探析土木工程建設中結構與地基加固技術的運用

王礫偉

（延安大學西安創新學院，陜西 西安 710100）

探析土木工程建設中結構與地基加固技術的運用

王礫偉

（延安大學西安創新學院，陜西 西安 710100）

隨著我國社會經濟的不斷發展，土木工程的發展取得了矚目的成就，成為了國民發展的支柱產業.比如在迎接西部大開發的階段，甘肅省集中力量在加強基礎設施建設中，大興土木工程建設.隨著我國對外貿易的迅速發展，外商投資的迅猛增加，許多高層、超高層類建筑也陸續興建.由此人們對于土木工程建設質量問題的關注度也逐步上升，而在土木工程建設質量起著重要作用的就是對結構和地基的處理.本文通過對土木工程發展的研究，分析土木工程建設中結構加固設計與地基加固技術，通過分析為提高土木工程質量的研究提供有效的參考資料.

土木工程建設；結構與地基；加固技術

在世界發展的進程中，土木工程建設在與自然斗爭中不斷前進和發展.隨著社會和科技的發展，土木工程建設逐漸呈現出大型化、復雜化和多樣化的特點.為了滿足我國城市化發展的進程，需要大量的建筑來與日益增長的人口數量、城市規模相適應，尤其是房屋建筑，所以土木工程建設與人們的生活密切相關.而土木工程建設整體的結構質量也影響到人們的生命財產安全，所以對土木工程整體質量的控制就變得十分重要.

1 土木工程建設的發展

1.1 基本屬性

土木工程（CivilEngineering）屬于民用工程，是建造各類工程設施的統稱，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；土木工程建設的發展憑借的是成功工程經驗的總結，因而具有實踐性.

1.2 發展歷程

土木工程最開始只是作為工程物質基礎的土木建筑材料，隨著科技的發展與不斷實踐慢慢發展出了設計理論和施工技術.早期的土木工程僅僅依靠木材和泥土進行施工，隨著磚瓦的出現，人們開始在土木工程建設中使用人工制造材料，由于磚瓦運用的成熟，使得土木工程技術發展迅速.十七世紀七十年代，人們開始利用生鐵進行工程建設，十九世紀初轉變為利用熟鐵來完成橋梁和房屋建設.直到十九世紀中期，由于冶金產業的發展，出現了高強度的鋼材，土木工程在建設中，逐步把鋼材用到建筑結構的各個部分.十九世紀二十年代，混凝土出現，隨后人們把混凝土與鋼鐵結合，形成了鋼筋混凝土這種復合建筑材料.直到現在，鋼筋混凝土一直被廣泛應用于土木工程中.

1.3 土木工程建設發展的重要性與意義

土木工程在保證結構安全的前提下，能夠為人們提供居所、打造良好生活環境.隨著社會發展進程的加快，土木工程建設機構趨向大型化、復雜化，許多大型的建筑不斷出現，土木工程只有不斷發展才能保證人們的生活需求得以滿足.土木工程建設所涉及的知識范圍廣，所運用的技術多種多樣，所以，土木工程的發展也是一定時期社會經濟、技術發展的反映，由此可見，土木工程建設的發展也是社會實力的象征.

1.4 土木工程建設發展現狀

在我國，土木工程建設的發展從二十世紀五十年代開始就一直處于迅猛發展的狀態，是我國的支柱產業，遍布我國整個領土.科技大樓、鐵路、公路、橋梁和商業大廈等不斷涌現，新的結構、材料和技術快速發展，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模發展的日益壯大，土木工程建設已經開始呈現出難以滿足社會與人們需求的局面，資源短缺、環境破壞、水土與空氣污染嚴重也成為了土木工程建設的難題.

2 土木工程建設中結構加固設計

2.1土木工程建設中結構加固原因

土木工程建設中結構加固主要是針對由于混凝土結構受到自然環境、使用環境等各種因素的影響，使得混凝土結構呈現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 結構老化

建筑物在設計時，都有其使用壽命，一般的建筑物的使用壽命是五十年，所以，當建筑物存在或使用的時間久了，結構就會呈現老化的狀態，不應再投入使用，因此需行結構加固工作處理.比如二十世紀五十年代曾經建造了一大批的鋼筋混凝土廠房和辦公樓，至今這些建筑已經超出了原本設計的使用期限，但是某一部分建造因為各種原因還在繼續使用當中，如果不拆除重建，那么就必須對這些建筑進行加固處理，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安全.

2.1.2 舊物改造

隨著社會的發展，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，大部分經過改造后成為了展示場館，尤其是南市發電廠，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 建筑本身存在質量問題

在某些土木工程建設中，因為各種原因，可能使得建筑物存在或大或小的質量問題，對于確定經過改造后能繼續使用的問題，一般采用加固處理方式.比如，二十世紀八十年代，由于技術發展與經濟發展不平衡，使得工程質量得不到保證，一旦不及時加固，就容易因為各種工程質量而引發事故，后果相當嚴重.

