土木工程結構設計與地基加固技術探究

代蒙南

曼徹斯特大學 英國 曼徹斯特 M13 9PL

在城市化進程背景下，建筑行業發展較為迅速，同時對建筑結構穩固性的期求也不斷提升，該期求的本質是對當前建筑結構加固技術和土木工程結構的新設計需求，使土木工程結構更加穩定和可靠。在建筑工程中，土木工程結構和地基的堅固性，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構或地基的堅固性不足，嚴重影響建筑工程壽命，甚至威脅住戶生命安全。我國近年來也出現幾次重大的建筑安全事故，究其原因為土木工程結構設計不夠合理以及地基的承載力不足[1]，致使建筑結構出現坍塌。面對上述情況，對建筑的土木工程結構和地基進行加固處理，是建筑行業亟待解決的問題。為此，本文研究土木工程結構設計與地基加固技術，為建筑行業施工提供有效的技術指導。

1 土木工程結構設計與地基加固技術

1.1 土木工程結構設計內容與設計特點分析

在建筑行業領域內，土木工程結構被劃分為很多方面，其主要的結構為鋼筋混凝土結構、承重墻結構、剪力墻結構等，其中鋼筋混凝土結構在整個建筑物結構內占比最大[2]，其結構設計尤為重要。在建筑物結構內，鋼筋混凝土結構始終處于受力狀態，若其使用的材料不合格或施工不夠規范，導致其承載力無法滿足建筑物承載力標準，則土木工程結構穩定性能較差[3]。因此，在設計鋼筋混凝土結構時，需依據建筑物施工標準和材料性能展開設計。目前大多數建筑物均為較為規則的矩形，且矩形的橫向剛度略小于縱向剛度，因此在設計建筑物承重墻結構時，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，在設計剪力墻結構時，需考慮建筑物的抗震等級，通過技術手段提升建筑材料的強度，以保障土木工程質量。

現代信息處理、邏輯運算技術不斷發展，使建筑物土木工程結構設計途徑更加便捷與精準。但由于我國地域廣闊，區域建筑物受文化和環境影響存在一定差異[4]，所以在設計土木工程結構時，需考慮建筑物的區域特點，以及建筑物在該區域內隨著時間的推移，其使用壽命會不斷降低。在設計建筑物土木工程時，需考慮應用不同類型的混凝土和不同型號鋼筋，使二者結合發揮出最大的效應，并嚴格按照建筑物施工標準進行施工，方可保障建筑物土木工程質量。

1.2 土木工程結構設計方法

設計不同類型土木工程結構如下

（1）選擇鋼材

在建筑物土木工程結構內，鋼材是用量較多的材料，但由于土木工程結構承載力需求以及應用位置不同，在選擇鋼材時，需按照土木工程實際情況選擇合適的鋼材，通常會選擇碳素結構較佳、硬度和強度較高的鋼筋，但在需要鋼筋彎曲的土木工程結構內[5]，通常選擇可塑性較強的鋼筋。土木工程結構內，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）鋼筋混凝土結構

土木工程的鋼筋混凝土穩定性較好，在建筑物實際建設過程中，需依據建筑物受力需求，選擇合適的砂石、水和不同強度的水泥進行配比，根據建筑物的用途、地理位置和規模等因素，確定所需承受的荷載標準，包括自重、活載、風載、地震作用等。根據荷載標準和建筑物的實際情況，選擇合適的結構形式和材料，如框架結構、梁柱結構、墻體結構等，以及鋼筋、水泥、砂、石等材料。選定的結構形式和材料，進行結構計算，包括靜力計算、動力計算、穩定性分析等，以確定結構的尺寸、形狀和布置等。根據計算結果，進行結構細化設計，包括鋼筋的直徑、數量和布置，混凝土強度等參數的確定，以及結構連接方式、防震措施等。根據設計結果，編制結構施工圖和規范，明確各個構件的尺寸、數量和材料等，以及施工過程中的注意事項和質量要求等,以提升鋼筋混凝土結構的受力性能。

（3）鋼結構地點選擇

在使用車輛運輸鋼材時，鋼材擺放位置或受運輸空間限制，鋼材會出現變形情況，在使用該鋼材制作土木工程鋼筋混凝土結構時，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，以恢復其原始形狀?；鹧嫘Ｕ齽t是利用高溫火焰對鋼材進行加熱，使其產生塑性變形，再通過機械力量對其進行塑性形變，最終恢復其原始形狀,在鋼材結構的安裝過程中，需要遵循一定的安裝規范和標準。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，保證結構的穩定性和準確性。同時，還需要進行安裝質量檢查和驗收，確保安裝的質量和可靠性。

（4）剪力墻結構

設計師在設計剪力墻時，需依據均勻和對稱的原則展開設置，且保障墻面結構的質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裂縫、扭曲現象。剪力墻應該具有足夠的剛度和強度，以承受地震等自然災害產生的剪力和彎矩。同時，在墻體的縱向和橫向位置上設置鋼筋筋肢，以增強墻體的抗震性能。同時為保障建筑物的抗震性能，設計剪力墻結構時盡量避免單項有墻設計。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，選擇合理的剪力墻邊緣結構。在施工過程中，應該采用高質量的建筑材料，并嚴格控制施工質量，以確保剪力墻的結構牢固可靠。

