王礫偉

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100）

探析土木工程建設(shè)中結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)的運用

王礫偉

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，土木工程的發(fā)展取得了矚目的成就，成為了國民發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè).比如在迎接西部大開發(fā)的階段，甘肅省集中力量在加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，大興土木工程建設(shè).隨著我國對外貿(mào)易的迅速發(fā)展，外商投資的迅猛增加，許多高層、超高層類建筑也陸續(xù)興建.由此人們對于土木工程建設(shè)質(zhì)量問題的關(guān)注度也逐步上升，而在土木工程建設(shè)質(zhì)量起著重要作用的就是對結(jié)構(gòu)和地基的處理.本文通過對土木工程發(fā)展的研究，分析土木工程建設(shè)中結(jié)構(gòu)加固設(shè)計與地基加固技術(shù)，通過分析為提高土木工程質(zhì)量的研究提供有效的參考資料.

土木工程建設(shè)；結(jié)構(gòu)與地基；加固技術(shù)

在世界發(fā)展的進(jìn)程中，土木工程建設(shè)在與自然斗爭中不斷前進(jìn)和發(fā)展.隨著社會和科技的發(fā)展，土木工程建設(shè)逐漸呈現(xiàn)出大型化、復(fù)雜化和多樣化的特點.為了滿足我國城市化發(fā)展的進(jìn)程，需要大量的建筑來與日益增長的人口數(shù)量、城市規(guī)模相適應(yīng)，尤其是房屋建筑，所以土木工程建設(shè)與人們的生活密切相關(guān).而土木工程建設(shè)整體的結(jié)構(gòu)質(zhì)量也影響到人們的生命財產(chǎn)安全，所以對土木工程整體質(zhì)量的控制就變得十分重要.

1 土木工程建設(shè)的發(fā)展

1.1 基本屬性

土木工程（CivilEngineering）屬于民用工程，是建造各類工程設(shè)施的統(tǒng)稱，比如：房屋、管道、橋梁、隧道、河堤、港口和水電站工程等.由于土木工程所涉及范圍廣，因此其工程建設(shè)具有綜合性；而土木工程為民用工程，所以具有社會性；土木工程建設(shè)的發(fā)展憑借的是成功工程經(jīng)驗的總結(jié)，因而具有實踐性.

1.2 發(fā)展歷程

土木工程最開始只是作為工程物質(zhì)基礎(chǔ)的土木建筑材料，隨著科技的發(fā)展與不斷實踐慢慢發(fā)展出了設(shè)計理論和施工技術(shù).早期的土木工程僅僅依靠木材和泥土進(jìn)行施工，隨著磚瓦的出現(xiàn)，人們開始在土木工程建設(shè)中使用人工制造材料，由于磚瓦運用的成熟，使得土木工程技術(shù)發(fā)展迅速.十七世紀(jì)七十年代，人們開始利用生鐵進(jìn)行工程建設(shè)，十九世紀(jì)初轉(zhuǎn)變?yōu)槔檬扈F來完成橋梁和房屋建設(shè).直到十九世紀(jì)中期，由于冶金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了高強(qiáng)度的鋼材，土木工程在建設(shè)中，逐步把鋼材用到建筑結(jié)構(gòu)的各個部分.十九世紀(jì)二十年代，混凝土出現(xiàn)，隨后人們把混凝土與鋼鐵結(jié)合，形成了鋼筋混凝土這種復(fù)合建筑材料.直到現(xiàn)在，鋼筋混凝土一直被廣泛應(yīng)用于土木工程中.

1.3 土木工程建設(shè)發(fā)展的重要性與意義

土木工程在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，能夠為人們提供居所、打造良好生活環(huán)境.隨著社會發(fā)展進(jìn)程的加快，土木工程建設(shè)機(jī)構(gòu)趨向大型化、復(fù)雜化，許多大型的建筑不斷出現(xiàn)，土木工程只有不斷發(fā)展才能保證人們的生活需求得以滿足.土木工程建設(shè)所涉及的知識范圍廣，所運用的技術(shù)多種多樣，所以，土木工程的發(fā)展也是一定時期社會經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的反映，由此可見，土木工程建設(shè)的發(fā)展也是社會實力的象征.

