代蒙南

曼徹斯特大學(xué) 英國 曼徹斯特 M13 9PL

在城市化進程背景下，建筑行業(yè)發(fā)展較為迅速，同時對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的期求也不斷提升，該期求的本質(zhì)是對當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)和土木工程結(jié)構(gòu)的新設(shè)計需求，使土木工程結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定和可靠。在建筑工程中，土木工程結(jié)構(gòu)和地基的堅固性，是影響建筑工程施工的主要因素之一，一個建筑工程的土木結(jié)構(gòu)或地基的堅固性不足，嚴(yán)重影響建筑工程壽命，甚至威脅住戶生命安全。我國近年來也出現(xiàn)幾次重大的建筑安全事故，究其原因為土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理以及地基的承載力不足[1]，致使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌。面對上述情況，對建筑的土木工程結(jié)構(gòu)和地基進行加固處理，是建筑行業(yè)亟待解決的問題。為此，本文研究土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與地基加固技術(shù)，為建筑行業(yè)施工提供有效的技術(shù)指導(dǎo)。

1 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與地基加固技術(shù)

1.1 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計特點分析

在建筑行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，土木工程結(jié)構(gòu)被劃分為很多方面，其主要的結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、承重墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等，其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在整個建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)占比最大[2]，其結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要。在建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)始終處于受力狀態(tài)，若其使用的材料不合格或施工不夠規(guī)范，導(dǎo)致其承載力無法滿足建筑物承載力標(biāo)準(zhǔn)，則土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能較差[3]。因此，在設(shè)計鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，需依據(jù)建筑物施工標(biāo)準(zhǔn)和材料性能展開設(shè)計。目前大多數(shù)建筑物均為較為規(guī)則的矩形，且矩形的橫向剛度略小于縱向剛度，因此在設(shè)計建筑物承重墻結(jié)構(gòu)時，需考慮其橫向或縱向。建筑物破壞除特殊情況下均為剪切破壞，在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，需考慮建筑物的抗震等級，通過技術(shù)手段提升建筑材料的強度，以保障土木工程質(zhì)量。

現(xiàn)代信息處理、邏輯運算技術(shù)不斷發(fā)展，使建筑物土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計途徑更加便捷與精準(zhǔn)。但由于我國地域廣闊，區(qū)域建筑物受文化和環(huán)境影響存在一定差異[4]，所以在設(shè)計土木工程結(jié)構(gòu)時，需考慮建筑物的區(qū)域特點，以及建筑物在該區(qū)域內(nèi)隨著時間的推移，其使用壽命會不斷降低。在設(shè)計建筑物土木工程時，需考慮應(yīng)用不同類型的混凝土和不同型號鋼筋，使二者結(jié)合發(fā)揮出最大的效應(yīng)，并嚴(yán)格按照建筑物施工標(biāo)準(zhǔn)進行施工，方可保障建筑物土木工程質(zhì)量。

1.2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

設(shè)計不同類型土木工程結(jié)構(gòu)如下

（1）選擇鋼材

在建筑物土木工程結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼材是用量較多的材料，但由于土木工程結(jié)構(gòu)承載力需求以及應(yīng)用位置不同，在選擇鋼材時，需按照土木工程實際情況選擇合適的鋼材，通常會選擇碳素結(jié)構(gòu)較佳、硬度和強度較高的鋼筋，但在需要鋼筋彎曲的土木工程結(jié)構(gòu)內(nèi)[5]，通常選擇可塑性較強的鋼筋。土木工程結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼筋之間使用高強螺栓或者焊接的方式使其形成一個整體。

