结构加固设计与地基加固技术探究

顾瑜

苏州电力设计研究院有限公司 江苏 苏州 215000

1 结构加固设计

1.1 原结构设计资料收资

工程设计中，常会遇到原建筑结构使用数年后，考虑变更其使用目的。工业建筑中可能考虑更换设备，设备荷载的变化将对原结构产生重大影响。民用建筑中如考虑将原房间功能使用改为其他活荷载较大的使用功能，或者书库，库房等，必需核算其房间的楼面梁及楼面梁直接传导荷载的柱是否满足新荷载的正常时候承载力要求。因此，必须对原结构的平面布置结构设计荷载进行完整的收资，便于后期进行重新验算。

1.2 根据新增荷载重新计算

收资完成后，需要根据新荷载，对原结构进行重新验算，当建筑体量较大时，可考虑在局部建模计算，计算至荷载传导的影响范围。当结构本身体量不大时，可以考虑整体重新建模，以更好的模拟新荷载的作用情况。以某钢混框架结构工业厂房变电站的二层房间为例，变电站建设通常考虑分期完成全部设备的布置，以满足电网设计各阶段对设备容量的要求。某变电站建设使用已超过十年，仍需要在其设备房间中增加布置新的重型设备，该重型设备启动及运行时，会产生较大的动荷载。新增布置设备时，必须对荷载重新验算，复核直接承受设备荷载的梁以及在荷载影响范围内的其他梁柱构件是否满足承载力要求，配筋是否满足计算结果。如构件配筋或截面无法满足要求时，需要进一步考虑对直接受力的构件进行局部加固[1]。

1.3 结构梁柱加固措施

1.3.1 增大截面法。增加大截面法同时适用于梁构件与柱构件，当梁的刚度以及抗弯抗剪不满足计算要求，可以考虑增大构件截面，在梁的四周或三侧加固围套，增大梁的截面。具体措施考虑对原结构表面去除后进行凿毛，构件下部截面增加部分加入新增的纵筋及箍筋，新增配筋需要考虑与原结构配筋有连接锚固措施，加固纵筋需要锚固于原结构主梁或柱中，通常采用植筋与结构胶，或者固定于原结构的角钢支座实现。柱的增大截面加固方式与梁类似，但加固设计过程中值得注意的是，通过增大截面法加固后的梁柱构件，不可直接等效于一次浇筑新建的梁柱构件，进行截面与配筋的验算，需要考虑新旧混凝土之间的咬合黏结无法达到一次浇筑构件的效果，对其加固后的承载力需要计入一定的折减。

1.3.2 外包型钢法。外包型钢法是另外一种常用的构件加固方式，一般采用L100x10的角钢与扁钢箍焊接成套箍，包裹于需要加固的构件上，对构件起到控制变形的作用，增强其刚度并限制已经产生的裂缝继续发展。加固措施的外包型钢同样需要考虑其余与原结构的锚固，次梁加固需要考虑与主梁的锚固，主梁加固需要考虑与柱的锚固。通常锚固于主梁采用角钢支托与锚栓的组合，锚固于柱采用抱箍的方式。外包型钢加固对构件承载力有增强效果，但其增强的量是否可以满足新增荷载的需求，对加固后构件承载力的估算，外包型钢法没有增大截面法明确。

1.3.3 钢丝网砂浆加固技术。这一类型加固方式的运用原理为在混凝土表层铺设钢丝网，之后浇筑或压抹水泥砂浆，与原结构共同工作，从而提升结构承载力。其最大优点在于技术本身具有的复合砂浆与高质量钢材相结合，钢丝网砂浆有着良好的分散性能，可以改善房屋建筑的预应力构造，有利于提升建筑的稳定性。研究表明，与普通水泥砂浆相比，当含钢量达到301kg/m3时，钢丝网砂浆显著获得了更高的特性，不仅抗拉强度高、弹性好、抗裂性能好且抗渗性好，还可以有效提高建筑构造的稳定性。此技术中所运用到的材料与普通钢筋混凝土构件不同之处在于，实际施工中，普通钢筋混凝土构件延展性能比较低，易于开裂，钢筋强度难以充分利用。相比而言，使用钢丝网砂浆加固技术可弥补这些不足，配筋分散性好且骨料粒径小，可制成薄壁结构以减轻预应力构件自重。

1.3.4 预应力结构加固技术。在对其结构进行强化时，关键技术是预应力结构的加强技术。其余外部载荷将对混凝土的弯曲配件有着直接影响。因此为了确保预应力房屋结构的稳定性，就需要通过用混凝土对水平拉杆进行加固操作，以便在拉杆内部产生轴向张力，并通过水平拉杆顶部传输到受弯构件里，以此产生偏心压力，优化外力对构件作用下产生的弯矩，进一步提升了构件的弯曲性能，防止构件中出现裂纹的问题，提高建筑结构斜截面的抗剪强度，并提高房屋构件的整体质量和稳定性。因此，在建筑物混凝土结构的裂缝中使用预应力结构加固技术可以产生良好的加固效果。

1.3.5 截面加固技术。从房屋建筑结构的实际情况来看，在开展加固设计工作时，通过应用截面加固技术可以有效提升加速效果。具体而言，截面加固技术是将建筑物相关结构件的横截面积进行增加，以此来有效加固结构。该技术一方面可以使建筑自身结构得到有效优化，而另一方面还能够使建筑结构的承载能力得到提升，并修复部分受到损伤的结构，使房屋建筑结构的安全性和稳定性得到有效提高。在实际应用过程当中，相关施工人员需要在建筑物周围合理搭设脚手架，因此容易对建筑物的实际使用环境产生影响，同时也会对后续相关加固工作的开展造成阻碍。因此，相关施工人员需要合理完善截面加工技术的应用方案，从而使该项技术的应用效果得到提升。

