结构与地基加固技术在土木工程设计中的应用

2022-09-11

1 前言

为了保证现有建筑物和工程的安全可靠性, 基础地基加固和改造是土木工程中常见的及时手段。改变升级现有建筑的使用功能, 对其装饰环境的维修改善, 提高建筑节能环保, 最大限度地节约和利用资源、保护环境、减少污染。随着改革开放我国建筑工程行业的发展, 工程项目迎来了真正的质的考验, 对于无法满足现代社会需求的建筑工程, 将迎来工程改造和加固的高峰期。以下我们就从几个方面进行分析地基和结构加固技术在土木工程设计中的应用。

2 混凝土结构加固技术

2.1 增大截面加固

增大截面加固技术作为一种直接加固的技术措施, 其技术原理是通过增大建筑结构件截面面积并适当的增加布置与其配套的钢筋, 以此来提高建筑结构件的力学性能。由于不同土木工程项目中的加固要求也各不相同, 所以在实际使用中, 我们又将这种加固技术进行分类。大体上可以分为三类:以增大断面为主要措施的加固技术、以增加配套钢筋为主要措施的加固技术、同时兼备以上两种技术的平衡加固技术。以增大断面为主要措施的加固技术, 实际中不可能不用钢筋, 它必须需适当增加配套使用钢筋, 这样才能实现补加混凝土的正常工作, 达到其保证加固质量的目的。以增加配套钢筋为主要措施的加固技术, 同样也必须按钢筋的间距和保护层等构造要求适当的增大截面尺寸, 以达到其配套钢筋的正常工作, 保证加固质量的要求。两种方法相辅相成, 根据不同项目进行合理规划安排, 才能发挥出其应有的加固作用。

另外, 在构件受拉区进行补浇混凝土层进行结构加固, 可以起到粘结和保护补加配套钢筋的作用;而在构件受压区进行补浇混凝土层进行结构加固, 增加了构件的有效高度, 对构件的受弯、受剪承载力也都有显著的提高, 大大增加了结构件的有效力学性能。总体来看, 增大截面加固法的加固效果非常显著, 其力学性能表现也比较容易满足设计要求, 因此其技术适用范围非常广泛, 可用于对结构梁、板、柱、墙、屋架等结构件进行加固作业。

2.2 置换混凝土加固

置换混凝土加固技术是通过对原结构件中有物理缺陷区段或力学性能不能满足当下使用要求的局部区段的混凝土进行有效清理甚至剔除, 对其需要加强的局部区段进行重新浇筑品种相同但强度等级较高的混凝土, 从而恢复原结构件的承载力的一种直接加固技术。

置换混凝土加固技术在实施的过程中, 需要对局部置换的结合面进行清理和剔除时, 会使得原混凝土结构露出坚硬的结构层, 清理工作需达到结构层表面满足粗糙而洁净的要求, 这样在微膨胀剂的预压应力促进下新浇筑混凝土的水泥胶体便能渗入原结构层中, 并在水泥水化过程中, 与其粘合成一个整体, 从而达到结构加固的效果。

3 砌体结构加固技术

砌体是用砌筑砂浆将砌块砌在一起而形成的一种承重结构物。和其他加固技术相比, 砌体结构加固技术的没有明显的优势。虽它也具有一定的抗压承载力, 但在其他力学性能上的表现就差的很多。因此砌体结构的整体性表现相对较差, 承载力也比较低, 在外荷载作用下也比较容易出现或大或小的裂缝。

砌体结构的常用加固技术大体分三种, 分别为:砌体直接加固技术、改变荷载传递加固法和外套结构加固法。直接加固技术是在不改变原结构的承重力学结构体系和平面布置前提下, 对强度不足或不满足结构力学性能要求的部位进行加固和修复。改变荷载传递加固技术, 则是改变结构布置及荷载传递途径的加固方法, 这种方法通常需增加承重墙柱及相应的基础, 施工量相对较大。外套结构加固技术是在原结构外增设混凝土结构或钢结构, 使原结构的部分荷载和加层结构的荷载通过外套结构及基础直接传至地基, 实际应用中这种方法广泛用于改建加层工程。