（5）地梁結構

土木工程結構內的地梁是指梁板式筏形基礎和柱下條基中的梁，地梁是梁板式筏形基礎的連接件，其負責支撐地基結構，使其不發生沉降現象。

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

表1 地梁結構設計中基礎埋深和框架柱標高

（6）伸縮縫結構

土木工程的伸縮縫是防止混凝土結構變形的結構?；炷两Y構在澆筑完成后，需對其進行標準養護，但若養護條件較差和受混凝土結構自身的收縮、膨脹特性影響時，混凝土結構會出現變形情況，為防止該情況發生，設計混凝土結構的伸縮縫結構。伸縮縫選擇添加膨脹劑的混凝土材料，其凝結后具備一定的膨脹性，當混凝土結構受溫度變化產生收縮時，伸縮縫可抵抗混凝土結構收縮，提升混凝土結構的堅固性。

1.3 地基加固技術內容分析

地基是土木工程建設的基礎，地基會隨著應用時間的增加，受地質運動和風荷載的情況下，地基會出現磨損和裂縫甚至位移等情況，導致土木工程結構出現傾斜、坍塌等現象出現，因此需對土木工程的地基進行加固處理，以提升土木工程結構的穩定性和抗震性能。地基加固技術包括地基排水加固、加筋加固、擠壓加固等，選擇地基加固技術方式需考慮建筑物實際情況和該地區地質條件，對建筑物現狀進行充分評估和計算后，方可實施地基加固技術。

1.4 地基加固技術實施方法

地基加固技術分為注漿法、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

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

第一，對地基加固現場進行勘察計算，獲得地基深度、承載力、加固范圍等參數?？辈煊嬎愕木唧w內容包括地形地貌、土層厚度、土質類型、地下水位等方面的調查和測量，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。土壤分析的主要內容包括土壤的顆粒組成、孔隙結構、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，待泥漿充分擴散并凝固后，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量。

利用注漿法地基加固技術后，地基土壤的力學性能得到較大幅度提升，同時，注漿法地基加固技術具有施工簡便、成本低廉、對周圍環境影響小等優點。其施工過程不需要大規模的挖掘和填筑，減少了對周圍環境的破壞和影響，同時也降低了施工成本和工期。此外，注漿法地基加固技術還可以在現場進行操作和調整，適應性較強，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

錨桿靜壓地基加固技術適用于砂土型地質結構，靜壓樁在加固地基時，其可擊穿地基土質結構且可不破壞現有的土質結構。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用位置和地基加固預算，選擇合適的靜壓樁，然后使用管樁分段壓入技術將靜壓樁壓入預先測量好位置的地基內，在進行接樁、壓樁等重復施工后，完成錨桿靜壓地基加固過程。錨桿靜壓地基加固技術可有效防止砂土型地質結構在含水率較大時的土質流失，以及具備較好的防腐性，提升砂土型地質結構穩定性?？傊?，錨桿靜壓地基加固技術是一種高效、經濟、環保的地基加固方法，適用于各種類型的地質結構。在實際施工中，需要結合具體情況選用不同的加固方案，并嚴格控制施工質量，以確保加固效果達到預期目標。

（3）軟基加固技術

軟基加固是地基加固技術中的難點，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，通常選擇真空預壓法、反壓護道法和加筋法。對于下沉數值較小的地基，可選擇加筋法對其進行加固處理，選擇與地基建設型號相同的鋼筋對地基進行加固，可降低軟土的應力比，提升土壤不同方向的應力數值。真空預壓法適用于土源緊缺、軟土性質較差的地基加固，其施工步驟為：1）依據地基加固總體設計需求，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計范圍內并真空值大于80KPa。真空預壓法可使軟土地基下方形成膜下負壓，提升地基的有效應力。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。經過以上步驟完成反壓護道法地基加固技術施工，該地基加固技術可有效防止地下水位上漲，提升地基的防水能力和穩定性。

（4）夯實地基加固技術

由表2得出，在地基加固技術內，夯地基加固技術是應用最為廣泛的技術，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時，通常選擇8-10噸重的重錘，重錘落差在20m左右，該技術施工過程產生的噪聲較大，適用于四周較為空曠區域的地基。

（5）化學加固法

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

2 結語

建筑工程中的土木工程結構設計和地基加固技術的綜合性較強，其與工程質量存在直接關系，一旦土木工程結構設計不合理或地基堅固程度不達標，為后續施工和建筑應用帶來不可預估的影響。因此在土木工程結構設計和地基加固過程中，需充分考慮建筑設計標準以及建筑施工條件，優化土木工程結構，保障其穩定性能。在加固地基時，充分考慮當地地質條件、水位等參數，選擇合適的地基加固技術并驗證把控地基加固技術施工標準，以提升地基的強度和承載力，保障土木工程的經濟效益。