引言

随着工程建设的不断发展，工程的安全性和可靠性成为了一个重要的关注点。在这个过程中，结构与地基加固技术应运而生，成为了工程修复和改进的重要手段。本文将重点介绍结构与地基加固技术在土木工程设计中的应用，旨在为工程建设中的实践提供借鉴和思路。

一、土木工程结构与地基加固的重要性

土木工程结构与地基加固是现代建筑工程中重要的一环，它们的作用主要是为了保证建筑物的安全、稳定和有效的使用寿命。随着现代经济的飞速发展，土地资源越来越匮乏，对于建筑工程的设计和施工必须高度重视，以确保其质量和可靠性^[1]。结构与地基加固技术可以用于保障建筑物安全、提高其抗震性和防灾性以及延长其使用寿命。在实际的运用中，针对具体的建筑物情况和设备需求，结构与地基加固技术会被不断地完善和创新，已经成为国内外土木工程领域内广泛适用的技术。

二、结构加固技术及地基加固技术在土木工程设计中的应用

（一）结构加固技术的应用

1.增加截面法

增加截面法是一种常见的、广泛应用的结构加固技术，主要是通过改变结构截面形状和尺寸，从而增加结构部件的截面面积，进而提高结构的承载能力、抗震性和耐久性。应用范围适用于大跨度桥梁、高层建筑、化工厂房、机电设备等多种结构类型，使这些结构可以承受更大的荷载和震动。在具体应用过程中，结构加固过程需要考虑几个方面的问题。首先，对于不同类型的结构，要根据实际情况灵活选择加固方式和加固措施。例如在钢结构中，可以使用钢板、钢管等方法增加截面加固，在混凝土结构中可以选择预应力、波纹管灌浆等加固方法加固。其次，需要注意加固和原结构之间的协调性，加固的配合要精确、合理，不能引起建筑物的偏移或变形。还需要保持施工过程中和加固后结构的稳定性，确保加固后的结构本身具有适应性和稳定性。最后，应充分考虑结构的耐用性，增加截面只能暂时提高结构的承载能力，而不能解决结构的长期稳定性和耐久性问题。因此，结构加固过程中必须考虑使用的材料及其防腐性能等，以确保结构经久耐用。

2.外包钢法

土木工程中，外包钢结构加固技术主要适用于旧建筑物、大跨度建筑等结构使用年限较长的情况下进行加固。外包钢技术通过使用轻量高强度钢材料，在原结构表面外进行加固，使建筑物能够承受更重的荷载和更强的地震波荷载，从而提高结构的抗震性和稳定性。它的优势主要在两个方面。首先，外包钢技术可以加固各种材料的结构，如混凝土、钢结构、木质结构等，适用范围广泛，可以满足不同建筑物及结构的需求；其次，外包钢技术操作简便，加工和安装过程简单，不需要额外的建设或修建，同时不会影响结构原有的美观度。此外，外包钢技术在实际应用过程中，还需要充分考虑施工难度、成本和管护等问题。为了确保加固效果，需要对施工质量进行严格控制和检查^[2]。同时，还需要进行定期管护和维护，以保障加固效果和结构安全性。在实际应用中，应充分考虑结构的实际情况，合理选择加固方案和方法，确保加固效果可靠、稳定。

3.预应力加固法

预应力加固技术，主要是通过施加外力，使结构构件内部形成内部受力状态，从而弥补原结构在荷载下产生的裂缝和变形，提高结构的承载能力、抗震能力和稳定性。预应力加固法广泛应用于桥梁、大型建筑和化工设备等结构的加固中，具有持久、稳定的特点。预应力加固法的核心是预应力钢筋，它可以通过施加预先设计的力值，使结构中的构件形成内部受力状态。该法分为外加预应力和内加预应力，前者是将预应力钢筋固定在构件表面并施加拉力；后者是将预应力钢筋固定在构件内部，并施加压力，使钢筋和混凝土构件产生粘结摩擦力，在荷载作用下形成内部受力状态。其优点在于提高结构的承载能力和抗震性能，同时改善结构的稳定性和形变性能。此外，预应力加固法可以起到加强结构强度的作用，提高构件的胶结性、压缩性和承载能力；还可以通过形成内部受力状态，防止裂缝、变形等病害的发生。在预应力加固法的设计和施工过程中，要充分考虑结构的实际情况和使用要求，并制定合理的加固方案和施工计划。要考虑细节施工问题，如预应力钢筋的埋设和固定方式，以及施力方式和力值的选择等，确保施工过程中能够准确地施加预应力，保证加固方案的有效性和可靠性。在实践应用过程中，需要充分考虑结构的实际情况和使用要求，设计合理、高效的加固方案和施工计划，确保加固效果显著，提高结构的安全性和可靠性。