2 地基加固结构的主要影响因素

多种现实因素制约地基加固结构稳定性，其表现在以下几个层面。①基于每种地基类型结构不同并存在自身的优势与不足，所以，当其利用支撑功能时，建筑物将会受到不同影响。②由于施工目的的不同，结构的使用、耐久性和安全性的差异会影响地基的受力，导致加固结构的变形。③在施工中，建筑结构的变形、发展速度及趋势、施工加固技术水平与施工人员熟练程度等都会对结构加固技术有着重要影响。④地基加固结构的质量往往受到施工人员自身施工意图的影响，过分强调施工速度和效率会增加地基缺陷[2]。

3 地基加固技术在建筑工程设计中的应用

地基加固技术通常使用于新建项目中地基土承载力差，存在较厚软弱地基层的情况，有利于减少地基沉降量。

现阶段，我国土木工程地基加固施工中常用方式可分为两种，一是换土垫层技术。该技术适用于地基的下部持力层出现土层软化情况，通过换土垫层可改善土层硬度不足问题。在具体施工中，先去除施工场地软地基土层，使用高强度砂土取代原有土层，如砂垫层、碎石垫层等，铺设后可满足施工强度要求，优化基础施工条件，该施工方式常用于湿陷性黄土地区、冻土地区。二是复合地基加固技术。不同于换填的方式，复合地基更适用于地基土软弱层较厚的情况，一般此类情况下，即使考虑上部杂填土层换填后，下部软弱下卧层仍然会在建筑建成后形成大量的沉降，造成基础的沉降及沉降差，严重时可能造成上部结构可见的破坏。

3.1 桩体复合地基技术

桩体复合地基加固技术包含砂桩、碎石桩以及夯实水泥桩等，利用振动、冲击等方式，在软弱地基层面制作多个施工孔，利用压力将砂挤入土体中，使软弱土层产生砂石桩，使土体土层中的水分通过透水层、排水层快速排出土体，以此提升地基强度，提升地基对上层建筑的承载能力。根据注入使用材料的不同，分为各中不同的桩体。如碎石桩主要采用碎石，而砂石桩主要采用砾砂、粗砂、卵石等材料。加固后地基土的承载里可根据规范估算得到，此类加固技术适用于大面积加固道路及场地，施工工艺简单且效果较好。

3.2 强夯技术

强夯技术是土木工程地基结构加固中常用技术，操作便捷且加固效果良好。在实际使用中，首先，对地基位置进行整理，保证场地平整性，初次平整场地时标注定位坐标，确定施工场地高度。其次，施工场地平整后，机械设备进场，并根据夯击高度确定具体夯击作业，泥土填平后进行夯击。最后，将设备撤出施工现场，测量夯击高度。

3.3 换填法地基加固技术

在土木工程建设中，往往会遇到具有一定深度范围的软弱土层地基，且这部分的软弱土层地基易于挖掘，如出现变形的软基或泥沼地带，这时可采用换填法地基加固技术进行地基加固。换填法地基加固技术的施工原理较为简单，是一种比较传统的工艺，主要采用地基组成材料置换的方法，将软软弱土层地基组成的土地材料进行清除，然后把基底压实；运用强度、密度和耐腐蚀性强的卵石、素土、灰土、煤渣等材料，并利用机械振动和压实作用，进而使之达到要求的密实度，避免变形、沉降等问题产生，该方法主要包括换土垫层法、强夯置换法等地基加固方式。

3.4 地基加固技术

现阶段，我国土木工程地基加固施工中常用方式可分为两种，一是换土垫层技术。该技术适用于地基的下部持力层出现土层软化情况，通过换土垫层可改善土层硬度不足问题。在具体施工中，先去除施工地点软地基土层，使用高强度砂土取代原有土层，如砂垫层、碎石垫层等，铺设后可满足施工强度要求，优化基础施工条件，该施工方式常用于湿陷性黄土地区、冻土地区。二是置换技术。若土木工程地基土层较为松软，且并非土层软化导致的松软，应对地基进行加固施工。为保证施工方式使用的合理性，土木工程地质勘查人员应掌握工程施工区域的实际情况，分析相应信息，选择适合的地基加固方法，提升土木工程整体施工质量。

3.5 化学加固技术

在工程施工中，化学加固技术已成为较为常用的技术，设计人员对化学材料合理配比，可提升土层结构强度。通常施工流程为，首先，对场地周边环境进行多方面勘察。其次，清除施工区域地基上砂石等障碍物，维持地基平面平整干净。最后，障碍物清理后，结合施工现场自然环境等因素进行喷桩施工。

3.6 挤压法

挤压法适用于黄土、素填土、杂填土等地质条件，也被称为振密法、挤密法。施工中主要借助爆破、挤压、夯击以及振动等措施，提升土体夯程度和抗剪强度。在具体施工中，该施工方式可细分为振冲法、石灰桩挤密法、挤密砂桩法以及灰土桩挤密法，与排水加固方法相比，挤压法受外界如重力和挤压力双重作用，加固后地基密度更大、强度更高、牢固性更强，在土木工程地基加工中具有较大优势[3]。

4 结束语

在实际建筑施工中，施工质量会受多方面因素影响，导致建设质量下降。建筑工程结构和地基基础作为建筑工程的基础组成部分，一旦出现质量问题，不仅会增加建筑使用风险，甚至缩短使用期限。因此，各类加固技术的应用在工程中有相当重要的意义。设计人员在掌握工程结构加固以及地基加固技术要点的基础上，需要根据工程实际情况进行合理设计，以优化的设计方案，达到最优的施工效果。