土木工程結構與地基加固技術研究

傅興遠 王麗

濟南市歷城區城鄉建設綜合服務中心/濟南市歷城區人防工程服務中心 山東 濟南 250100

引言

從推動土木工程領域持續化發展的角度分析，保持技術創新的持續性，具有重要意義。實踐中土木工程結構與地基加固技術的應用較為廣泛，解決了很多質量問題。當前工程環境日益復雜，面臨的技術挑戰很多，總結結構與地基加固技術的應用經驗，分析技術重難點，尋求優化的措施與方法。

1 土木工程結構與地基加固類型分析

1.1 結構類型

鋼筋混凝土結構。從土木工程建設實際分析，鋼筋混凝土結構的應用比較廣泛，尤其是節能環保時代背景下，既能夠保證建筑的穩定性，也可達到可靠性標準。嚴格控制對鋼筋與混凝土等指標的質量，消除與土木工程質量的影響，保證建筑建造的要求達到預期。若使用了惡劣的鋼材與混凝土材料，則會影響后期的質量，造成資源與成本浪費，同時影響工程的進度。采用鋼筋混凝土結構方案，必須要注重后期施工的質量控制，切實發揮結構的優勢，提高土木工程建造的質量與效益水平。對使用的原材料，例如水泥和骨料等，采取科學合理的配比方案，明確混凝土配比方案，指導作業的開展。使用的材料，需做好全面嚴格控制，消除對工程的不良影響。

承重結構。從土木工程設計分析，很多都選擇為矩形方案，建筑整體建設工程的縱向剛度大于橫向剛度時，會設計一個橫墻當作支撐，確保工程的抗震性。若后期使用時遇到自然災害，將會威脅土木工程的性能，很容易造成墻體破壞，使得建筑的抗震性能受到影響。開展結構設計時，對于承重結構部分需要強化抗剪能力，切實保障建筑結構性能可以達到設計標準和要求。通過增加建筑材料的強度等級，提升橫墻的承重力，有效發揮橫墻的隔斷能力。

剪力墻結構設計。工程設計中剪力墻的平面布置增強結構的應用能力，設計時要堅持對稱性原則，嚴格控制墻面結構的性能指標，例如剛度與質量，促使結構保持平衡狀態，達到工程抗震設計的標準。與此同時，做好邊緣構件的管理。結構施工環節，施工人員會對邊緣構件進行劃分，劃分為約束構件與無約束構件。對比兩種構件，無約束邊緣的矩形截面積相比而言承載力會弱一些，同時極限位移角度也有所減少，可能會給墻外的穩定性帶來影響。為避免此問題的出現，需結合級別類型明確剪力墻的參數，做好尺寸比例的分析，優選適宜的邊緣構件。做好剪力墻墻身鋼筋的優化設計。

1.2 地基加固類型

注漿加固技術。一般來說，加固多使用水泥作為主劑進行注漿加固處理，例如水泥漿和水泥砂漿以及水泥水玻璃等。若處理軟弱地基，則選擇水泥漿材料或者水泥水玻璃混合液。如果地層存在很大空隙或者存在被地下水沖走的風險，則使用水泥砂漿材料。實際應用中必須要做好注漿材料的技術指標控制，即初凝時間與注漿壓力。若處理砂土地基，那么將初凝時間控制為5～20mim；注漿壓力控制為0.2～0.5MPa。若處理黏性土地基，則將初凝時間控制為1～2h，注漿壓力控制為0.2～0.3MPa。除此之外，采取現場試驗的方式，確定注漿的范圍與材料的使用量。地基加固處理中還會使用硅化漿液，作為注漿加固材料。常運用單液法與雙液法，進行加固處理，保證地基加固處理的質量和效益。

樁基法。地基加固處理中常使用鋼筋混凝土，開展預制樁加固施工，獲得較強的抗壓力，加固處理的成本相對較低，且質量可以得到保障，為后續的工程施工爭取時間，避免影響土木工程的進度水平。若地基的土層很高，則采用灌注樁處理方案進行施工，設置承載臺，利用沉管或沖鉆管道的方法開展灌注樁操作。結合地基的特點，選擇適宜的處理方法。