1.4 土木工程建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

在我國，土木工程建設(shè)的發(fā)展從二十世紀(jì)五十年代開始就一直處于迅猛發(fā)展的狀態(tài)，是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，遍布我國整個領(lǐng)土.科技大樓、鐵路、公路、橋梁和商業(yè)大廈等不斷涌現(xiàn)，新的結(jié)構(gòu)、材料和技術(shù)快速發(fā)展，令世界嘆為觀止.比如2014年完工的上海中心摩天大樓，樓高632米，目前排名世界第二.但早在2004年，臺北101大樓建成，樓高509.2米，在2004年至2010年期間，一直是世界第一高樓.

但是隨著我國人口與城市規(guī)模發(fā)展的日益壯大，土木工程建設(shè)已經(jīng)開始呈現(xiàn)出難以滿足社會與人們需求的局面，資源短缺、環(huán)境破壞、水土與空氣污染嚴(yán)重也成為了土木工程建設(shè)的難題.

2 土木工程建設(shè)中結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

2.1土木工程建設(shè)中結(jié)構(gòu)加固原因

土木工程建設(shè)中結(jié)構(gòu)加固主要是針對由于混凝土結(jié)構(gòu)受到自然環(huán)境、使用環(huán)境等各種因素的影響，使得混凝土結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出承載力不足等問題提出的維修加固方案.其具體的原因有四點：

2.1.1 結(jié)構(gòu)老化

建筑物在設(shè)計時，都有其使用壽命，一般的建筑物的使用壽命是五十年，所以，當(dāng)建筑物存在或使用的時間久了，結(jié)構(gòu)就會呈現(xiàn)老化的狀態(tài)，不應(yīng)再投入使用，因此需行結(jié)構(gòu)加固工作處理.比如二十世紀(jì)五十年代曾經(jīng)建造了一大批的鋼筋混凝土廠房和辦公樓，至今這些建筑已經(jīng)超出了原本設(shè)計的使用期限，但是某一部分建造因為各種原因還在繼續(xù)使用當(dāng)中，如果不拆除重建，那么就必須對這些建筑進(jìn)行加固處理，如果不及時處理，則很可能使得房屋倒塌，從而危害人們的生命財產(chǎn)安全.

2.1.2 舊物改造

隨著社會的發(fā)展，一些原有建筑物的功能不能再滿足人們的使用要求，但是因為拆除重建的費用較高，人們往往更愿意采用加固處理的辦法，對舊的建筑物進(jìn)行修葺和改造.這樣的改造比新建建筑效率要高，而且成本低.比如，2010年上海世博會的展示場館，原是我國南市發(fā)電廠、江南造船廠等工廠所在地，隨著工廠的搬遷后，留下了二三十棟不同的建筑，大部分經(jīng)過改造后成為了展示場館，尤其是南市發(fā)電廠，被改造成為2010年上海世博會的主題展館——城市未來館.

2.1.3 建筑本身存在質(zhì)量問題

在某些土木工程建設(shè)中，因為各種原因，可能使得建筑物存在或大或小的質(zhì)量問題，對于確定經(jīng)過改造后能繼續(xù)使用的問題，一般采用加固處理方式.比如，二十世紀(jì)八十年代，由于技術(shù)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，使得工程質(zhì)量得不到保證，一旦不及時加固，就容易因為各種工程質(zhì)量而引發(fā)事故，后果相當(dāng)嚴(yán)重.

2.1.4 自然災(zāi)害的破壞

我國是一個多自然災(zāi)害的國家，洪災(zāi)、火災(zāi)以及地震等等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生.據(jù)不完全統(tǒng)計，每年因為風(fēng)災(zāi)而損壞的房屋有30多萬間，火災(zāi)事故平均每天517起，每年遭受洪災(zāi)侵襲面積達(dá)到1億多萬畝.比如，1998年的洪災(zāi)，全國共有29個省遭受了不同程度的損害，倒塌的房屋達(dá)到了685萬間，直接經(jīng)濟(jì)損失2551億元.自然災(zāi)害是屬于不可抗因素，破壞性極強(qiáng)，可能致使建筑物完全損毀，沒有被損毀的建筑其結(jié)構(gòu)也必然遭到損壞，所以，對自然災(zāi)害后的建筑結(jié)構(gòu)加固處理及有必要.

