土木工程设计中结构与地基加固技术的应用研究

2020-11-26聂旭东

建材发展导向 2020年1期

聂旭东

（山西路晟交通建筑设计有限公司，山西太原 030001）

在我国经济建设和发展的过程中，很多行业均取得了前所未有的进步，建筑行业也不例外。在土木工程设计和建设中，人们更加重视工程的可靠性，而土木工程设计及地基加固技术的应用，对工程施工的质量具有十分显著的影响，其关系到工程的可靠性和安全性，因此，该技术也受到了人们的高度重视。

1 土木工程结构与地基加固重要性

1.1 延长土木工程施工寿命

使用寿命是衡量土木工程建设质量的主要指标。而土木工程质量及使用性能又是影响土木工程的重要因素，如果因这两项问题导致工程使用寿命缩短，则会带来较大的经济及资源浪费。因此必须做好土木工程结构及地基加固设计工作，减少不良问题对工程的影响。

1.2 增强工程耐久性

影响土木工程耐久性的因素分为主观因素和客观因素两种。主观因素指的是人为因素，如施工操作不规范、人为损坏、维护工作不合理等；客观因素指的是环境因素，即因环境侵蚀导致工程结构出现问题。土木工程耐久性的下降不仅对工程质量有直接影响，也会给人们生活带来制约。基于此，就需要加大土木工程结构及地基加固技术的应用，做好合理的防护措施，降低不良因素影响。

1.3 优化工程抗震性能

抗震性是土木工程建设中要重点注意的指标参数，抗震性的提升能够优化土木工程抵御地震灾害的性能，维护人们的生命财产安全。同时土木工程结构及地基加固技术的应用，可根据区域实际情况合理规划土木工程的抗震等级，完善工程的抵抗性能。

2 土木工程设计中地基加固技术的应用

2.1 换土垫层

换土垫层是软土地基处理中最常使用的一种方式，其是利用强度、密度及抗腐蚀能力较强的材料替换原有的软土土质，并通过机械振动夯实来增大地基结构的强度、地基承载力和抗剪能力，改进基础结构质量。填充过程中使用的材料有砂砾碎石灰土和矿渣这两种，实际使用中要结合现场情况采用合理的调配比例，从而优化填充材料性能，增大地基土质强度，避免变形、沉降、膨胀固结等问题的产生。

2.2 排水固结

排水固结法大多针对存在淤泥质土的软土层，用以解决存在的结构不稳定或沉降问题。排水固结法在实际应用中需要科学设置排水和加压系统，将土层中含有的多余水分有效剔除，增大土层结构凝结力。在排水系统设置中，可按照通道类型将其划分为塑料排水和砂井排水。两种模式是根据岩土工程地基的类型进行科学选择的。当选择好排水体和排水方式后，通过地层自身的透水性和加压系统的辅助，将土层中的游动水集中排出，从而增加土层密实程度，提高其稳定性。

2.3 加筋法

目前使用的加筋法有三种，一是土钉墙技术、二是加筋土技术、三是土工合成材料技术。土钉墙技术的施工流程为：先实施钻孔作业，将制成的土钉在重力作用下打入土中，之后开始注浆操作，让土钉结构与原土层有效衔接，形成一个新型的复合土体结构，增大地基结构强度。使用的土钉要利用钢筋型钢或钢管材料制成，以提高结构承载力。加筋土技术是将抗拉能力较强的拉筋埋入软土中，通过其与周围土颗粒的摩擦力，将软土层增强为统一的整体，以此减少其变形，增强稳定性。土工合成材料技术是将人工合成的塑料橡胶等聚合物埋入土中，通过材料自身结构的稳定性，来增强软土层的稳定性。

2.4 化学加固

在应用化学加固前，需先做好施工现场的清洁工作，将现场存在的石子、砂砾等障碍物清除干净，并做好整平作业；之后为保证喷桩施工质量，需要先对现场环境实行细致勘查和研究，明确掌握现场水文、温度等变化特征，优化和调整喷桩施工方案，加强喷基施工的有效性和可靠性，进而更好的保证土木工程的结构建设质量。

