土木工程結構設計與地基加固技術探究

摘 要：多變的施工條件為土木工程帶來了眾多挑戰，尤其是在結構設計和地基加固方面。基于此，深入探討了這些挑戰，分析了加固工程中遇到的各類問題，并提出了針對性的技術對策。詳細描述了幾種常用加固技術的操作流程和注意事項，旨在為工程師提供實用的參考和指導。

關鍵詞：建筑行業；土木工程結構設計；地基加固技術

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）09-0018-03

收稿日期：2024-03-12

作者簡介：葉成彬（1989—），男，吉林吉林人，本科，工程師，研究方向：橋梁與道路工程技術。

0 引言

在土木工程領域，設計和建造過程涉及眾多學科知識，并易受多變環境及不可預見因素的影響。由于理論模型往往難以全面預測現實工程中的所有可能性，實際施工階段常需要通過實地試驗與問題解決來應對復雜挑戰。該行業技術革新通常基于現場施工的反饋和累積的經驗。新的工程難題往往在施工實踐中才顯現，這些是過往經驗所無法涵蓋的。因此，行業內的技術交流對于問題的發現和解決至關重要，它促進了知識的更新和技術的發展。

1 土木工程結構方面的現狀及發展趨勢

土木工程結構設計和建造是建筑行業的核心，涵蓋了從橋梁、隧道到高層建筑等各種類型的基礎設施項目。當前土木工程結構領域的發展受到諸多因素的影響，包括技術進步、可持續發展的需求以及對防災減災能力的增強要求。

在材料科學方面，傳統建筑材料如混凝土和鋼材正在被新型高性能材料所補充甚至取代，這些新型材料具有更高的強度、更好的耐久性與適應性。例如，超高性能混凝土和形狀記憶合金的使用，使得結構能夠承載更大的荷載并更好地適應極端環境條件。

在傳統土木工程領域，存在多種結構形式，其中鋼筋混凝土結構和鋼結構占據主導地位，并被廣泛應用于各類實際施工項目中。

1.1 鋼筋混凝土結構工程設計基本原理與應用

鋼筋混凝土結構在水利施工、房屋建造以及道路橋梁建設等領域均發揮著重要作用。針對不同用途，其設計重點會有所不同。然而，在設計原則上，安全性始終是首要考慮的因素，結構必須能夠承受可能出現的各種直接或間接作用力，并在突發狀況下仍能保持足夠的承載力和穩定性。在滿足安全性的基礎上，需進一步考慮結構的適用性、耐用性和經濟性。

鋼筋混凝土結構的設計方法經歷了多個階段，包括容許應力設計方法、破損階段設計方法和極限狀態設計方法。盡管前兩種方法在設計上存在缺陷，不再被廣泛采用，但它們的設計思路在某些特定情況下仍具有一定的參考價值。目前，極限狀態設計方法已成為主流，這種方法需先計算出結構在截面被破壞時的極限承載力，再確保結構在使用荷載作用下的內力不超過該極限承載力除以某個安全系數。

1.2 鋼結構安裝的注意事項

隨著鋼結構建筑技術的不斷發展，我國越來越多的工程項目開始采用鋼結構作為主要建筑形式，以實現建筑業的可持續發展。鋼結構的安裝過程是一個錯綜復雜的過程，它涵蓋了多個環節和技術要求。

在這個過程中，現場工作人員需要運用一系列的專業技術，如電焊、高強螺栓和普通螺栓等多種連接方法，對鋼構件進行精確的組裝和固定。這些連接方法各有其特點和適用范圍，既用于確保鋼結構的穩定性和安全性，也能展現出鋼結構建筑的獨特魅力。

在現場施工過程中，工作人員還需遵循嚴格的標準和操作規程，以確保鋼構件的連接質量。此外還要考慮到各種外部因素，如地形、氣候、材料供應等，這都使得整體施工難度加大。

1.2.1 材料挑選與連接技術

目前，常用的鋼材主要包括型材、板材、管材和技術制品4大類。在鋼結構的選材設計中，常用的材料包括普通優質碳素結構鋼、低合金鋼和普通碳素鋼等。鋼結構，對鋼材的要求相當嚴格，鋼材不僅需要具備較高的強度，還需展現優良的塑性和韌性，以適應冷熱加工處理。考慮到耐久性，鋼材還需能夠承受足夠的低溫，具備一定的抗腐蝕能力和重復荷載能力。

