地下工程支护与加固技术(复习版).doc

1、地下工程设计方法主要有哪几种？ (1)工程类比设计法 以经验为依据 (2)理论分析设计法 以计算为根据 (3)现场监控设计法 以量测为手段2、什么是锚固技术？有哪些类型？ 锚固技术是将受拉杆件，一端与工程结构物或挡土墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、侧推力、或挡土墙的土压力、水压力。它利用地层的锚固力维持建筑物的稳定。按应用对象分为：岩石锚杆、土层锚杆、海洋锚杆按是否预先施加预应力分为：预应力锚杆、非预应力锚杆按锚固机理分为：粘结型、摩擦型、端头锚固型、混合型锚杆按锚固体传力方式分为：压力型、拉力型、剪力型锚杆按锚固体形态分为：圆柱型、端部扩大型、续球体型锚杆3、画图说明锚杆的构造如何？其各组成部分的作用？(图略)锚杆由锚头、杆体和锚固体三部分组成。锚头位于锚杆的外露端，通过它最终实现对锚杆施加预应力，并将锚固力传给结构物。杆体（钢拉杆）连接锚头和锚固体，通常利用其弹性变形的特性，在锚固过程中对锚杆施加预应力锚固体位于锚杆的根部，把拉力从杆体传给地层，通过胶结材料（水泥浆、合成树脂）把锚杆杆体和地层粘结起来。4、绘图说明锚杆的抗拔原理（图略）锚杆抗拔原理当锚固段锚杆受力，首先通过杆体（粗钢筋或钢绞线）与周边水泥砂浆的握裹力传到砂浆中，然后通过砂浆传到周围土体。传递过程中随着荷载增加，杆体与水泥砂浆粘结力（握裹力）逐渐发展到锚杆下端，待锚固段内发挥最大握裹力时，就发生与土体的相对位移，随即发生与锚杆的摩阻力，直到极限摩阻力.5、钢拉杆在受力时须满足哪些条件才不致发生破坏？钢拉杆需具有足够的截面积承受极限拉力 锚固段的砂浆对于钢拉杆的握裹力需能承受极限拉力 锚固段地层对于砂浆的摩阻力需能承受极限拉力 锚固的土体在最不利条件下仍能保持整体稳定性6、在完整岩层中与风化层、土层中，锚杆的极限抗拔能力有何不同？完整岩层中： 式中： Tu锚杆的极限抗拔力（kN） d 钢拉杆的直径 （m） Lm锚杆的有效锚固长度（m） 砂浆对于钢筋的平均握裹应力(kN/m2)风化层、土层中： 式中： Tu 锚杆的极限抗拔力（kN） D锚杆钻孔的直径 （m） Lm 锚杆的有效锚固长度（m） 锚固段周边的抗剪强度（MPa）。 7、锚杆布置中需注意哪些问题?锚杆的上覆土层厚度不小于4.0 m，以避开车辆行驶等反复荷载的影响，也为了不致由于采用较高的注浆压力而使上覆土隆起。 锚杆的水平和垂直间距一般不宜大于4.0 m，也不宜小于1.5 m，以免产生群锚效应，降低锚固力。锚杆倾角一般不小于13,不大于45,以1535为好。8、试述锚杆施工中干作业和湿作业的工艺流程。9、锚固工程中对锚杆杆体材料的要求：强度高；较好的塑性和良好的加工性能；对腐蚀不敏感；几何尺寸误差小；钢绞线要求伸直性好10、压力灌浆：在锚固段端头加止浆塞后，是锚固体内的浆液流不出来，保证了浆液的压力，使压力增大很多，灌浆压力使水泥砂浆颗粒渗入到周围土层中去，增加了锚固体与土层的摩阻力，从而增加锚杆的抗拔力。 二次灌浆：在灌浆的锚固体内留有一根灌浆管，在初凝24小时后，再灌一次浆，就是使原来的锚固在压力灌浆下产生裂缝并用新的浆液充填，在很大程度上增大了锚根部与土之间的粘着力。 重复灌浆：IRP重复灌浆锚杆，可在松软土或承载力低的地层以及岩溶地层中使用，它可以在锚杆使用之后，对锚固段再一次用水泥浆进行灌注加固，以补救锚固力的不足和防止锚杆的锈蚀，如需拆除锚杆还可以用特殊措施取出。11、画图说明锚杆I级和II级防护各部分的防护构造拉力型锚杆的I级防护构造(波形套管保护锚杆) l一锚具，如暴露在空气中，需用锚具罩; 2一过度管(管内注入防腐剂); 3一密封; 4一锚杆灌浆; 5一注入防腐剂的套管; 6一对中支架; 7一内部隔离(对中)支架; 8一预应力筋; 9一波形套管(管内灌入水泥浆)拉力型锚杆的II级防护构造(灌浆保护锚杆) 1一锚具，如暴露在空气中，需用锚具罩; 2一过度管(管内注入防腐剂); 3一密封; 4一锚杆灌浆; 5一注入防腐剂的套管; 6一对中支架; 7一预应力筋12、锚杆实验主要有哪几种？有何不同？答：基本试验：确定锚杆的极限承载力，掌握锚杆抵抗破坏的安全程度，提示锚杆在使用过程中可能影响其承载力的缺陷，以便在正式使用锚杆前调整锚杆结构参数或改进锚杆制作工艺。