，使土体中形成大面积的密实砂柱体，从而达到地基加固的目的.砂石桩、灰砂桩使用的砂桩材料有砂子、砂石桩、灰砂桩.水泥粉煤碎石桩是在碎石桩的基础上发展出来的，要配合一定的石屑、粉煤灰和少量的水泥，然后和水进行搅拌，最后形成一种胶结性极强的桩体，这种桩体组合成的地基能够提高建筑的承载力.

3.3.3 换填垫层法

换填垫层法一般是在建筑物基础下的受力层不能承载上部结构时，使用的换填土层处理方法.换填垫层使用的材料为强度较大的砂、砂石或者灰土等.砂石垫层能够提高基础底面以下地基浅层的承载力，减少沉降量，加速地基的排水固结.灰土垫层一般要把熟石灰同粘性较大的土按照比列进行调配，经过搅拌后，分层进行夯实.使用灰土垫层在取材上方便，且施工简单，成本低.

3.3.4 浆液加固法

浆液加固法只适合已存在建筑地基的加固处理，可以通过水泥注浆、化学注浆等方法完成.注浆技术的实用性很强，在工程的应用范围也非常广，通过压力把能够让土层凝结的浆体注入土体的缝隙中，主要使用液压、气压或者电化学的方法进行注压，这样能够提高土层的强度、抗腐蚀性，且稳定性高，从而保证了土木工程建筑物的质量.