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探究土木工程设计中结构与地基加固技术的有效运用黄寒艳

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第5期作者：黄寒艳

[导读] 摘要：随着时代的发展和建筑行业的进步，中国土木工程的发展契机也发生了一定的改变，未来土木工程将向着优质化发展，这也就意味着，中国土木工程的建设起点——工程设计工作——将趋向优质化和科学化。

        广西昊建工程咨询管理有限公司广西南宁 530029
        摘要：随着时代的发展和建筑行业的进步，中国土木工程的发展契机也发生了一定的改变，未来土木工程将向着优质化发展，这也就意味着，中国土木工程的建设起点——工程设计工作——将趋向优质化和科学化。工程设计是工程质量安全稳定的最重要保障，只有做好了工程的规划设计，并对施工过程中使用的技术进行严格的规范和解析，才能将工程高效发展和优质化生产发挥到实质。土木工程中工程结构设计是保证工程稳定开展的先决条件，做好结构设计和地基加固，是保证工程优质发展的重中之重。
        关键词：土木工程设计；结构与地基加固技术；有效运用
        引言
        土木工程的结构设计和地基加固技术深刻影响到建筑工程的整体结构质量。基于保证土木工程的安全效益和经济价值的前提下，对土木工程结构设计和地基加固技术分析是进一步保证土木工程耐久性和稳固性的先决条件。而正因为它对建筑工程的质量起着不可忽视的重要作用，因此如何改进技术方案，并朝着提高结构和基础的稳固性，进行加固技术在土木工程建设中的应用探讨，是建筑设计师当下需要解决的问题和攻克的工作。本文主要分析了土木工程设计中常用的结构设计和地基加固技术，并对在实际的施工设计工程中，设计人员应当注意的设计要点和应用要点进行分析研究。
        一、结构与地基加固技术在土木工程中应用的必要性
        在设计阶段就重视结构与地基加固，能有效避免一些因为设计缺陷或者施工问题产生的工程建设问题。经过多年的风吹日晒，一些建筑的使用寿命缩短，无论是抗震能力还是建筑本身的承载力，都不能满足使用要求。这在一些使用年限较长或者缺少后天维护的工程中比较常见。而建筑物的承载力不足造成的梁柱板的损坏会给建筑物的使用带来潜在的风险；或者建筑设计不当会导致后续的施工过程，需要对建筑进行结构改造，这必然会导致结构的加固。比较常见的加固技术有间接加固和直接加固，但是基于结构加固技术历史不长的发展现状，我国主要的加固方法是混凝土结构加固，所以在其他方面，尤其是面对建筑后续的加固施工，加固方法和施工要点仍需要不断提升。换言之，施工结束后的结构与地基加固都是后天修补，不具有预防性和契合性，甚至因为技术的限制，部分土建工程会达不到应有的加固效果，因此对于土木建设工程而言，在设计阶段就做好结构设计和地基加固是非常重要的。
        二、土木工程的结构设计与施工
        结构设计是否合理、施工工艺是否有效，都会或多或少地影响整个工程的施工质量和建筑的使用功能。一个合理的结构设计能实现土木工程工期的缩短，并实现施工技术的改善，因此在实际的施工过程中，需要做好实际的结构设计工作。
        （一）混凝土结构设计
        混凝土作为在土木工程中大量使用的材料，其结构施工成为了土木工程建筑的关键。混凝土是一种复合材料，其重要成分是砂浆和砾石。水和砂按一定比例混合，形成水泥质的混凝土。工程建设中使用的一些材料的胶合，使用的就是水泥质的混凝土。钢筋混凝土结构是指用钢筋增强强度，和混凝土混合制成的结构。目前钢筋混凝土结构比较常用的有包括薄壳结构、滑模结构、大模板现浇结构和立管结构。