2.2 土木工程建設(shè)中結(jié)構(gòu)加固方法

土木工程建設(shè)中對結(jié)構(gòu)加固時必須要先進(jìn)行鑒定，才能完成后面的加固工作.在加固方案的選擇上，要結(jié)合實際情況，盡量降低對原建筑的損壞程度.其結(jié)構(gòu)加固的方法可分為兩大類，一類是直接加固法，另一類是間接加固法.直接加固法又可以分為增大橫截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法與外部粘貼加固法；間接加固法可以分為增設(shè)構(gòu)件加固法、增設(shè)支點加固法、增加結(jié)構(gòu)整體性加固法、改變結(jié)構(gòu)剛度比加固法與卸荷加固法.

2.3 土木工程結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

在土木工程的結(jié)構(gòu)中，最為重要的結(jié)構(gòu)就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以在對土木工程結(jié)構(gòu)加固時，首先要對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計.

2.3.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要是由鋼筋與混凝土這兩種材料相互配合形成.混凝土的骨料可以就地取材，混凝土的構(gòu)件也較易成形，但是混凝土的抗拉強(qiáng)度卻比較小，所以在用途上受到一定的限制.而鋼筋的抗拉強(qiáng)度高，混凝土承壓能力好，所以鋼筋與混凝土結(jié)合，互相發(fā)揮優(yōu)點，能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的承載能力.在我國的建筑中，絕大多數(shù)的建筑都是使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu).

2.3.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與方法

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的兩種不同的材料其受力的性能也完全不一樣，在道路橋梁和水利的土木工程中，受力性能不同使得受力構(gòu)造不同，從而形成了結(jié)構(gòu)系統(tǒng).這個系統(tǒng)主要由七個部分組成：斜截面承載力計算、正截面承載力計算、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、扭曲截面承載力計算、裂縫控制及耐久性設(shè)計、高性能混凝土和纖維增強(qiáng)混凝土性能結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼筋滬寧圖構(gòu)建的延性與抗震設(shè)計.因為工程性質(zhì)不同，所以結(jié)構(gòu)也不一樣，那么在進(jìn)行工程建設(shè)時，要注意鋼筋混凝土與實際用途相結(jié)合.

2.3.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：發(fā)揮了鋼筋和混凝土各自的優(yōu)點；就地取材，降低造價；整體性好，抗震能力增強(qiáng)；可塑性高，能夠根據(jù)實際需要制造成各種形狀；有很好的耐火性和耐久性.

缺點：鋼筋和混凝土各自本身就很重，結(jié)合后在搬運過程中增加了一定的困難；抗裂性差，容易受到天氣的影響；隔熱、隔生性能差；模板制造時間長，養(yǎng)護(hù)耗費的時間精力多.

2.4 鋼結(jié)構(gòu)加固過程中的重點與難點

（1）鋼結(jié)構(gòu)在加固的過程中，因為安裝過程復(fù)雜，所以要注意選材與連接以及截面形狀；

（2）在加固時，要注意安裝結(jié)構(gòu)的用地與占地面積的實際情況.

3 土木工程建設(shè)中地基加固技術(shù)

3.1 地基加固原因

地基加固主要是因為天然地基軟弱無法滿足地基強(qiáng)度、變形等要求.其具體原因有四點：

（1）強(qiáng)度與穩(wěn)定性不夠

（2）地基壓縮與不均勻沉降

（3）地基滲漏

（4）自然災(zāi)害造成地基松動

3.2 地基加固方法

地基加固前，要先對地基進(jìn)行鑒定，鑒定后再完成地基加固工作.目前地基加固的方法主要有三種，一種是砂樁、碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁；第二種是土樁和灰土樁；第三種是深層攪拌樁.

3.3 地基加固技術(shù)分析

地基加固技術(shù)可以分為四大類：壓密固結(jié)法、加緊提復(fù)合地基處理技術(shù)、換填墊層法與漿液加固法，根據(jù)不同地的地基情況的不同，要采用不同的地基加固技術(shù).

3.3.1 壓密固結(jié)法

壓密固結(jié)法包括了強(qiáng)夯、降水、壓密注漿與真空預(yù)壓等，壓密固結(jié)法主要適用于大面積松軟的地基處理.