對于不同的結構構件，其選材要求也有所不同。例如，柱子的截面通常設計為“工”字形或箱型；而梁部構件則多采用軋制的“H”型或焊接的鋼梁。這種設計不僅滿足了鋼結構在強度、穩定性和耐久性方面的要求，還確保了結構的安全性和經濟性。

1.2.2 施工現場裝置安裝的規范管理

在鋼結構安裝施工現場，有序的管理和文明的施工方式至關重要，這是確保安裝任務能夠高質量、高效率完成的關鍵。在現場管理中，有兩個重要的方面需要特別注意鋼構件的堆放和安裝機械的選擇與布置。

為了確保施工順利進行，現場用地面積通常需要達到結構整體占地面積的1.5倍。這樣可以確保有足夠的空間進行鋼構件的堆放和安裝機械的操作。根據安裝程序，所需的鋼構件應從中轉堆場運輸至安裝機械的回轉半徑內，以便進行高效的安裝作業[1]。

對于安裝機械的選擇和布置，應進行全面細致的檢查。例如，塔式起重機的臂桿長度應足夠覆蓋整個施工區域，以確保施工中的起重需求得到滿足。起重能力也需要進行驗證，以確保能夠滿足最大的起重需求。鋼絲繩的長度也要以滿足不同位置的施工需求。塔式起重機的速度也應根據實際需求進行調整，以滿足不同施工階段的速率要求。

在鋼結構安裝過程中，可能會涉及多個作業面的交叉作業。因此，需要合理安排作業順序，避免人員之間的擁擠和機械之間的碰撞。這可以通過制定詳細的施工計劃和合理的作業安排來實現。鋼結構安裝的最佳場所通常是平整、對稱且較為平坦的建筑平面。因此，在設置安裝流水線時，應充分考慮現場的實際情況，確保流水線的設置合理、高效。

1.3 土木工程結構方面的發展趨勢

在設計理念上，土木工程師正逐漸采用全壽命周期的設計方法，考慮建筑從設計、施工、使用到最終拆除的整個生命周期中的所有因素，以最小化其對環境的負面影響。這涉及了節能、減排、易于維護和可回收利用等多個方面。隨著全球氣候變化和極端天氣事件的增多，土木工程結構設計亦更加注重提高結構的抗震性和抗洪能力，確保其在自然災害面前的安全性和功能性。

技術發展同樣影響著土木工程結構的現狀與未來，數字化建模、建筑信息模型（BIM）、無人機監測和3D打印等技術的應用，正在改變傳統的設計、施工和維護方式。這些技術提高了設計的精確度，優化了施工過程，降低了風險和成本，也增強了對工程項目的監控和管理能力。

土木工程結構的研究與發展也面臨著跨學科整合的趨勢，如結合生態學、社會學和經濟學等領域的知識和技術，旨在打造更加和諧、可持續的人類居住環境。綜上所述，土木工程結構方面的現狀是一個不斷發展進化的過程，它反映了新技術的采納、對可持續發展的追求以及對社會需求的響應。土木工程師們通過不斷探索和實踐，推動著這一領域向更安全、更經濟、更環保的方向發展。

2 地基加固技術探究

2.1 地基加固技術基本介紹

地基加固是工程施工中經常遇到的問題，需要根據地質特點選擇合適的方法。常用的地基加固技術包括換填法、排水加固法、擠壓法、膠結法和加筋法等。換填法是最常用的一種方法，適用于自然地質不適合當前工程的情況。

換填法主要有換土墊層法和置換法兩種。換土墊層法是用優質泥土替換原土，適合整體置換。置換法包括石灰置換法、碎石置換法和水泥置換法等。這些方法各有優缺點，需要根據實際情況選擇合適的方法進行地基加固處理。在施工過程中，還需要注意安全措施，確保施工人員的安全。常用地基加固技術，如表1所示。

