土木工程结构设计与地基加固技术探究

摘 要：多变的施工条件为土木工程带来了众多挑战，尤其是在结构设计和地基加固方面。基于此，深入探讨了这些挑战，分析了加固工程中遇到的各类问题，并提出了针对性的技术对策。详细描述了几种常用加固技术的操作流程和注意事项，旨在为工程师提供实用的参考和指导。

关键词：建筑行业；土木工程结构设计；地基加固技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）09-0018-03

收稿日期：2024-03-12

作者简介：叶成彬（1989—），男，吉林吉林人，本科，工程师，研究方向：桥梁与道路工程技术。

0 引言

在土木工程领域，设计和建造过程涉及众多学科知识，并易受多变环境及不可预见因素的影响。由于理论模型往往难以全面预测现实工程中的所有可能性，实际施工阶段常需要通过实地试验与问题解决来应对复杂挑战。该行业技术革新通常基于现场施工的反馈和累积的经验。新的工程难题往往在施工实践中才显现，这些是过往经验所无法涵盖的。因此，行业内的技术交流对于问题的发现和解决至关重要，它促进了知识的更新和技术的发展。

1 土木工程结构方面的现状及发展趋势

土木工程结构设计和建造是建筑行业的核心，涵盖了从桥梁、隧道到高层建筑等各种类型的基础设施项目。当前土木工程结构领域的发展受到诸多因素的影响，包括技术进步、可持续发展的需求以及对防灾减灾能力的增强要求。

在材料科学方面，传统建筑材料如混凝土和钢材正在被新型高性能材料所补充甚至取代，这些新型材料具有更高的强度、更好的耐久性与适应性。例如，超高性能混凝土和形状记忆合金的使用，使得结构能够承载更大的荷载并更好地适应极端环境条件。

在传统土木工程领域，存在多种结构形式，其中钢筋混凝土结构和钢结构占据主导地位，并被广泛应用于各类实际施工项目中。

1.1 钢筋混凝土结构工程设计基本原理与应用

钢筋混凝土结构在水利施工、房屋建造以及道路桥梁建设等领域均发挥着重要作用。针对不同用途，其设计重点会有所不同。然而，在设计原则上，安全性始终是首要考虑的因素，结构必须能够承受可能出现的各种直接或间接作用力，并在突发状况下仍能保持足够的承载力和稳定性。在满足安全性的基础上，需进一步考虑结构的适用性、耐用性和经济性。

钢筋混凝土结构的设计方法经历了多个阶段，包括容许应力设计方法、破损阶段设计方法和极限状态设计方法。尽管前两种方法在设计上存在缺陷，不再被广泛采用，但它们的设计思路在某些特定情况下仍具有一定的参考价值。目前，极限状态设计方法已成为主流，这种方法需先计算出结构在截面被破坏时的极限承载力，再确保结构在使用荷载作用下的内力不超过该极限承载力除以某个安全系数。

1.2 钢结构安装的注意事项

随着钢结构建筑技术的不断发展，我国越来越多的工程项目开始采用钢结构作为主要建筑形式，以实现建筑业的可持续发展。钢结构的安装过程是一个错综复杂的过程，它涵盖了多个环节和技术要求。

在这个过程中，现场工作人员需要运用一系列的专业技术，如电焊、高强螺栓和普通螺栓等多种连接方法，对钢构件进行精确的组装和固定。这些连接方法各有其特点和适用范围，既用于确保钢结构的稳定性和安全性，也能展现出钢结构建筑的独特魅力。

在现场施工过程中，工作人员还需遵循严格的标准和操作规程，以确保钢构件的连接质量。此外还要考虑到各种外部因素，如地形、气候、材料供应等，这都使得整体施工难度加大。

1.2.1 材料挑选与连接技术

目前，常用的钢材主要包括型材、板材、管材和技术制品4大类。在钢结构的选材设计中，常用的材料包括普通优质碳素结构钢、低合金钢和普通碳素钢等。钢结构，对钢材的要求相当严格，钢材不仅需要具备较高的强度，还需展现优良的塑性和韧性，以适应冷热加工处理。考虑到耐久性，钢材还需能够承受足够的低温，具备一定的抗腐蚀能力和重复荷载能力。