        （二）土木工程混凝土结构的设计要求
        1.混凝土的强度设计值
        混凝土强度抗压强度按照中标GB 50010来计算，第一步，计算出fck（轴心抗压强度标准值），fck＝0.88αc1αc2fcu,k，第二步，查清γc（材料分项系数），一般情况下γc取1.4。第三步，求得轴心抗压强度设计值看，计算值公式为fc＝fck/γc。抗压强度与结构的性能有关，还需要考虑当前的技术、承包商的能力和项目预算。
        2.混凝土一次浇筑的最大量计算
        当浇注停后，浇注的混凝土将在会下一次浇注前硬化，而在这一阶段会形成冷接缝（施工缝）。大型的建筑物施工设计需要考虑混凝土的一次浇筑最大量。大体积的一次浇筑能提升梁柱的美观性，并减少施工混凝土接缝，但是多次浇筑会造成水平施工缝处需要凿毛处理，并进行表面修饰。一般情况下土木工程施工设计需要计算一个最大值，在保证箱梁底板承载力的前提下，减少多次浇筑对混凝土施工产生的美观性影响，也减少了多次浇筑产生的裂缝对施工造成的影响。
        3.确定建造的准确度
        在现场浇注工作中，很少能获得非常精确的几何尺寸，混凝土表面也不光滑。设计者根据过去施工规范或者自己的经验来确定一个允许的误差范围，并编写设计说明。混凝土精确度计算一般是利用搅拌站计量精确度进行规定，ERP系统的广泛应用也令混凝土精确度检测逐渐趋向自动化。建设施工需要对混凝土2方面进行精度计量，分别是水泥和掺料、水和外加剂，一般情况下这些材料的精度控制在1%以下就视为达标。
        4.确定混凝土构件的最小尺寸
        为了满足不同部位的混凝土的保护层和钢筋之间间距的不同要求，一些钢筋混凝土构件必须有特定尺寸规定，一般情况下，需要规定最小的尺寸，以满足特殊部位的施工需要。基于钢筋混凝土的作用原理分析，在板和墙中布置两个方向的钢筋，两者数量一定以控制混凝土收缩和温度变化引起的裂缝。当有受弯钢筋时则特殊分析，这就要求最小的混凝土构件也需要满足建设需要的受力要求。
        三、土木工程的地基加固与施工
        地基是建筑工程的最基本的施工环节。在土木工程中建筑基础与建筑主体结构的紧密联系性，地基基础对建筑结构的稳定性有着深远的影响，并直接影响到整个建筑工程的质量。一般情况下，土木工程的地基加固技术也是要根据当地的实际情况、建设施工资金和建筑技术经济指标等进行分析并择优采用。

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        （一）地基加固
        当工程结构荷载较大或者地基土质因为上层的建筑物压力过大而呈现强度不足或压缩性较大的状态时，需要根据实际情况，采用相应的人工处理方法来改善建设地的性质，处理过的建筑地面就是地基。地基加固的基本内涵就是通过将地基的土质由松散变为坚实、土壤中的含水量由高变低，使的天然地基具有更强的稳定性，或者根据地基和上部结构的作用力抵消原则调整建筑所在地的荷载差。
        （二）土木工程地基加固施工技术分类
        地基加固方法需要根据地基的形式和土木工程建设目标要求不同具体分析，一般情况下有以下7种加固施工方法。建筑施工方在制定地基加固方案时，不能简单地进行加固地基处理，而要充分考虑地基和上部建筑结构的工作原理实现合理设计，并进行综合处理。
        1.挖去软土层，如果软土层厚度不大，采取这样的方式施工比较简便，并且将土木工程施工置于软土层下的基岩层上，作业方式简单且具有较强的经济性。
        2.填埋法，如果施工地的软土层比较厚，将土层全部挖走不太现实，那么可以从别处运输厚土，并将其直接在软土层上填埋新土，这样也是一种加固地基的经济有效的方法。
