结构与地基加固技术在土木工程设计中的具体应用

2021-04-25杨国君

建材与装饰 2021年11期

杨国君

（山西筑城建筑设计有限公司，山西太原 030006）

在经济技术日益完善的今天，土木工程也逐渐向着大型化、复杂化的方向迈进，且为满足城市化发展需求，土木工程数量逐渐增多，为优化工程质量，做好前期设计显得尤为重要。而在土木工程设计中，结构和地基稳固性是优先考虑的内容，对于土木工程高质量完工具有重要意义。本文就将对结构和地基加固进行探讨。

1 土木工程结构与地基加固的重要性

（1）结构与地基加固可以延长工程寿命。结构和地基加固技术在土木工程中的应用，可完善结构和地基的抵抗性能，削弱外界环境带来的侵蚀，延长土木工程的寿命，保障土木工程的质量。土木工程如果只能使用较短时间，对工程的拆卸会带来较大的资金和资源浪费，实施结构和地基加固处理，确保工程的稳定性和安全性，避免上述问题的产生，减少不良影响。

（2）提高工程的耐久度。对于土木工程来说，耐久度的增强不仅能够使工程质量符合标准，还可以满足人们日常对居住的需求，提升建设价值。在土木工程建设中，会因为人为因素、环境因素等的影响，导致工程结构和地基受到不同程度的影响，合理应用加固技术则可将这些不良影响降到最低，确保工程的安全性，增大后期使用的安全系数。

（3）优化工程的抗震性能。板块间的相互作用会增加地震问题发生频率，一旦出现地震灾害，再加上地基结构稳定性较差，则会对人们的生命财产安全造成严重威胁，并且还也会加剧社会矛盾，不利于后续工程建设和发展。当前我国针对土木工程抗震性能提出一系列规范要求，但在实际落实中，由于前期勘察不准确等问题的影响，使土木工程整体抗震性无法满足实际需求。在地震灾害发生后，工程会受到较大波及，带来一定损失和伤亡。为此，就需要采用结构和地基加固技术，提升设计等级，优化地震抵抗性能，进而减少危险事故的发生。

2 结构加固技术在土木工程设计中的具体应用

2.1 截面加固技术

截面结构加固法的应用是保障结构稳固性较常使用的方式，能够结合工程具体情况有针对性的开展加固作业，达到理想效果，优化土木工程质量。截面结构加固法在应用中具备操作简单、施工便捷、成本低廉等特征，可增强结构承载能力，故而得到土木工程建设企业的广泛应用。常见的截面结构加固方式以混凝土结构加固和建筑物截面面积扩大这两种方式为主，实际作业中可根据具体情况科学选用。

例如，在实践的过程中可以看到，对于梁柱的结构实施有针对性的加固，如果正截面的强度不能符合相关标准，在这样的情况下就可以采取梁柱正截面增加承载力的手段，有效处理土木工程建设施工中内梁和柱弯曲等相关方面的问题，使建筑物整体安全性能得到显著提升。

2.2 碳纤维布加固技术

土木工程结构加固中，碳纤维布加固方式是近几年被广泛应用的一种形式（如图1 所示），在使用过程中会利用碳纤维布包裹土木工程结构，处理后结构的承载能力更强，使用时间明显延长，且不会对工程外观带来任何破坏和影响，保证了美观性。碳纤维布加固方法在操作过程中也相对较为便捷，不用担心增加施工难度，有效保障土木工程的建设质量。在对结构实施加固处理的过程中，大多数情况下都会采取非金属纤维类材料。需要着重关注的是，在结构加固作业过程中选用这种方法，只是用在混凝土结构加固过程中，具体应用于抗震加固以及抗剪性能加固等相关环节，呈现出十分理想的成效。

2.3 其他加固技术

除上述两种常见的加固技术外，在土木工程结构加固中，还会采用下面几种措施和方式，优化加固效果，提高土木工程质量，深化工程的建设价值。具体加固技术有：

图1 碳纤维布加固技术

（1）直接加固。直接加固是从结构根本着手，增大承载能力，保障结构与体系之间的平衡性，实现力的均衡划分，减少局部超负荷带来的不良影响。在结构承力分析中，对于强度不符区块要实施进一步加固处理，以提高结构性能指标，优化整体质量。

（2）优化荷载传递。该加固方法是通过调整结构布局方式增大其承载能力。部分土木工程设计中，会直接采取增加承重墙的方式维护结构稳固性，降低危险系数。不过在处理中，工作量会明显增加，并且还可能会带来部分资源、资金消耗，需加以提前分析。

（3）外套加固。顾名思义，就是在加固处理中，在原有结构基础上，外部增加钢筋混凝土结构，包裹原结构，增强整体承载力的一种方式。该方式下结构的传力能力得到改善，强度和稳定性明显增强。

3 地基加固技术在土木工程设计过程中的有效应用

3.1 换土垫层

换土垫层法常被应用在地质层较薄的软土地基处理中，使用中会选择强度、抗腐蚀性、抗压缩性强、密度大的混合材料替换软土层加以填充（如图2 所示）。常见材料以砂砾碎石、灰土、矿渣等，按照一定比例混合后，形成新的填充材料，替换不良土体，再配合夯实技术增大土体强度和承载力。在土木工程设计中，换土垫层法需要做好原材料质量及配比的科学把控，保障混合后材料的粘合性、强度等符合地基加固要求，用以完成基础土体的替换处理，避免后续作业中变形等问题的产生。总体说来，这种技术方法可以显著增强地基的承载负荷力，有效分散地基底层的压力，快速排出软土层的积水，避免土质层的膨胀固结以及不均匀沉降。

图2 换土垫层法

3.2 排水固结

排水固结法一般应用在淤泥质土加固中，用以增强土体稳定性，控制土木工程建设中沉降问题。排水固结法使用中，是采取排水和加压的方式将土体中多余水分有效排出，实现土体结构紧固的一种方式。在应用前，需要根据区域实际情况科学设置排水系统，注重内部水分排出的快速性。排水系统设置中，由于所处地形环境不同，采用方法也不同，常见的有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，由排水体将土层中的游动水集中排出，从而增加土层密实程度，保障其稳定性。

3.3 加筋法

加筋法效用的发挥是以土钉墙加固、加筋土处理及土工合成材料的应用这三种形式实现的。土钉墙加固是其中较常使用的方式。该方法又分为插进钻孔和注浆两种形式。实际作业中，直接将钢筋型钢或钢管制作成土钉墙，在压力作用下将其打入到加固土体结构内，借助土钉与周边结构摩擦助力和粘结力，增加融合效果，形成新的稳固性结构，提高地基质量。

加筋土处理技术是将抗拉性能较强的拉筋埋入土体结构中，利用摩擦力密切与原土体结构的混合，增强稳定性的一种有效方式。土工合成材料更为简单，直接将人工合成聚合物打入土体结构中，借助材料自身性能发挥，改善软土性能，增强地基稳固性和承载能力。

3.4 化学加固

化学加固法也是改善地基稳固性和强度的一种有效方式。不过在化学加固法落实前，需要先对加固区域予以清理和整平，清除其中含有的杂质、障碍物。之后要求工作人员仔细勘查该区域温度及水文环境，获取精准数据资料，为后续喷桩施工提供依据和保障。作业人员应明确喷桩施工指标和要求，并根据勘察资料合理规划施工方案，以此达到地基加固效果，确保土木工程整体结构的稳定性和安全性。