強(qiáng)夯地基加固技術(shù)使用強(qiáng)夯機(jī)輔助進(jìn)行，降水技術(shù)一般是利用水管進(jìn)行噴射.壓密注漿技術(shù)是壓密固結(jié)法的重點，主要是利用注漿泵通過壓力把攪拌好的水泥粉煤灰等漿液壓入計算好深度的土地中.而壓入土地中的漿液擠壓注漿管四周的土體，然后使得土體中的空氣與水分排出，并使得土體更為緊實.在土地中的漿液經(jīng)過一定時間后會凝固，從而把原來松散的土層或者縫隙凝結(jié)起來，成為高強(qiáng)度的整體.另外，混合漿液流進(jìn)土地中的各個縫隙中，形成支架，使土體的穩(wěn)定性提高.而漿液凝固后，其也隔水效果強(qiáng)，也就降低了水侵蝕作用.真空預(yù)壓技術(shù)是以大氣壓作為預(yù)壓荷載對地基土進(jìn)行抽氣，給土體中造成一定的真空度，從而使大氣壓力與真空壓力形成差值作用，然后把土中的水抽出使得土壤更為緊實而達(dá)到地基加固的目的.

3.3.2 加筋體復(fù)合地基處理技術(shù)

加筋體復(fù)合地基處理技術(shù)包括了砂樁、碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁；夯實水泥土樁、水泥土攪拌樁、灰土樁.

砂樁又被稱為擠密砂樁或者砂樁擠密法，是指用振動、沖擊湖綜合說水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再通過壓力把砂擠入土體中，使土體中形成大面積的密實砂柱體，從而達(dá)到地基加固的目的.砂石樁、灰砂樁使用的砂樁材料有砂子、砂石樁、灰砂樁.水泥粉煤碎石樁是在碎石樁的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，要配合一定的石屑、粉煤灰和少量的水泥，然后和水進(jìn)行攪拌，最后形成一種膠結(jié)性極強(qiáng)的樁體，這種樁體組合成的地基能夠提高建筑的承載力.

3.3.3 換填墊層法

換填墊層法一般是在建筑物基礎(chǔ)下的受力層不能承載上部結(jié)構(gòu)時，使用的換填土層處理方法.換填墊層使用的材料為強(qiáng)度較大的砂、砂石或者灰土等.砂石墊層能夠提高基礎(chǔ)底面以下地基淺層的承載力，減少沉降量，加速地基的排水固結(jié).灰土墊層一般要把熟石灰同粘性較大的土按照比列進(jìn)行調(diào)配，經(jīng)過攪拌后，分層進(jìn)行夯實.使用灰土墊層在取材上方便，且施工簡單，成本低.

3.3.4 漿液加固法

漿液加固法只適合已存在建筑地基的加固處理，可以通過水泥注漿、化學(xué)注漿等方法完成.注漿技術(shù)的實用性很強(qiáng)，在工程的應(yīng)用范圍也非常廣，通過壓力把能夠讓土層凝結(jié)的漿體注入土體的縫隙中，主要使用液壓、氣壓或者電化學(xué)的方法進(jìn)行注壓，這樣能夠提高土層的強(qiáng)度、抗腐蝕性，且穩(wěn)定性高，從而保證了土木工程建筑物的質(zhì)量.

4 結(jié)束語

土木工程師社會和科技發(fā)展所需要的“衣、食、住、行”的先行官之一，所以土木工程的質(zhì)量問題需要人們共同監(jiān)督.隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，土木工程建設(shè)還會繼續(xù)向高層、大跨結(jié)構(gòu)發(fā)展，那名如何在發(fā)展的同時保證工程的質(zhì)量，是一個需要不斷研究的問題.

〔1〕勾文錦.地基與結(jié)構(gòu)相互作用效應(yīng)的中美抗震規(guī)范對比及簡化方法研究[D].重慶大學(xué)，2013.

〔2〕汪大洋,周云,鄧雪松等.高層結(jié)構(gòu)風(fēng)振性能水準(zhǔn)的二級模糊綜合評價研究 [J].振動與沖擊, 2013,32(8).

〔3〕陳洪運,馬建林,陳紅梅，等.樁筏結(jié)構(gòu)復(fù)合地基中筏板受力分析的理論計算模型與試驗研究[J].巖土工程學(xué)報,2014(4).

〔4〕張亞楠.結(jié)構(gòu)底面積對地基土-高層建筑相互作用地震反應(yīng)影響分析[D].2013.

〔5〕劉斌.結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)在土木工程設(shè)計中的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量?建筑與發(fā)展,2014(7).

〔6〕何平.框剪結(jié)構(gòu)-樁筏基礎(chǔ)-地基共同作用分析[D].重慶大學(xué)，2012.

〔7〕郭遠(yuǎn)方.框架結(jié)構(gòu)—筏板基礎(chǔ)—地基共同作用分析[J].西部探礦工程，2011（11）.

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1673-260X（2014）12-0049-03