对于不同的结构构件，其选材要求也有所不同。例如，柱子的截面通常设计为“工”字形或箱型；而梁部构件则多采用轧制的“H”型或焊接的钢梁。这种设计不仅满足了钢结构在强度、稳定性和耐久性方面的要求，还确保了结构的安全性和经济性。

1.2.2 施工现场装置安装的规范管理

在钢结构安装施工现场，有序的管理和文明的施工方式至关重要，这是确保安装任务能够高质量、高效率完成的关键。在现场管理中，有两个重要的方面需要特别注意钢构件的堆放和安装机械的选择与布置。

为了确保施工顺利进行，现场用地面积通常需要达到结构整体占地面积的1.5倍。这样可以确保有足够的空间进行钢构件的堆放和安装机械的操作。根据安装程序，所需的钢构件应从中转堆场运输至安装机械的回转半径内，以便进行高效的安装作业[1]。

对于安装机械的选择和布置，应进行全面细致的检查。例如，塔式起重机的臂杆长度应足够覆盖整个施工区域，以确保施工中的起重需求得到满足。起重能力也需要进行验证，以确保能够满足最大的起重需求。钢丝绳的长度也要以满足不同位置的施工需求。塔式起重机的速度也应根据实际需求进行调整，以满足不同施工阶段的速率要求。

在钢结构安装过程中，可能会涉及多个作业面的交叉作业。因此，需要合理安排作业顺序，避免人员之间的拥挤和机械之间的碰撞。这可以通过制定详细的施工计划和合理的作业安排来实现。钢结构安装的最佳场所通常是平整、对称且较为平坦的建筑平面。因此，在设置安装流水线时，应充分考虑现场的实际情况，确保流水线的设置合理、高效。

1.3 土木工程结构方面的发展趋势

在设计理念上，土木工程师正逐渐采用全寿命周期的设计方法，考虑建筑从设计、施工、使用到最终拆除的整个生命周期中的所有因素，以最小化其对环境的负面影响。这涉及了节能、减排、易于维护和可回收利用等多个方面。随着全球气候变化和极端天气事件的增多，土木工程结构设计亦更加注重提高结构的抗震性和抗洪能力，确保其在自然灾害面前的安全性和功能性。

技术发展同样影响着土木工程结构的现状与未来，数字化建模、建筑信息模型（BIM）、无人机监测和3D打印等技术的应用，正在改变传统的设计、施工和维护方式。这些技术提高了设计的精确度，优化了施工过程，降低了风险和成本，也增强了对工程项目的监控和管理能力。

土木工程结构的研究与发展也面临着跨学科整合的趋势，如结合生态学、社会学和经济学等领域的知识和技术，旨在打造更加和谐、可持续的人类居住环境。综上所述，土木工程结构方面的现状是一个不断发展进化的过程，它反映了新技术的采纳、对可持续发展的追求以及对社会需求的响应。土木工程师们通过不断探索和实践，推动着这一领域向更安全、更经济、更环保的方向发展。

2 地基加固技术探究

2.1 地基加固技术基本介绍

地基加固是工程施工中经常遇到的问题，需要根据地质特点选择合适的方法。常用的地基加固技术包括换填法、排水加固法、挤压法、胶结法和加筋法等。换填法是最常用的一种方法，适用于自然地质不适合当前工程的情况。

换填法主要有换土垫层法和置换法两种。换土垫层法是用优质泥土替换原土，适合整体置换。置换法包括石灰置换法、碎石置换法和水泥置换法等。这些方法各有优缺点，需要根据实际情况选择合适的方法进行地基加固处理。在施工过程中，还需要注意安全措施，确保施工人员的安全。常用地基加固技术，如表1所示。