2.2 加固措施

在沼澤地和濕地等水分含量較高的地區，排水加固法被廣泛應用。這類地區的土質由于含水量高，不利于建筑工程的穩定性和安全性。通過排除多余的水分，可以使土層變得更加堅固。排水加固法主要包括預壓法和真空預壓法，具體的排水方法會根據工程的規模和需求有所不同。

加筋法是一種被廣泛應用于地基加固的工程技術，其工作原理主要是通過在土壤中加入增強材料，如鋼筋、纖維等，以提高土壤的抗拉強度和抗壓能力，從而達到增強土質穩定性的目的。這種方法能夠有效地防止土壤在受到外力作用時發生移動，進而提高地基的承載能力和抗侵蝕性能。加筋法還具有施工簡便、成本較低等優點，因此在地基加固領域具有廣泛的應用前景，這種技術在我國的土木工程領域已經取得了廣泛的應用，bf3a990606ec867dd92d7d6abcd527d4ba30a53edbd1b0f62c815a90331ff6f2不僅大幅度提高了施工效率，降低了施工成本，還極大地提升了建筑質量和安全性。因此，它已經成為土木工程領域的一大關鍵技術，受到了業內人士的高度關注和廣泛贊譽。

在今后的發展中，這種技術在土木工程領域的應用將更加深入，為推動我國土木工程事業的發展做出更大的貢獻。在挑選地基加固策略的過程中，工程師必須全面權衡地質環境、工程項目的規模以及特定的施工要求。這其中包括對土壤性質、地下水位、地質構造等因素的深入分析，還要兼顧工程成本和施工周期。在此基礎上，工程師還需根據實際需求，因地制宜地選擇合適的加固方法，如土釘墻、錨桿加固、樁基加固等。經過綜合評估后，制定出的地基加固方案不僅能確保工程的安全性，還能提高地基的承載能力和穩定性，從而為整個建筑項目的順利推進奠定堅實的基礎[2]。

2.3 錨桿靜壓樁法

錨桿靜壓樁法是通過在地基土中鉆孔，然后將預制的混凝土樁或鋼樁插入孔中，并利用錨桿對樁體施加預壓力，從而使樁與周圍土體緊密結合，提高地基的整體性能。錨桿靜壓樁法的優勢在于其施工過程中振動小、噪聲低，對周圍環境和建筑物的影響較小。由于樁的預壓力可以根據實際情況進行調整，因此這種方法能夠適應不同地質條件和工程需求。

在實施錨桿靜壓樁法時，首先需要對施工現場進行詳細的地質勘探，以確定樁的尺寸、間距和布置方式。接著，按照設計要求進行鉆孔作業，精確控制孔徑和深度以確保樁的正確安裝。樁體通常采用高強度混凝土或鋼材制成，以保證足夠的承載力。樁安裝就位后，通過錨桿對樁頂部施加預壓力，這一過程需要嚴格控制以避免過度加載導致地基或樁體的破壞。

錨桿靜壓樁法不僅能夠有效提高地基的承載力，還能改善地基的變形特性，減少建筑物的沉降。由于其施工快速且對環境影響小，這種加固技術在城市地區的基礎工程中尤為適用。需要注意的是，錨桿靜壓樁法的應用效果受到許多因素的影響，包括地基土的性質、樁的設計和施工質量等，因此在設計和施工過程中應充分考慮這些因素，確保加固效果達到預期目標。

3 結束語

隨著建設規模的不斷擴大，土木工程的設計和施工技術顯著提升，特別是由于先進軟件的開發與應用以及高精度施工機械的使用，土木工程領域的安全事故正在逐漸減少。本文概述土木工程中結構問題處理與地基加固技術的當前常用方法，并鼓勵行業專家共同探討，促進技術的發展和完善。

參考文獻

[1] 代蒙南.土木工程結構設計與地基加固技術探究[J].城市建設理論研究（電子版），2024（3）：196-198.

[2] 牛中元.土木工程結構設計與地基加固施工技術實踐[J].石材，2023（11）：47-49.