基坑工程思考题 (2)

答：复杂性:基坑支护技术主要包括基坑的勘察、设计、施工及监测技术，同时包括地下水的控制和土方开挖等;

综合性：基坑支护技术是基础和地下工程施工中的一个传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题，既涉及土力学中典型的强度、稳定及变形问题，还设计土与结构共同作用问题、基坑中的时空效应问题以及结构计算问题。

系统性：其设计与施工完全是相互依赖、密不可分的。施工的每一个阶段，随着施工工艺、开挖位置和次序、支撑和开挖时间等变化，结构体系和外部荷载都在变化，都对支护结构的内力产生直接的影响，每一个施工工况的数据都可能影响支护结构的稳定及安全。 2 水泥土搅拌桩和高压喷射注浆桩的分类、特点、适用范围、加固机理分别是什么？ 答：水泥土搅拌桩分为深层搅拌桩和粉体搅拌桩。

特点：①将原土最大限度的利用起来。 ②可根据上部结构的需要, 灵活选用相应的加固方式，如：壁状、柱状、块状和格栅状等。③搅拌时无噪音、无振动和无污染,并且对周围原有的建筑物及地下管沟影响较小，因此可在密集建筑群中进行施工。④节约钢材并降低造价并能显著减少施工工期，这是显著优于钢筋混凝土桩基的地方。

适用范围：处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

水泥土搅拌桩加固机理是基于水泥浆和加固土体之间所发生的物理化学反应．其机理如下： (1)水泥水化作用．在对水泥与加固土体进行拌合时，水泥会与土中水发生水化作用，生成以下水化产物：水化碳酸钙、水化铁酸钙凝胶等．反应中所生成的氢氧化钙和含水硅酸钙溶解在水中，与外

围的水泥颗粒继续发生反应．随着反应的进一步进行，周围的水溶液逐渐达到饱和．饱和后溶液中的水分子继续渗人水泥颗粒内部，以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中形成胶体(2)水泥的离子交换和颗粒聚集作用．由于土颗粒在天然状态下表面带有负电荷，而反离子层为阳离子，其层中的Na 、K 能与水泥浆中Ca(OH) 溶液

中的Ca 进行离子交换，使土粒水化膜变薄，进而使土颗粒聚结成较大的团粒．另外，水泥水化后其凝胶颗粒呈分散状，比表面积极速增大，所产生的表面能具有强烈的吸附活性，能使土颗粒结合扩大，形成水泥土的团粒结构，同时也逐渐封住了各土颗粒之间的空隙 ]．表现在宏观上为水泥土的强度有了极大的提高(3)水泥土的硬化作用．离子交换后期，由于Ca 数量超过离子交换的需要量，在碱性环境中，Ca 会与土中游离的二氧化硅和三氧化二铝进行化学反应，生产不溶于水的稳定结晶化合物．在空气和水中该结晶化合物会逐渐硬化，进而导致水泥土的强度增加．而且，由于其结构比较密实，可防止水分的侵入，故该水泥土还具有优异的防水性能(4)碳酸化作用．水泥水化中所生成的氢氧化钙，还能与空气和水中含有的二氧化碳发生碳酸化反应，生产不溶于水的碳酸钙，该过程也可以小幅度增加水泥土的强度，但主要体现在后期强度

2、喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。

特点（1）施工机具设备简单，施工简便。（2）具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。（3）噪声小，无污染。

适用范围（1）受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。2）可作为既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作为施工中的临时措施（如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等），也可作为永久建筑物的地基加固、防渗处理。（3）当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜通过试验确定其适用性。 加固原理

高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。 单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。

二重管法：又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。

三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。

喷射注浆法的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、被加固土的抗剪强度τ、喷咀直径d和浆液稠度B。加固范

围与喷射压力P、喷咀直径d成正比，与提升速度S、土的抗剪强度τ和浆液稠度B成反比。加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。 3 水泥土墙的设计内容和验算内容分别有哪些？

答：设计内容包括1）确定水泥土挡墙的外荷载：墙顶荷载、墙体自重、墙后土面超载、坑外全墙高度的主动土压力、水压力、坑底以下被动土压力，不考虑地震荷载。 2）按重力式挡土墙进行设计：确定墙体的高度、宽度、墙体插入坑底的深度等。