验收试验：是在很短的时间内对工程锚杆施加较大的力，目的是为了检验锚杆在超过设计拉力并接近极限拉力条件下的工作性能，及时发现锚杆设计施工中的缺陷，并鉴别工程锚杆是否符合设计要求。蠕变试验：由于在软粘土地层中设置的锚杆，在较大荷载作用下会产生很大的蠕变变形。塑性指数大于17的软土层和蠕变变形明显的岩体中的锚杆应进行蠕变试验。13、控制锚杆预应力变化的方法有哪些？预应力筋采用低松弛钢绞线。 确定适宜的锚杆设计荷载。 采用适宜的荷载比（即锚杆锁定荷载与极限承载力之比）。 确定适宜的锁定荷载。 采用能缓减地层应力集中的措施。 实施二次张拉。合适的施工工艺。14、土钉支护与喷锚网支护有什么区别？从构造上讲，锚杆一般分为锚固段、自由段（即张拉段），土钉则不分段。锚杆通常较长，其锚固段一般位于滑移线以外的稳定土体内，土钉一般较短（310m），土钉的内端头大都置于滑移线以内或附近。锚杆设置间距相对较大，土钉则要密得多。土钉墙法不适用于流砂、杂填土、软土、淤泥等土层，而喷锚网法则有较好的适应性。土钉墙法在其适用范围内，经济效益比喷锚网支护法更好。15、喷射混凝土配合比的设计应满足什么条件？a.能达到所需的强度b.回弹少c.粉尘少d.粘附性好，能达到密实的混凝土e.不发生管道堵塞情况f.混凝土的胶骨比：即水泥与集料之比，常为1415。每立方米混凝土的水泥用量以375kg400kg为宜。g.砂率：一般选用45%55%h.水灰比：0.4-0.5。16、试述混凝土干式喷射与湿式喷射的工艺流程。二者相比较有何不同？干： 湿：17、什么是钢纤维喷射混凝土、水泥裹砂喷射混凝土？钢纤维喷射混凝土：是一种采用喷射法施工的典型的复合材料。它同时含有抗拉强度不高的混凝土基体材料和抗裂性大，弹性模量高的钢纤维材料。采用这种复合材料的目的是改善喷射混凝土的性能，如抗拉强度，抗弯强度、抗冲击强度，抗裂性和韧性。水泥裹砂喷射混凝土：将水泥与部分砂子拌合造壳，然后将其与砂、石子混合料分别压送至喷嘴附近的混合管合流喷出，其粉尘量相当于或低于湿喷工艺，而回弹量则可降低到10%20%以下，混凝土的强度也较高，还可用于喷射钢纤维混凝土，具有不沁水，不离析，均匀，和易性好，易于泵送和喷射等优点。也称为造壳混凝土。18、什么是钢纤维喷射混凝土、水泥裹砂喷射混凝土？ 钢纤维喷射混凝土是一种采用喷射法施工的典型的复合材料它同时含有抗拉强度不高的混凝土基体材料和抗裂性大，弹性模量高的钢纤维材料。水泥裹砂喷射混凝土将水泥与部分砂子拌合造壳，然后将其与砂、石子混合料分压送至喷嘴附近的混合管合流喷出。19、造壳喷射混凝土的性能具有哪些优越性？回弹量少，现场实测结果为15%-20%。粉尘少，约为2-10mg/m3。混凝土强度稳定，变异系数小。可远距离压送（同干喷相同）。生产效率高，平均为6-12m3/h。一次喷射厚度大，可达40cm。能在大量涌水条件下喷射。容易喷射钢纤维混凝土。20、喷锚网支护由哪几部分组成?各有什么作用?喷锚网支护是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网组成。作用：(1)喷射混凝在高压空气作用下，高速喷向土层表面，先期骨料嵌入表土层内，并为后续喷射材料所包裹，在喷层与土层之间形成“嵌固效应”。(2)喷层和嵌固层同具有保护层和加固表土层，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落以及隔水防渗等作用。(3)锚杆的锚固段深固于滑移面之外的土体内部，其外端同固定在加强网上钢筋网联为一体，将边壁不稳定因素转移到内锚固段及其附近，从而使不稳定因素得到化解。(4)钢筋网可使喷射混凝土层具有良好的整体性和柔性，能有效地调整喷层与锚杆内应力分布，形成喷锚网主动支护土体，并与土体共同工作。21、土钉支护与喷锚网支护有什么区别？从构造上讲，锚杆一般分为锚固段、自由段（即张拉段），土钉则不分段。锚杆通常较长，其锚固段一般位于滑移线以外的稳定土体内，土钉一般较短（310m），土钉的内端头大都置于滑移线以内或附近。锚杆设置间距相对较大，土钉则要密得多。土钉墙法不适用于流砂、杂填土、软土、淤泥等土层，而喷锚网法则有较好的适应性。土钉墙法在其适用范围内，经济效益比喷锚网支护法更好。22、什么是被动受力支护结构、主动受力支护结构？各包括哪些支护形式？