（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

土木工程的鋼筋混凝土穩(wěn)定性較好，在建筑物實際建設(shè)過程中，需依據(jù)建筑物受力需求，選擇合適的砂石、水和不同強度的水泥進行配比，根據(jù)建筑物的用途、地理位置和規(guī)模等因素，確定所需承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)，包括自重、活載、風(fēng)載、地震作用等。根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)和建筑物的實際情況，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料，如框架結(jié)構(gòu)、梁柱結(jié)構(gòu)、墻體結(jié)構(gòu)等，以及鋼筋、水泥、砂、石等材料。選定的結(jié)構(gòu)形式和材料，進行結(jié)構(gòu)計算，包括靜力計算、動力計算、穩(wěn)定性分析等，以確定結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和布置等。根據(jù)計算結(jié)果，進行結(jié)構(gòu)細化設(shè)計，包括鋼筋的直徑、數(shù)量和布置，混凝土強度等參數(shù)的確定，以及結(jié)構(gòu)連接方式、防震措施等。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，編制結(jié)構(gòu)施工圖和規(guī)范，明確各個構(gòu)件的尺寸、數(shù)量和材料等，以及施工過程中的注意事項和質(zhì)量要求等,以提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能。

（3）鋼結(jié)構(gòu)地點選擇

在使用車輛運輸鋼材時，鋼材擺放位置或受運輸空間限制，鋼材會出現(xiàn)變形情況，在使用該鋼材制作土木工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，需對彎曲鋼材進行校正處理。常用的校正方法包括機械校正和火焰校正兩種。機械校正主要是通過機械力量對鋼材進行拉伸或壓縮，以恢復(fù)其原始形狀。火焰校正則是利用高溫火焰對鋼材進行加熱，使其產(chǎn)生塑性變形，再通過機械力量對其進行塑性形變，最終恢復(fù)其原始形狀,在鋼材結(jié)構(gòu)的安裝過程中，需要遵循一定的安裝規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。首先，需要在大于材料1.5倍的地面上進行安裝，以確保安裝的穩(wěn)定性和安全性。其次，在安裝過程中需要注意鋼材的位置和方向，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時，還需要進行安裝質(zhì)量檢查和驗收，確保安裝的質(zhì)量和可靠性。

（4）剪力墻結(jié)構(gòu)

設(shè)計師在設(shè)計剪力墻時，需依據(jù)均勻和對稱的原則展開設(shè)置，且保障墻面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剪力墻的剛度是匹配的，以避免剪力墻承受剪力時出現(xiàn)裂縫、扭曲現(xiàn)象。剪力墻應(yīng)該具有足夠的剛度和強度，以承受地震等自然災(zāi)害產(chǎn)生的剪力和彎矩。同時，在墻體的縱向和橫向位置上設(shè)置鋼筋筋肢，以增強墻體的抗震性能。同時為保障建筑物的抗震性能，設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時盡量避免單項有墻設(shè)計。通常剪力墻的邊緣分為有約束邊緣和無約束邊緣，其中無約束邊緣的剪力墻承載力低于有約束邊緣的剪力墻，在選擇剪力墻邊緣時，要充分考慮建筑物實際的承重需求和建筑物級別的軸壓比等參數(shù)，選擇合理的剪力墻邊緣結(jié)構(gòu)。在施工過程中，應(yīng)該采用高質(zhì)量的建筑材料，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，以確保剪力墻的結(jié)構(gòu)牢固可靠。

（5）地梁結(jié)構(gòu)

土木工程結(jié)構(gòu)內(nèi)的地梁是指梁板式筏形基礎(chǔ)和柱下條基中的梁，地梁是梁板式筏形基礎(chǔ)的連接件，其負責(zé)支撐地基結(jié)構(gòu)，使其不發(fā)生沉降現(xiàn)象。

在設(shè)計土木工程結(jié)構(gòu)中的地梁結(jié)構(gòu)時，需考慮梁板式筏形基礎(chǔ)埋深，如表1所示，如若基礎(chǔ)埋深數(shù)值較大，地梁框架柱的標(biāo)高數(shù)值可設(shè)計較小，反之則需提升地梁框架柱的標(biāo)高。同時在地梁設(shè)計過程中，需對其承載力和整個土木工程結(jié)構(gòu)的承載力進行模擬計算，依據(jù)結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計出滿足施工技術(shù)要求的地梁結(jié)構(gòu)。需要注意的是，在確定基礎(chǔ)埋深和框架柱標(biāo)高的數(shù)值時，還需要考慮其他因素，如地質(zhì)條件、建筑用途、荷載特點等。同時，在實際施工過程中，也需要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。