4.增设支点加固法

增设支点结构加固技术，主要是通过增加原有结构的支点，使结构在承受荷载的同时形成更稳定的受力状态，弥补结构产生的裂缝和变形，提高结构的安全性和可靠性。增设支点加固法广泛应用于旧建筑物、大跨度建筑等结构的加固中。增设支点加固法的核心是增加支点位置，改变受力状态，减小结构在荷载下的变形和应力集中程度。支点的增加有多种方法，包括基础下加强、墙体加固、加设梁柱等。这些方法都可以通过增加结构的支撑，使原有结构在荷载作用下形成更加稳定的受力状态，从而提高结构的承载能力、抗震性能和稳定性。增设支点加固法的优点在于可靠性高、技术成熟，不需要拆除原有结构，对原有结构的损伤也比较小。此外，增设支点加固法可以起到加强结构强度的作用，并且可以针对不同结构的特点制定不同的加固方案，提高加固效果和可靠性^[3]。在实际应用过程中，增设支点加固法需要根据结构实际情况进行合理设计和施工计划。增加支点的位置、数量、尺寸等，需要充分考虑结构的实际情况和使用要求，以及加固后的结构稳定性和整体强度等因素。同时，还要考虑加固过程中可能出现的细节问题，例如支点与原有结构的连接方式，以及支点的具体加固措施等。在施工过程中，还需要严格控制加固质量，确保加固效果的有效性和可靠性。

（二）地基加固技术的应用

1.加筋加固术

加筋加固术原理是增加地基支撑能力和稳定性，使之满足工程构件荷载的要求。加筋加固术通常是在地基中加入深层钢筋或钢板等材料，形成新的耐力体系，增加地基的强度和稳定性，广泛应用于土木工程建设中，包括建筑物的地基加固、道路路基的加固以及桥梁的加固等。加筋加固术的优点在于施工简便、加固效果显著。通过加入钢筋或钢板等材料，地基的力学性能得到了有效的提高，能够承受更大的荷载，同时减小结构产生的变形和荷载集中程度。此外，加筋加固术还可以适用于原有地基承载能力不足的情况，减少结构拆除和重建的工作量和费用，提高工程经济效益。实际应用过程中，加筋加固术需要充分考虑地基土的性质、深度和地下水情况等因素，制定合理的加筋方案和施工计划，确保加固效果和可靠性。另外，加筋加固的工艺和具体细节施工需要严格控制，确保加筋材料与土壤具有更好的联系，提高加筋的持久性和安全性。

2.排水固结法

排水固结法，也是解决软土地基沉降和承载力不足问题的重要方法之一。其原理是通过固结软土层内的水分，从而提高土层的强度和稳定性，减轻传统加固方法所需荷载压缩时间和改善软土地基的工程性质。排水固结法的主要步骤包括地面预处理、排水设施的设置、排水系统的安装和固结器的使用等。排水固结法中最关键的环节在于地基液量的排除和地基液体力学性质的改变，从而完成土体固结的过程。实际上排水固结法类似于排水加固法，但其对地基液的处理更为深入和科学，可以取得更为显著的加固效果。排水固结法的优点在于成本合理、工程时间短。通过使用排水装置对软土地基进行排水和固结，往往能够将软土地基的液位降至更低的水平，从而有效提高软土地基的抗弯抗剪等力学性质。此外，排水固结法的施工过程不需要使用大量建筑材料，具有避免环境污染和减少建筑浪费的优势。

3.注浆加固法

注浆加固法是一种高效的地基加固技术通过向地基中注入适量的水泥浆或其他浆液，将岩石或土层疏松部分填充，并与其它土层周围结合在一起，从而提高地基承载能力和稳定性。注浆加固法根据施工时间不同，可以分为预注浆和补注浆两种方式。预注浆通常是针对地下水位较高或地基稳定性较差的情况，施工时先在地基中预注入水泥浆，形成浆柱，提升土地基的强度和稳定性。而补注浆则是在地基已存在不稳定因素或鼓包等问题的情况下，针对具体的问题点补充注入浆液，修补地基并达到加固的目的^[4]。注浆加固法的优点在于施工迅速、效果稳定。通过注入浆液对地基进行加固，可以有效提高地基的强度和稳定性，使其能够承受更大的荷载。而因施工操作简便、周期短、工艺成熟等优势，注浆加固法也可以广泛应用于地基、水坝、桥梁、棚屋、地下建筑物等领域。在实践施工过程中还需要注意注浆压力、注浆深度和注浆量等参数，确保注浆效果和施工质量。