4 地基加固技术

4.1 基础托换加固

土木工程设计中经常遇到这样的问题, 像对于现有建筑物使用过程中地基出了问题需要重新加固, 新建结构工程对附近建筑物地基的稳定性影响, 地下建筑物地基修建的影响评价等。这些问题都是不可避免的, 必须慎重考虑解决。在多少年来许多代结构工程师的积累下, 基础托换加固技术攻克了这些难题。比如我们常见的地铁轨道修建工程, 就经常用到这项技术。

从其自身来讲, 基础托换加固技术的难度就比较大、费用也非常昂贵、施工周期相对较长, 并且对工程设计人员要求具有较强的责任心和细致的思维能力。基础脱换一般都是分批次进行, 完成一部分托换工作后才能进行下一部分的托换作业, 否则不但对施工难度来说是个很大的挑战, 对于工程的施工安全来说将是极大的隐患, 非常容易出现大的事故, 更是无法保证工程质量上的可靠性。因此, 基础托换工程一般都需要较长施工周期才能完成, 甚至对于一些大型的综合的基础托换工作, 工作周期长达几年, 期间还会有各种各样的新问题在施工过程中暴露出来等待解决。作为设计人员, 就应该随时积累和吸取经验教训, 在了解现场施工问题的同时, 及时改进设计方案, 以利于施工工作顺利开展。

4.2 锚杆静压桩法

作为一项基础托换处理新技术, 锚杆静压桩技术是将静压桩和锚杆技术进行巧妙的融合而来的。它把锚杆固定压桩架预先埋设在基础上, 压桩反力即为现有建筑物的自重载荷, 通过压桩反力架用千斤顶将桩段从基础中预留或开凿的压桩孔内逐段压入土中, 再将桩与基础连接在一起, 卸除反力架千斤顶, 使得该桩能承受载荷, 从而减少基础下地基所受的一部分压力载荷, 防止出现不均匀的建筑物沉降, 从而达到提高基础承载力和控制沉降的目的。

在基础托换加固工程施工过程中, 锚杆静压桩技术与其他地基加固技术相比, 其引起的拖带沉降量相对较低。这些地基加固技术在过程中都将会把土体进行破坏, 再加入水泥固化剂进行长时间固化, 经过较长固化时间后结构强度才能逐渐形成建立起来, 这时在外部载荷的作用下将会带来较大程度的拖带沉降, 一般拖带沉降会在l0cm以上, 而锚杆静压桩技术在施工中引起的拖带沉降量仅为1-4cm。

5 结语

建筑结构物进行加固和维护是由于其结构功能或使用条件产生变化引起, 导致构件的承载力不能满足当前使用要求, 从而必须修复严重的结构损伤和耐久性。地基和结构的加固主要针对的是现有建筑物, 其施工环境更加复杂多变, 需要考虑的方方面面也比较繁杂, 这一点与新建工程差别很大。对于这样的情况, 做土木工程设计时要尽量对受周边客观条件约束条件考虑全面, 比如作业有限空间作业的限制, 附近建筑物及人们日常生活的影响等, 这些都是土木工程设计中常见的难点, 针对这些难点, 只有让技术成熟起来, 才能顺利攻破做好土木工程设计项目。

摘要：土木工程是一种包含广泛的各类工程设施的建造技术。它不但包括对建造工程中进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动, 还包括工程项目建设的对象, 即建造在各个地区地域的各种工程设施。在土木工程设计中, 建筑结构的维护和加固有着重要的特殊地位, 也是土木工程技术人员经常遇到的问题。本文结合多种结构和地基的加固技术, 浅要分析其在土木工程设计中的重要应用。

关键词：结构,地基,加固