表1 地梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中基礎(chǔ)埋深和框架柱標(biāo)高

（6）伸縮縫結(jié)構(gòu)

土木工程的伸縮縫是防止混凝土結(jié)構(gòu)變形的結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)在澆筑完成后，需對其進行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，但若養(yǎng)護條件較差和受混凝土結(jié)構(gòu)自身的收縮、膨脹特性影響時，混凝土結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)變形情況，為防止該情況發(fā)生，設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)的伸縮縫結(jié)構(gòu)。伸縮縫選擇添加膨脹劑的混凝土材料，其凝結(jié)后具備一定的膨脹性，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受溫度變化產(chǎn)生收縮時，伸縮縫可抵抗混凝土結(jié)構(gòu)收縮，提升混凝土結(jié)構(gòu)的堅固性。

1.3 地基加固技術(shù)內(nèi)容分析

地基是土木工程建設(shè)的基礎(chǔ)，地基會隨著應(yīng)用時間的增加，受地質(zhì)運動和風(fēng)荷載的情況下，地基會出現(xiàn)磨損和裂縫甚至位移等情況，導(dǎo)致土木工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)傾斜、坍塌等現(xiàn)象出現(xiàn)，因此需對土木工程的地基進行加固處理，以提升土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能。地基加固技術(shù)包括地基排水加固、加筋加固、擠壓加固等，選擇地基加固技術(shù)方式需考慮建筑物實際情況和該地區(qū)地質(zhì)條件，對建筑物現(xiàn)狀進行充分評估和計算后，方可實施地基加固技術(shù)。

1.4 地基加固技術(shù)實施方法

地基加固技術(shù)分為注漿法、錨桿靜壓樁法等多種方法，其詳細實施方法如下：

（1）注漿法地基加固技術(shù)

注漿法地基加固技術(shù)也被稱為壓密灌漿技術(shù)，該技術(shù)適用于軟土地基，其施工流程如下：

第一，對地基加固現(xiàn)場進行勘察計算，獲得地基深度、承載力、加固范圍等參數(shù)?？辈煊嬎愕木唧w內(nèi)容包括地形地貌、土層厚度、土質(zhì)類型、地下水位等方面的調(diào)查和測量，以確定地基的實際情況和所需加固的范圍。

第二，采集地基土壤樣本，送至實驗室分析土壤構(gòu)成，按照土壤成分選擇合理的水灰比，配置成地基加固用的泥漿。土壤分析的主要內(nèi)容包括土壤的顆粒組成、孔隙結(jié)構(gòu)、含水率、壓縮性等方面的分析和測試，以確保泥漿的配比和強度符合實際情況和工程要求。利用高水壓將配置好的泥漿灌注到土壤孔洞內(nèi)，待泥漿充分?jǐn)U散并凝固后，即可提升地基的堅固性。需要注意的是，泥漿灌注需要根據(jù)實際情況和工程要求進行合理的施工和控制，以確保加固效果和質(zhì)量。

利用注漿法地基加固技術(shù)后，地基土壤的力學(xué)性能得到較大幅度提升，同時，注漿法地基加固技術(shù)具有施工簡便、成本低廉、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點。其施工過程不需要大規(guī)模的挖掘和填筑，減少了對周圍環(huán)境的破壞和影響，同時也降低了施工成本和工期。此外，注漿法地基加固技術(shù)還可以在現(xiàn)場進行操作和調(diào)整，適應(yīng)性較強，可以滿足不同工程的需求。隨著泥漿的凝固，使整個泥漿灌注區(qū)域形成一個支撐體系，其可較好地支撐地基的同時，還具備較強的防滲透和防腐性能，有效提升地基的使用時長。

（2）錨桿靜壓地基加固技術(shù)