換填加固處理工藝。一般情況下，采用換填地基的工藝方法，便能夠有效保證結構的安全性以及穩定性，達到設計的要求。采用換填工藝，對軟弱土體進行清除處理，再使用無腐蝕成分且有著很好壓縮性能的換填材料進行回填處理，當達到設計的地面時進行夯實處理，增強土層的穩定性，進而達到工程的要求。

2 土木工程地基加固技術的應用實例

2.1 案例概述

以某裙房工程為例，設計為3層框架結構，設置獨立基礎。按照方案設計基礎埋深范圍為2.0～3.2m，下部設置1.8～3.0m的灰土墊層。工程施工時灰土墊層下設置4.0m長素土擠密樁，以此消除濕陷性。項目南側相鄰的主樓也設計為框架剪力墻結構，總計17層，其中地下1層，設置為樁基礎。

2.2 裙房結構的問題

結構封頂后的1年內沉降穩定，但后期沉降突然增加，根據測量的結果顯示累計達到55.10mm，沉降速率平均值為0.4mm/d，而主樓沉降量為14.24m。通過增加監測頻次，可以發現裙房沉降依舊增加，并且沒有收斂的趨勢。由于裙房沉降問題加劇，使得裙房和主樓交接位置外立面以及裙房室內樓梯等位置，產生了開裂與拉裂等問題。

沉降原因分析：①根據觀測點的沉降量數據信息分析，地基上中含水量與飽和度都在增加，造成土體強度降低，并且承載力也不斷下降，這是造成此建筑沉降的主要原因。建筑建設現場有坑洼地和化糞池，使得雨水有了匯聚點，使得裙房地基大幅度沉降。開展裙房地基處理時，曾經發現擠密樁成孔環節產生嚴重的縮孔情況，不過沒有進行處理，后期驗槽時沒有出現異常便組織開展下一步施工作業。②造成地基沉降的另外一個原因為場地填方。受到原始地形的影響，即西北底低而東南高的特點，且裙房處于斜坡段的低洼區，原來地形標高大約508.89m～510.89m，經過平整處理后標高達到513.0m，裙房大面積回填厚度約為2.11～4.11的填土。受到填方荷載的影響，使得實現性黃土的影響深度被改變，不過項目勘察單位未考慮到填方的影響，提出建議將擠密樁長度取為4.0m。由于結構設計單位缺乏項目地區項目經驗，根據勘察報告進行設計，因此灰土墊層下臥的高壓縮黃土狀土沒有進行全部徹底處理，遇到水浸濕的情況產生濕陷變形。因為灰土墊層和砼獨立基礎剛度很大，使得灰土墊層底產生脫空的問題。前期灰土墊層沒有被破壞，建筑物可以保持穩定，不過受到浸水的影響濕陷性黃土成為飽和軟黃土，經過壓縮變形，使得脫空面積增加，出現墊層剛度無法滿足上部荷載的情況，最終產生破壞，使得建筑物迅速沉降[1]。

2.3 加固方案

考慮到項目所在區域地質環境復雜，而且影響沉降的因素很多，經過綜合分析，決定使用旋噴樁加固工藝。此方法前期會產生附加沉降，但結構允許附加沉降有限，通過全面分析和優化，提出嚴格控制施工順序來控制施工沉降，預估施工作業時附加沉降量為20mm。按照沉降加固方案設計內容，作業時根據基礎上部結構的荷載情況，運用復合地基承載力理論進行計算，明確獨立基礎下旋噴樁數量和樁長。與此同時，為減少施工作業給原來地基造成的不良影響，同時達到承載力要求，采集沉降觀測數據，結合考慮回填土的厚度，在平面上開展分區域設計，各個區的情況如下：①I區。變形大且填方厚度很大，設計運用旋噴樁工藝，樁長最大值為13.0m。②IV區。此區變形小且填方厚度比較小，設計采用旋噴樁工藝，樁長最小值為9.0m。③II與Ⅲ區樁長介于兩者之間。將旋噴樁樁徑大小設計為0.6m，同時樁間距控制為1.41～2.0m，樁底穿透灰土層，樁頂放在灰土墊層底以上0.5m。為了降低工程施工對沉降的影響，確定了工程施工順序和流程，施工作業時嚴格按照技術方案進行操作[2]。