2.1.4 自然災害的破壞

我國是一個多自然災害的國家，洪災、火災以及地震等等自然災害頻繁發生.據不完全統計，每年因為風災而損壞的房屋有30多萬間，火災事故平均每天517起，每年遭受洪災侵襲面積達到1億多萬畝.比如，1998年的洪災，全國共有29個省遭受了不同程度的損害，倒塌的房屋達到了685萬間，直接經濟損失2551億元.自然災害是屬于不可抗因素，破壞性極強，可能致使建筑物完全損毀，沒有被損毀的建筑其結構也必然遭到損壞，所以，對自然災害后的建筑結構加固處理及有必要.

2.2 土木工程建設中結構加固方法

土木工程建設中對結構加固時必須要先進行鑒定，才能完成后面的加固工作.在加固方案的選擇上，要結合實際情況，盡量降低對原建筑的損壞程度.其結構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、預應力加固法與外部粘貼加固法；間接加固法可以分為增設構件加固法、增設支點加固法、增加結構整體性加固法、改變結構剛度比加固法與卸荷加固法.

2.3 土木工程結構加固設計

在土木工程的結構中，最為重要的結構就是鋼筋混凝土結構，所以在對土木工程結構加固時，首先要對鋼筋混凝土結構進行加固設計.

2.3.1 鋼筋混凝土結構

鋼筋混凝土結構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，混凝土的構件也較易成形，但是混凝土的抗拉強度卻比較小，所以在用途上受到一定的限制.而鋼筋的抗拉強度高，混凝土承壓能力好，所以鋼筋與混凝土結合，互相發揮優點，能夠提高建筑結構的承載能力.在我國的建筑中，絕大多數的建筑都是使用的鋼筋混凝土結構作為主體結構.

2.3.2 鋼筋混凝土結構的設計原理與方法

鋼筋混凝土結構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造不同，從而形成了結構系統.這個系統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、預應力混凝土結構、扭曲截面承載力計算、裂縫控制及耐久性設計、高性能混凝土和纖維增強混凝土性能結構設計、鋼筋滬寧圖構建的延性與抗震設計.因為工程性質不同，所以結構也不一樣，那么在進行工程建設時，要注意鋼筋混凝土與實際用途相結合.

2.3.3 鋼筋混凝土結構的優缺點

優點：發揮了鋼筋和混凝土各自的優點；就地取材，降低造價；整體性好，抗震能力增強；可塑性高，能夠根據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，養護耗費的時間精力多.

2.4 鋼結構加固過程中的重點與難點

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

（2）在加固時，要注意安裝結構的用地與占地面積的實際情況.

3 土木工程建設中地基加固技術

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度、變形等要求.其具體原因有四點：

（1）強度與穩定性不夠

（2）地基壓縮與不均勻沉降

（3）地基滲漏

（4）自然災害造成地基松動

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 地基加固技術分析

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

3.3.1 壓密固結法

壓密固結法包括了強夯、降水、壓密注漿與真空預壓等，壓密固結法主要適用于大面積松軟的地基處理.

強夯地基加固技術使用強夯機輔助進行，降水技術一般是利用水管進行噴射.壓密注漿技術是壓密固結法的重點，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起來，成為高強度的整體.另外，混合漿液流進土地中的各個縫隙中，形成支架，使土體的穩定性提高.而漿液凝固后，其也隔水效果強，也就降低了水侵蝕作用.真空預壓技術是以大氣壓作為預壓荷載對地基土進行抽氣，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到地基加固的目的.

3.3.2 加筋體復合地基處理技術

加筋體復合地基處理技術包括了砂樁、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上發展出來的，要配合一定的石屑、粉煤灰和少量的水泥，然后和水進行攪拌，最后形成一種膠結性極強的樁體，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下的受力層不能承載上部結構時，使用的換填土層處理方法.換填墊層使用的材料為強度較大的砂、砂石或者灰土等.砂石墊層能夠提高基礎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.灰土墊層一般要把熟石灰同粘性較大的土按照比列進行調配，經過攪拌后，分層進行夯實.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、化學注漿等方法完成.注漿技術的實用性很強，在工程的應用范圍也非常廣，通過壓力把能夠讓土層凝結的漿體注入土體的縫隙中，主要使用液壓、氣壓或者電化學的方法進行注壓，這樣能夠提高土層的強度、抗腐蝕性，且穩定性高，從而保證了土木工程建筑物的質量.

4 結束語

土木工程師社會和科技發展所需要的“衣、食、住、行”的先行官之一，所以土木工程的質量問題需要人們共同監督.隨著我國國民經濟水平的不斷提高，土木工程建設還會繼續向高層、大跨結構發展，那名如何在發展的同時保證工程的質量，是一個需要不斷研究的問題.

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1673-260X（2014）12-0049-03