2.2 加固措施

在沼泽地和湿地等水分含量较高的地区，排水加固法被广泛应用。这类地区的土质由于含水量高，不利于建筑工程的稳定性和安全性。通过排除多余的水分，可以使土层变得更加坚固。排水加固法主要包括预压法和真空预压法，具体的排水方法会根据工程的规模和需求有所不同。

加筋法是一种被广泛应用于地基加固的工程技术，其工作原理主要是通过在土壤中加入增强材料，如钢筋、纤维等，以提高土壤的抗拉强度和抗压能力，从而达到增强土质稳定性的目的。这种方法能够有效地防止土壤在受到外力作用时发生移动，进而提高地基的承载能力和抗侵蚀性能。加筋法还具有施工简便、成本较低等优点，因此在地基加固领域具有广泛的应用前景，这种技术在我国的土木工程领域已经取得了广泛的应用，bf3a990606ec867dd92d7d6abcd527d4ba30a53edbd1b0f62c815a90331ff6f2不仅大幅度提高了施工效率，降低了施工成本，还极大地提升了建筑质量和安全性。因此，它已经成为土木工程领域的一大关键技术，受到了业内人士的高度关注和广泛赞誉。

在今后的发展中，这种技术在土木工程领域的应用将更加深入，为推动我国土木工程事业的发展做出更大的贡献。在挑选地基加固策略的过程中，工程师必须全面权衡地质环境、工程项目的规模以及特定的施工要求。这其中包括对土壤性质、地下水位、地质构造等因素的深入分析，还要兼顾工程成本和施工周期。在此基础上，工程师还需根据实际需求，因地制宜地选择合适的加固方法，如土钉墙、锚杆加固、桩基加固等。经过综合评估后，制定出的地基加固方案不仅能确保工程的安全性，还能提高地基的承载能力和稳定性，从而为整个建筑项目的顺利推进奠定坚实的基础[2]。

2.3 锚杆静压桩法

锚杆静压桩法是通过在地基土中钻孔，然后将预制的混凝土桩或钢桩插入孔中，并利用锚杆对桩体施加预压力，从而使桩与周围土体紧密结合，提高地基的整体性能。锚杆静压桩法的优势在于其施工过程中振动小、噪声低，对周围环境和建筑物的影响较小。由于桩的预压力可以根据实际情况进行调整，因此这种方法能够适应不同地质条件和工程需求。

在实施锚杆静压桩法时，首先需要对施工现场进行详细的地质勘探，以确定桩的尺寸、间距和布置方式。接着，按照设计要求进行钻孔作业，精确控制孔径和深度以确保桩的正确安装。桩体通常采用高强度混凝土或钢材制成，以保证足够的承载力。桩安装就位后，通过锚杆对桩顶部施加预压力，这一过程需要严格控制以避免过度加载导致地基或桩体的破坏。

锚杆静压桩法不仅能够有效提高地基的承载力，还能改善地基的变形特性，减少建筑物的沉降。由于其施工快速且对环境影响小，这种加固技术在城市地区的基础工程中尤为适用。需要注意的是，锚杆静压桩法的应用效果受到许多因素的影响，包括地基土的性质、桩的设计和施工质量等，因此在设计和施工过程中应充分考虑这些因素，确保加固效果达到预期目标。

3 结束语

随着建设规模的不断扩大，土木工程的设计和施工技术显著提升，特别是由于先进软件的开发与应用以及高精度施工机械的使用，土木工程领域的安全事故正在逐渐减少。本文概述土木工程中结构问题处理与地基加固技术的当前常用方法，并鼓励行业专家共同探讨，促进技术的发展和完善。

参考文献

[1] 代蒙南.土木工程结构设计与地基加固技术探究[J].城市建设理论研究（电子版），2024（3）：196-198.

[2] 牛中元.土木工程结构设计与地基加固施工技术实践[J].石材，2023（11）：47-49.