旋噴樁施工技術參數情況如下：①按照設計方案，高壓旋噴樁水泥強度設計為P.O42.5。②為了增強旋噴樁早期的強度，設計在水泥漿液中摻入一定的外加劑。對于外加劑的比例，氧化鈉占水泥重量的0.5%；三乙醇胺占水泥重量的0.05%。③水泥漿水灰比設計為1∶1.0，且每延米水泥材料使用量不可以超過2000kg。作業時將噴漿壓力控制為20～30MPa；轉速設置為23r/min；提升速度設置為20cm/min。④按照設計方案28d樁體抗壓強度為4MPa。

2.4 加固處理效果

工程加固施工作業前N04點累計沉降量的測量最大值為101.5mm，經過加固處理后變形量測量值為113.35mm，加固處理時附加沉降最大值為11.85mm＜20mm，證明地基施工期附加沉降沒有超出標準。從地基旋噴加固施工作業的開展情況分析，因為水泥漿材料的注入沒有固化時，建筑物附加沉降量和速率都出現了增加的情況，測量得到的最大沉降速率是0.9mm/d，證明旋噴樁加固施工作業會給建筑地基擾動，證明了施工質控措施的有效性。經過旋噴加固處理后，注漿體固化形成強度，地基沉降控制效果顯著，同時沉降速率已經得到控制，從原來的0.4mm/d降低到0.04mm/d，使得地基問題得到有效結果。

3 土木工程結構與地基加固技術應用經驗總結

3.1 科學合理設計方案

土木工程結構與地基加固技術的應用，需做好科學合理設計，優選適宜的技術與工藝，解決存在的問題，例如沉降問題。事前要做好全面調查，掌握工程地質情況和沉降問題，分析引發問題的具體原因，制定完善的加固處理措施，應用到工程實踐。上述加固工程施工案例中針對施工造成的沉降問題進行了分析，提出優化施工順序和流程的措施來應對影響，保障結構與地基加固的效果，提升結構的穩定性和結構性[3]。

3.2 做好加固施工的過程控制

首先，貫徹落實結構與地基施工技術要點。組織開展施工作業前，對土木工程結構與地基加固技術要點進行梳理，分析工藝的重難點，了解加固工程的施工流程和程序，為工程施工管理工作的開展提供支持和保障[4]。

其次，做好工程材料的質量管控。土木工程結構與地基加固技術的應用質量管理，必須要做好材料的質量管控。組織開展施工作業前，對使用的水泥和骨料等材料，進行質量檢驗檢測分析，避免使用劣質材料影響工程效益。除此之外，要做好材料質量的全過程檢驗檢測，及時發現存在的問題，采取管理措施加以處理，保障土木工程加固的質量。通過全面嚴格控制，消除潛在的隱患與風險，保證土木工程結構與地基加固技術的應用效益，促使工程建造質量目標的實現[5]。

最后，加大技術研究力度。土木工程結構與地基加固技術的應用，面臨很多技術挑戰與風險，必須要加大技術創新和研究力度，提出優化技術的方式方法，為土木工程施工問題提供有力的解決措施和方法，全面提高加固效益[6]。

4 結束語

綜上所述，土木工程結構與地基加固技術的應用，需結合結構存在的問題，采取針對性的應對措施，采取消除措施，可有效保障結構與地基的穩定性。文中結合實例，分析了樁基礎施工技術的應用效果，結果驗證了工藝的科學合理性，具有推廣應用價值。