土木工程结构设计与地基加固技术探究

一、引言

作为社会发展的基础性工程以及基础设施建设所依托的工程，土木工程的施工质量和安全性能一直以来都备受人们的关注。土木工程在结构设计方面的优劣关系到整个建筑的结构性能与利用功能，而基础部分的构造以及设计水平则是整个建筑在运转时的基础根基和保障。在一些实际的建筑工程中，通常会因为地质情况的特殊性和不确定性而导致建筑工程需借助一定的地基加固技术的手段才能够进一步巩固地基的可靠性与承重功能。因此，加深土木工程结构设计与地基加固技术的研究对其建设实践而言有着积极的意义。

二、土木工程结构设计要点

（一）结构设计的基本原则

1、安全性原则：保证结构在正常使用、正常施工以及遭遇自然灾害等情况下，结构具备足够的强度、刚度和稳定性，能够承担结构所处的不同状态下所承受的各种作用而不致遭到破坏或垮塌。比如地震多发的地区，结构设计时要考虑抗震设防，选择合适的结构形式和构造措施来提高抗震能力。

2、适应性原则：对所建造的建筑物功能有一定的要求，满足合理的空间布局、良好的采光及通风、良好的隔音隔热等。以住宅建筑为例子，要满足人们对生活的空间需求，进行合理的功能房间分区，保障人们良好的居住感受。

3、耐久性原则：结构具有规定期限内的抗环境作用的能力，不发生严重损伤或性能衰减。即在结构设计时选合适材料、实施必要的保护措施，例如，对混凝土结构的钢筋进行防锈、防腐措施。

（二）结构设计的内容

1、结构选型：根据建筑物功能、地质及施工等条件，选合适结构形式，如框架、剪力墙、框架 - 剪力墙、钢结构等。不同结构特点与适用范围不同，如框架适用于层数不多、空间要求大的建筑，剪力墙适用于高层建筑，抗侧力性能好。

2、荷载计算：对结构承受的恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用等进行准确计算，荷载计算是设计的基础，影响构件尺寸与配筋计算。

3、构件配筋：按设计荷载求算相关梁、板、柱、墙等构件设计截面大小、配筋数量和配筋构造。如：对于梁考虑正截面受弯，斜截面受剪承载力；对柱考虑考虑轴心或偏心受压承载力。

4、结构分析：运用结构力学、有限元分析等方法开展结构的内力分析与变形计算，通过分析达到结构设计优化的目的，使结构受力合理，变形符合规范要求。

三、常见的地基加固技术

（一）换填垫层法

换填垫层法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖除，然后回填强度较高、压缩性低且无侵蚀性的砂石、素土、灰土等，经分层夯实后以增强地基承载力，减少沉降。换填垫层法可适用于处理浅层软弱地基及不均匀地基，施工方便、造价低。比如，在一些新建的居民住宅小区工程地基处理中，在浅层范围内有软弱土层时就常采用换填砂石垫层的方法来提高地基性能。

（二）强夯法

强夯法就是用重锤从高空自由落下产生的冲击力，对地基进行强夯，使地基得到高密度和高的承压能力。强夯法可采用在碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基上进行处理，达到消除湿陷性、降低压缩性、增加地基强度的目的。但由于强夯时震动、噪音影响很大，强夯时须采取防护措施减少对周边环境的影响。

（三）排水固结法

排水固结法是在地基设置砂井、塑料排水板等排水体，加速孔隙水的排出，使地基在自重或附加荷载作用下固结，从而地基强度、稳定性提高的方法。该方法主要用于饱和软粘土等深厚软弱地基，工程上常配合堆载预压或真空预压采用，以增加固结速度，实际工程中沿海大型港工工程常采用。