2.5 钢筋混凝土结构加固

在土木工程研究中，研究人员多次提出，在工程建设和施工期间，结构加固技术与钢筋混凝土设置及钢筋混凝土结构设计概况关系十分紧密，因此在土木工程建设和施工中，要合理控制钢筋混凝土设置的形式，深度了解钢筋混凝土结构的优势与劣势及工程设计概况。

土木工程建设中，钢筋混凝土结构的作用不容忽视，钢筋混凝土具有十分显著的特征，其在协调性和抗震性等方面均有着较大优势。钢筋混凝土寿命较长，无需投入过多的资金成本。但土木工程周期较长，且影响因素较多，复杂性较强，无法掌控工程建设中可能出现的所有突发情况，前期预防难度也相对较大。对此，在土木工程建设初期，务必严格控制工程施工的各项细节，保证结构设计的质量。

土木工程建设和施工的过程中，钢筋混凝土差异尤为明显，而且钢筋混凝土的力学性能也有所不同，承载能力差异显著。若在土木工程前期的设计和建设中，工作人员并未准确区分混凝土的结构差异，无法结合混凝土的差异，提高结构规划的准确性和科学性，则将直接降低土木工程施工质量。为此，在结构加固技术设计规划时，务必高度重视钢筋与混凝土部分，科学选择结构的设计理念和设计形式，并结合工程实际完成结构加固施工。此外，要精确计算结构的承载力，对建筑变质及变量问题予以科学评估，以此彻底强化建筑工程建设和施工的效果。只有严格控制工程结构加固施工的质量，才能不断加强工程的稳定性和安全性，为工程后期建设和施工创造良好的条件。

3 实际案例

3.1 项目概况

某电厂食堂建筑，其餐厅结构采用单层现浇框架结构，随着使用时间的增加，墙体结构出现了较为严重的开裂现象，需要对其实施合理加固处理，以加强食堂餐厅结构的安全性。

3.2 土木工程中的质量问题

在对该建筑土木工程部门的鉴定中了解到，存在的问题可概括为以下几点：一是该建筑因位于临海区域，地基土质中含有较厚的淤泥质土，含水量较高，且土质松软，粘结性差，在回填处理过程中，其基础结构存在较大的沉降现象，稳定性堪忧；框架梁结构出现严重的开裂现象，且部分框架梁梁柱节点位置都出现了较大的斜裂缝，使得上部墙体结构发生偏移、错位，稳定性不足；斜梁部分中，一些梁箍筋的加密处理不合理，加密区间距离较大；基础梁结构出现开裂、墙体与维护结构存在严重的脱皮开裂现象。

3.3 地基基础加固设计

通过对本工程情况的具体分析可以看出，该工程地基结构中含有较厚的淤泥质土，且不同地区淤泥质土层的含量也存在明显差别，在加固处理过程中很容易因水分含量较多，而导致基础结构出现水平向的流动现象，基础剩余沉降的不确定性增加，进而降低剩余沉降计算的准确性，导致淤泥软土地基处理方式无法发挥作用。基于此，在地基基础加固处理中，要有效解决基础沉降问题，增大基础结构的刚度，以加强建筑结构的安全性。

3.4 上部结构加固

上部结构中存在的开裂问题较多，所以在加固设计中，要结合结构部位的实际情况及性能要求，采取合理的加固措施，增大结构强度和承载能力。具体内容为：框架梁结构在考虑到不均匀沉降及应力情况后，利用改性环氧树脂浇筑并粘贴钢板或碳纤维布的方式实施加固处理；开裂的墙体结构直接利用灌浆处理，实现加固效果；变形墙体要将损害较为严重的部位拆除并重新砌筑；箍筋不足的框架梁结构可利用扁钢箍完成加固处理。