验算内容为对墙体进行抗倾覆、抗滑移、墙体整体稳定性验算、墙身强度和变形验算、墙底地基承载力验算、基坑坑底抗隆起、整体稳定性验算及抗渗流验算等。

4 什么是取样检验、抗压强度试验、标准贯入试验、静力触探试验、静荷载试验、旁压试验、动力触探试验、透水试验？并简介试验过程。

答: 取样检验：是为了评定矿产取样结果的可靠程度，而对取样工作的三个基本环节，即样品采取、样品加工及样品分析（或试验）所进行的检查工作。

旁压试验：采用旁压仪在场地的钻孔中直接测定土的应力-应变关系的试验。实验过程见《土力学》P133

标准贯入试验是用63.5 0.5kg的穿心锤以0.76 0.02m的自由落距将一定规格尺寸的标准贯入器在孔底预打入土中0.15m，测记再打入0.3m的锤击数称为标准贯入击数。

静力触探试验将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中量测其贯入阻力锥头阻力侧壁摩阻力的过程称为静力触探试验

桩静载试验是指在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。

动力触探测试：是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据打入土的难易程度（用贯入度、锤击数或探头单位面积动贯入阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试的方法。 5 土钉墙的特点、适用范围和支护原理是什么？

答：特点1、土钉墙尽可能的保持并提高了基坑侧壁土体的自稳定性2、土钉长度范围内形成类似于重力式挡土墙，支撑墙后土体的水平荷载3、提高了边坡整体稳定和承受坡顶超载能力，增强土体破坏延性，有利于安全施工4、位移小，对相邻建筑影响小5、设备简单，施工方便，噪声小，工期短，成本低，经济效益好。

适用范围：基坑侧壁安全等级为二、三级，周围不具备放坡条件，地下水位低或基坑外有降水条件土层具有一定临时自稳能力，开挖深度在12米以内。

支护原理：1、土钉对复合体起骨架约束作用：2、土钉对复合体起分担作用：3、土钉起着应力传递与扩散作用：4、坡面变形的约束作用。 6 土钉墙的构造及其各组成部分的作用是什么？ 答：土钉墙的构造包括土钉、混凝土面层、防水系统。 土钉的作用：受力构件、摩擦力、复合土体 混凝土面层的作用：约束坡面变形、将土钉连成整体

防水系统的作用：地表防水、坡面泄水、坡底排水、降水或截水措施 7 土钉墙的设计内容包括哪些？

答：1）确定基坑基坑侧壁的平面和剖面尺寸以及分段施工高度；2）设计土钉墙的布置方式和间距以及直径、长度、倾角以及空间的方向； 3）设计土钉钢筋的类型直径及构造； 4）注浆配方设计、注浆方式、浆体强度指标； 5）喷射混凝土面层设计； 6）坡顶防护措施；7）土钉抗拔力验算及整体稳定性分析计算，通过计算验证上述设计参数；8）现场监测和反馈设计；9）施工图及说明书。

8 简述土钉墙的施工工艺流程。

答：1）分层挖土，修整边坡，埋设混凝土厚度标志。2）喷第一层混凝土。3）成孔、插筋、注浆施工土钉，安设连接件。4）绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土。5）重复上述步骤，直至基坑设计深度。6）设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。 9 简述土钉墙的监测内容和监测要求。

答：土钉墙的监测内容：1）土钉墙的水平位移；2）周围建筑物、地下管线变形和裂缝观察记录3）基坑渗漏水和基坑内外地下水变化4）土体分层竖向位移和地表开裂状态观察记录 土钉墙的监测要求：1）在土钉墙施工阶段，要求每天监测不少于1次。在完成基坑开挖、变形趋于稳定后，可适当减少监测次数。施工监测应持续至土方回填完毕。2）雨天、雨后或土钉墙出现渗水时，应加强监测3）当观测位移超过监控报警值时，应加强观测，分析原因，并及时采取加固措施，防止事故发生。

10 锚杆技术有哪些优点？

答：1）锚杆设置于围护墙背后，基坑内有较大的空间，有利于土方施工。2）施工机械及设备的作用空间不大，可为各种地形和场地选用。3）锚杆的设计拉力可由抗拔试验来获得，可保证设计有足够的安全度。4）预应力锚杆可采用预加拉力，以控制结构的变形量。5）施工时的噪声和振动均很小。