（四）桩基础法

桩基础法是在地基中埋桩，将建筑物荷载传到深部坚硬、压缩性小的土层或岩层，其承载力大、稳定性高、沉降量小且均匀，在各类型地质和各建筑中广泛使用。按受

力方式分为端承桩和摩擦桩，按施工方法分为预制桩和灌注桩。在高层建筑、大型桥梁等建筑中广泛采用桩基础来保证建筑安全稳定。

（五）化学加固法

化学加固法是将化学浆液(水泥浆、水玻璃、环氧树脂等)利用压力灌注或拌和的方法注入地基土中，浆液与土颗粒发生化学反应，改善地基土的物理力学性质，增强地基的强度和稳定性。化学加固法适宜于软弱地基、砂土液化地基等。如地基土存在砂土液化问题可采用水泥-水玻璃双液注浆加固的方法提高地基的抗液化能力。

四、土木工程结构设计与地基加固技术的关系

（一）地基加固技术对结构设计的影响

1、影响结构受力状态：地基加固对地基承载力、变形等条件的改变，直接影响结构受力状态。例如，采用桩基加固，结构的荷载就通过桩基传给了深土层，那么，其结构的基础型式和上部结构内的受力状态就要做出相应的改变。

2、改变结构设计参数：由于地基加固处理工艺及处理后加固效应的改变会对结构设计指标（如地基承载力特征值、地基压缩模量等）产生改变，继而对结构构件尺寸、配筋等设计产生调整。如采用强夯法提升地基密实度及承载能力后地基承载力特征值提升，则相应地底面积可减小。

（二）结构设计对地基加固技术的要求

1、符合结构荷载要求：建筑结构决定了房屋所承受的荷载大小和分布情况，地基加固技术必须符合结构所需的地基承载力和变形要求，例如荷载大、作用在上面的荷载大的工业厂房，则要采用桩基础、深搅、强夯等承载力大的地基加固技术，保证地基能承受上部荷载。

2、适应结构变形要求：不同结构对地基变形要求不同，地基加固技术应使地基变形满足结构使用要求。如对沉降差要求严的高层建筑，需采用复合地基等有效加固措施控制不均匀沉降，保证结构安全正常使用。

五、工程实例分析

（一）工程概况

某商场综合体工程，建设地址为城市核心区，总建筑面积约 10 万平米，地上 20层、地下3 层，建设场地地基土主要由淤泥质黏土及粉质黏土组成，地基承载力较小、压缩性较高，不能满足建筑物的设计要求。

（二）地基加固与结构设计方案

基础处理措施：综合比较，选择桩基础+地基处理的方案。主楼采用钻孔灌注桩，桩端进入中风化岩内以保证承载力和稳定性；裙楼选用水泥土搅拌桩复合地基，增强承栽力，减小沉降。

结构设计方案：主楼采取框架-剪力墙结构，满足高层建筑抗侧力的要求；裙楼采用框架结构，空间可灵活布置，满足商业的使用功能。充分考虑地基加固后对基础及上部结构的受力和变形的影响，结构采取优化设计。

（三）实施效果

施工及监测表明，地基加固取得效果较好，地基承载力与变形均达到设计值，建筑物施工及使用期间结构安全可靠，不存在明显的开裂、倾斜等质量问题，达到设计预期的目的。

六、结论

地基加固技术与土木工程施工结构设计有关联，同时也是其中的关键环节，合理设计结构能够发挥出地基承载作用，地基加固技术则能够保障结构的稳定性和安全性。在工程施工当中，要综合考虑施工工程建设的具体实际情况，根据具体的地质情况、建筑的功能、施工、建设经济费用等综合因素，采取较为合适的结构设计方案和地基加固技术，使得施工建设能够保障结构施工的质量、安全性和长久性，并且有利于土木行业的可持续化发展，与此同时，在科学技术不断发展的过程中，各种新的设计理念和地基加固技术持续涌现出来，相关工作人员要加强学习研究，适应行业发展需求。

参考文献：

[1]王康.土木工程结构设计与地基加固技术探究[J].户外装备, 2023(4):160-162.

[2] 杜亚静. 土木工程结构设计与地基加固技术探究[J]. 工程技术: 文摘版,2021.DOI:10.12159/j.issn.2095-6630.2021.15.0185.