        3.换土垫层，如果在勘测过程中发现，只有一小部分区域的土层比较薄弱，只需要将该部分的软土更换即可满足施工需要，那么就可以直接将这部分地基进行加固处理即可，一般情况下是将人工垫层换土提升承载力。人工填筑的垫层材料为碎石、砂石、灰土等，石灰、砂石和碎砖的比例维持在1:2:4左右。
        4.夯实土体。该方式是通过加速土体排水并固结的方式完成，一般情况适用于湿性土壤和粘性土壤以及人工填土地基的加固，因为这种方式对周边产生的震动比较明显，因此在进行施工之前，需要对施工周边开挖防震沟。
        5.预压固结，这种方法通常是通过碾压机和碾压轮进行地面固结，不会有很大的震动，并且实效性也比较好，但是为了保证排水固结的效果，一般需要在预压层的表面铺砂预处理，并连接砂井，一般情况下砂井开挖需要保证直径在200~400mm左右，并且表是砂井直径的6~8倍。
        6.挤密桩法，在土体之间用桩管形成桩孔，在孔中灌入砂石并填实，能保证松软的土体能迅速提升承载力，并加快地基的稳定和下沉时间。以CFG桩复合地基为例，其将水泥、砂石、石屑等混合后加水拌合，并形成具有很高粘度的强度桩，桩体和桩间土以及褥垫层能形成一个稳定的复合地基。
        7.深层搅拌法。这种方法是在地基中喷射水玻璃和水泥浆，将土体和浆体混合，在凝固后就有较强的稳固性。但是如果建设施工地的地下水本身具有一定的腐蚀性，或者在无工程经验的地区施工，建设施工设计人员需要备注，并通过现场试验确定其是否适用，如果本地地基基础条件不符合深层搅拌法的施工要求，则采取其他方法施工。
        四、土木工程设计中结构与地基加固技术的有效运用策略
        设计阶段的技术有效应用，是保证工程整体开展质量的根本，主要从材料控制、人员素质和流程管理三方面进行分析，
        （一）加强对材料的控制和规范
        材料质量会对工程质量产生直接影响，因此需要采购符合设质量规定的材料，技术人员在进行施工方案设计和加固方案设计的时候，需要根据实际需要对施工的材料、机械进行系统标注，以配合其他部门的同事开展施工成本预算、施工设计评估等一系列的工作。
        （二）加强对土木工程设计人员的培训
        提升土木施工设计人员的基本素质，并以培训的方式提升工作有效性，紧抓工作人员素养。施工设计人员需要熟悉结构设计的流程和具体方法，并对每一种地基加固技术、结构功能具有极强的认知，并能根据自身的工作技能和实际的施工需要审视技术改进技术，以提升设计的优化性和合理性。还要不断学新的施工设计技术，不断与时俱进，并能有效将新的施工技术应用到施工设计中来。
        （三）严格设计流程
        设计单位需要对施工设计的整体流程进行有效把关，能将工程的可行性、施工的难易程度、施工的经济效益结合起来考虑，并使得土木工程的质量有个全面系统的保障，另外，还要不断优化设计流程，对工作进行绩效管理，并根据设计人员的具体表现进行合理的绩效评价，以激发工作人员认真工作的热情，有效保证设计工作的顺利有效开展。
        五、结语
        总而言之，土木工程的设计工作是一个非常系统且全面的工作，做好设计规划，能有效避免施工漏洞，并且有效提升服务的建设施工单位的经济效益，并彰显出设计人员的工作价值。为了保证设计质量，土木工程设计人员、施工建设单位、设计单位都应当提高重视，加强管理，在实际的施工过程中，仍然存在结构设计和地基加固技术处理过程中的不当问题，比较影响实际的应用和土木工程施工的正常进展。因此应当不断在各方面进行优化，以技术优势、人才优势和成本优势立足，实施精细化管理，方可保证土木工程设计中结构与地基加固技术的应用效果。
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