11 简述锚杆的构造与类型。

答：1)构造 挡土结构物：地下连续墙、灌注桩、各种类型的板桩。锚杆系统：锚杆（索）、自锚固段、锚头、垫块。锚杆可分为锚固段、自由段和锚头三部分。

2)类型单体锚杆支护;锚喷支护;锚网支护;锚网喷支护;锚带支护;锚网带支护;锚桁支护;锚网桁支护;锚索支护

12 锚杆的设计内容包括哪些？

答： 1、确定基坑支护方案，确定层数、间距、倾角。2、计算挡墙单位长度所受各层锚杆的水平力。3、根据锚杆倾角和间距计算锚杆轴力。4、计算锚杆锚固段长度。5、计算锚杆自由段长度。6、计算桩、墙与锚杆的整体稳定。7、计算锚杆锚索的断面尺寸。8、计算锚杆腰梁断面尺寸。9、绘制锚杆施工图。 13 锚杆与土钉有哪些异同点？

答：1）土钉埋入土体的深度短，而锚杆较长；2）受力原理相同，但是锚杆可以施加预应力，而土钉不行；3）锚杆全部是注浆型，土钉有注浆也有不注浆的；4）土钉的杆件受拉可以是钢筋、钢管、角钢及其他可以使用的材料，而锚杆可以是钢丝、钢绞线、钢筋等。 14 锚杆的支护机理是什么？

答：受力机理：受外拉力后先传到砂浆中，再传到土中，发生相对位移后，发生土与锚杆的摩阻力，直到达到极限摩阻力。锚杆是一种受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土桩墙联结，另一端锚固于地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力，它利用土层的锚固力维持结构物的稳定。

15 排桩墙支护体系由哪些部分组成？支护墙体的主要形式有哪些？

答：1）排桩墙支护体系由支撑系统和拉锚系统组成；支撑系统包括围檩、支撑和支撑立柱，拉锚系统包括土层锚杆、锚碇拉锚和锚桩拉锚2）支护墙体的形式：钢板桩、钢筋混凝土板桩、H型钢木挡板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙和SMW支护结构 16 简述钻孔灌注桩、SMW支护结构和地下连续墙的支护特点。

答：钻孔灌注桩支护特点：1）施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;2）墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;3）当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;4）桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;5）适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;6）桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。

SMW支护结构支护特点：1)施工时基本无噪音,对周围环境影响小; 2）结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层; 3）挡水防渗性

能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑; 4）此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H 型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。

地下连续墙支护特点1.施工时振动小，噪音低,能够紧邻相邻建筑物和地下管线施工，施工时对周围环境影响小2、墙身刚度大。强度高、整体性好，结构和地基变形较小3、耐久性好、防渗能力强

17 板桩墙式支护体系应进行哪些稳定性分析？

答：1）整体抗滑移稳定性验算 2）抗倾覆稳定性验算3）基坑抗隆起稳定性验算4）基坑渗流稳定性验算

18 简述支撑体系的分类、优点、缺点和适用范围。 答：分类：内支撑体系、平面支撑体系、竖向斜撑体系 19 简述钢筋混凝土支撑和钢支撑系统的区别。

20、什么是逆作法？与顺作法相比，逆作法有哪些技术特点？

答：逆作法：对深度较大的多层地下室或地下结构，利用先施工完成的地下连续墙作为深基坑开挖时挡土、止水的围护墙，利用地下结构各层的楼盖、柱、墙等作为围护墙的强大支撑体系，由地面起分层向下逐层施工，直至底板完成，同时在地面结构完成之后，同时向上逐层施工上部结构。

逆作法的技术特点：1）缩短工程施工的总工期2）基坑变形小，相邻建筑物沉降少3）可节省地下室外墙及外墙下工程桩费用4）使底板设计趋向合理5）可节省支护结构的支撑6）可节省土方挖填方费用7）简化基坑的施工工序，经济效益明显8）可节省地下室外墙建筑防水层费用9）可最大限度利用城市规划红线内地下空间，扩大地下室建筑面积10）有利于结构抵抗水平风力和地震作用11）施工方案与工程设计密切配合，使逆作施工方案更趋合理。 22 简述逆作法的工艺分类和各分类的工艺流程。

答：1）封闭式逆作法：地下结构和地上结构可同时施工2）敞开式逆作法：只是地下结构自上而下逆向逐层施工3）半逆作法：中间顺作、周边逆作4）分层逆作法：只是围护结构分层逆作 时空效应分为时间效应和空间效应1、时间效应：基坑支护结构的变形和周边地层的变形随时间推移而发展。2、空间效应：基坑支护结构的变形和周边地层的变形因开挖的空间尺度、开挖后的坑底暴露面积而不同。

承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态 21简述逆作法的工艺原理。

先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。