4.挤压加固技术

挤压加固技术是一种地基加固方法，通过对地基进行高压挤压，使其地层结构产生改变，提高土体密实度和强度，从而增强地基地质力学特性，并提升地基的承载能力和稳定性。其优点是施工速度快，施工过程中无需开挖深坑，对现场环境影响小。另外，挤压加固技术还比较灵活，可以根据地基实际情况和加固强度要求设计工艺和工具，以适应不同的地基加固工程需求。该技术也有其一定的局限性，它只适用于一些特殊的地基情况，比如出现沉降、退缩、松散、坍塌等问题的情况下，才能发挥其作用。而对于一些更为严重的地基病害，比如地基沉降差异较大，地基中存在大体积的软土，或者地基土体中含水量过高等情况，挤压加固技术的效果则需要先进行处理，方可使用。

5.换填法

换填法是一种常用的地基加固技术，主要是通过挖掘地基内部并移除不良土层，然后再填充优质土石，达到加固地基、提高承载力和稳定性的目的。该法在土木工程设计中的应用很广泛，因为它可以改善地基土体结构，提高地基强度和稳定性。实际运用中，换填法通常被用于是在土体承载力不足的情况下，通过替换原有土体，填充更具有优质地基土层以提高地基承载力。换填法的施工过程需要大量的机械设备和人力资源，其施工过程也相对费时费力。而且，在进行换填处理时，需要考虑诸多因素如土壤质量、孔隙率、压实度、含水量，施工单位需要事先进行充分的地质勘探，才能确保加固效果和操作安全性。此外，换填法有其适用范围的限制，比如地基较深的地区不适用于换填法，对于地下管道或其他地下设施，也需要提前做好保护措施。

三、结构与地基加固技术在土木工程设计中的应用实例

结构与地基加固技术在土木工程设计中的应用非常广泛，有许多实例可以说明其应用价值和效果显著。例如，营口南山新区的121栋高层住宅，就是一个很好的案例^[5]。在该项目中，由于地下水位较高、地基地质条件较差，地基承载能力不足，导致建筑物出现裂缝等质量问题。为了解决这些问题，采用了立体加固技术，并经过实地测试和效果监测，改造后的建筑物的承载能力大幅提高，裂缝消失。具体地，立体加固技术通过同时对结构和地基进行加固，提高了建筑物的稳定性和整体承载力。在此项目中，使用了加固吊杆、局部加固灌浆、预应力加固等技术，同时对地基进行了地基加固，包括挤压加固和桥式扩散筒桩加固。这些技术一起使用，通过增强结构和地基的承载能力，对整个建筑物进行了更加彻底、综合的加固处理。以上案例充分说明了结构与地基加固技术在土木工程设计中的重要性和应用价值。在实际工程应用中，必须根据工程的实际情况和要求，充分掌握相关加固技术和方法，了解其优点和局限性，进而选择最有效的加固和修复方案进行处理。只有这样，才能确保工程的安全可靠，提高其抗震性和承载力。

四、结语

在土木工程设计中，结构与地基加固技术的应用能够提高工程的安全性和可靠性，为工程修复和改进提供了一系列的技术手段。通过本文的介绍，我们了解到了结构加固技术和地基加固技术的几种常见应用技术，同时也了解了这些技术在实际工程中的应用情况。在工程设计中，我们需要根据具体情况选择合适的技术手段，以实现工程的持久、安全和可靠。

参考文献：

[1]梁进常.土木工程设计中结构与地基加固技术的应用[J].黑龙江科学,2022,13(04):49-51..

[2]王万才.土木工程建设中结构与地基加固技术的应用分析[J].居舍,2021(16):65-66.

[3]李晓慧.土木工程建设中结构与地基加固技术的应用分析[J].绿色环保材,2020(11):135-136.

[4]周凯. 基于加固的土木结构故障诊断和修复研究[D]. 贵州大学, 2019.

[5]王全峰, 张先玉, 伍小兵. 基于混凝土修补材料的混凝土结构加固技术[J]. 沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2019, 35(1): 101-106.

作者简介：黄乒球（1975—），男，壮族，广西宜州人，大专学历，工程师，广西国标勘察检测有限公司技术负责人，主要从事建筑工程质量检测研究。