錨桿靜壓地基加固技術(shù)適用于砂土型地質(zhì)結(jié)構(gòu)，靜壓樁在加固地基時，其可擊穿地基土質(zhì)結(jié)構(gòu)且可不破壞現(xiàn)有的土質(zhì)結(jié)構(gòu)。目前靜壓樁有PCT管樁和RC方樁，在選擇靜壓樁時需考慮其應(yīng)用位置和地基加固預(yù)算，選擇合適的靜壓樁，然后使用管樁分段壓入技術(shù)將靜壓樁壓入預(yù)先測量好位置的地基內(nèi)，在進行接樁、壓樁等重復(fù)施工后，完成錨桿靜壓地基加固過程。錨桿靜壓地基加固技術(shù)可有效防止砂土型地質(zhì)結(jié)構(gòu)在含水率較大時的土質(zhì)流失，以及具備較好的防腐性，提升砂土型地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?？傊^桿靜壓地基加固技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟、環(huán)保的地基加固方法，適用于各種類型的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在實際施工中，需要結(jié)合具體情況選用不同的加固方案，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，以確保加固效果達到預(yù)期目標(biāo)。

（3）軟基加固技術(shù)

軟基加固是地基加固技術(shù)中的難點，軟基的含水率均較高，且透水性能較差，極容易變形其支撐能力較差。在對軟基進行加固時，通常選擇真空預(yù)壓法、反壓護道法和加筋法。對于下沉數(shù)值較小的地基，可選擇加筋法對其進行加固處理，選擇與地基建設(shè)型號相同的鋼筋對地基進行加固，可降低軟土的應(yīng)力比，提升土壤不同方向的應(yīng)力數(shù)值。真空預(yù)壓法適用于土源緊缺、軟土性質(zhì)較差的地基加固，其施工步驟為：1）依據(jù)地基加固總體設(shè)計需求，進行施工放線和裝置安放位置確定；2）挖掘密封溝和密封墻，通常密封溝深度不得低于1.5m；3）埋設(shè)主濾管和支濾管，并使用出膜器連接吸水管和真空泵；4）抽取真空和填充密封水膜，保障真空值在地基加固設(shè)計范圍內(nèi)并真空值大于80KPa。真空預(yù)壓法可使軟土地基下方形成膜下負壓，提升地基的有效應(yīng)力。反壓護道法適用于含水率較高的地基加固，其施工流程為：1）對地基反壓護道位置進行勘探和測量，保障其可有效防止地下水位上升；2）開挖反壓護道，并在其底部鋪設(shè)防水材料；3）令鋼筋混凝土、鋼板樁等材料安裝反壓護道；4）固定反壓互道并對其進行測試。經(jīng)過以上步驟完成反壓護道法地基加固技術(shù)施工，該地基加固技術(shù)可有效防止地下水位上漲，提升地基的防水能力和穩(wěn)定性。

（4）夯實地基加固技術(shù)

由表2得出，在地基加固技術(shù)內(nèi)，夯地基加固技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，其利用重錘從高空快速落下，對地基土壤進行夯實，使地基土壤硬度得到增加。在利用夯實地基加固技術(shù)時，通常選擇8-10噸重的重錘，重錘落差在20m左右，該技術(shù)施工過程產(chǎn)生的噪聲較大，適用于四周較為空曠區(qū)域的地基。

（5）化學(xué)加固法

在對地基進行加固處理時，可通過添加化學(xué)添加劑的方式使地基更加牢固，提升土壤的緊密程度，從而實現(xiàn)地基加固。化學(xué)加固法通常應(yīng)用深層攪拌方法，該方法將水泥、化學(xué)溶液或者固結(jié)劑攪拌到水玻璃漿液內(nèi)，利用灌注、旋噴等方法將其注入地基內(nèi)，以提升該地基的堅固程度和抗?jié)B透能力。

2 結(jié)語

建筑工程中的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和地基加固技術(shù)的綜合性較強，其與工程質(zhì)量存在直接關(guān)系，一旦土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或地基堅固程度不達標(biāo)，為后續(xù)施工和建筑應(yīng)用帶來不可預(yù)估的影響。因此在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和地基加固過程中，需充分考慮建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及建筑施工條件，優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)，保障其穩(wěn)定性能。在加固地基時，充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、水位等參數(shù)，選擇合適的地基加固技術(shù)并驗證把控地基加固技術(shù)施工標(biāo)準(zhǔn)，以提升地基的強度和承載力，保障土木工程的經(jīng)濟效益。