答：（1）被动受力支护结构为支护结构依靠自身的结构刚度的强度被动地承受土压力，限制土体的变形，从而保持边坡安全稳定。常用的方法多为传统的支护技术，例如：人工挖孔桩、机械钻孔桩、予制钢筋混凝土桩、钢板桩、钢管桩、支撑围护结构及地下连续墙等。（2）主动受力支护结构为通过不同的途径和方法提高土体的强度，使支护材料与土体形成共同作用体系，从而达到支护目的。常用的方法有土钉支护技术、树根桩技术、搅拌桩和高压旋喷桩等。这些技术又常被称为补强类护坡技术。23、试述土钉支护的作用机理。（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） 在复合体内，土钉和土体共同承担外荷载和自重应力。土钉分担的比例取决于：土钉与土体的相对刚度之比。土钉所处的空间位置。复合土体的应力水平。（4）土钉起着应力传递与扩散作用（5）坡面变形的约束作用24、灌浆法是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂隙或孔隙，以改善地基的物理力学特性。灌浆的主要目的： a防渗：降低渗透性，减少渗流量，提高抗渗 能力，降低孔隙压力。 b堵漏：截断渗漏水流。 c加固：提高岩土的力学强度和变形模量，恢复混凝土结构的整体性。 d纠正建筑物偏斜：使已发生不均匀沉降的建筑物恢复原位。25、灌浆材料有哪些类型？灌浆材料分为粒状浆材和化学浆材两个系统，其后再按材料的主要特点细分为不稳定粒状浆材，稳定粒状浆材，无机化学浆材和有机化学浆材等四类。26、灌浆时，在水泥浆中掺入粘土有何作用？粘土水泥浆的制备应注意些什么问题？作用：用来提高水泥浆液的稳定性，防止沉淀和析水。注意问题：粘土水泥浆凝结较慢，粘土水泥浆渗透性很小。27、粒状浆材的主要性质有哪些？材料的分散度 沉淀析水性 凝结性 热学性质 收缩性 结石的强度 渗透性 耐久性28、什么是单液注浆法？双液注浆法？ （1）双液注浆法：如氯化钙、磷酸、硫酸铝等胶凝剂与硅酸盐的反应速度很快，它们和主剂必须在不同的灌浆管或不同的时间内分别灌注，称为双液注浆法。 （2）单液注浆法（或一步法）：如盐酸、碳酸氢钠、铝酸钠等胶凝剂与硅酸钠的反应速度较缓慢，因而主剂与胶凝剂能在注浆前预先混合起来注入同一钻孔中，称为单液注浆法。29、试述四类灌浆理论。 灌浆理论理论有：(1) 渗入性灌浆：在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂缝，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就越大，这种理论假定，在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏，所用的灌浆压力相对较小。 (2) 劈裂灌浆：在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的孔隙或裂缝，从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。这种灌浆法所用的灌浆压力相对较高。(3) 压密灌浆：通过钻孔向土层中压入浓浆，随着土体的压密和浆液的挤入，在压浆点周围形成灯泡形空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而引起地层局部隆起，利用这一原理可以纠正地面建筑物的不均匀沉降。 (4) 电动化学灌浆：当在粘性土中插入金属电极并通以直流电压，就在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用，促使在通电区域中的含水量显著降低，从而在土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐浆液，就能在“通道”上形成硅胶，并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。 30、水玻璃加固黄土时，会出现什么问题？如何防止？ 水玻璃加固黄土时会出现两个问题：（1）黄土的附加沉降（2）硅酸盐的不完全反应 防止办法： （1）在土中预先压入二氧化碳CO2，使在土粒表面形成一层活性固结剂碳酸氢钙Ca(HCO3)2，可使硅酸溶液达到完全的反应和固化。 （2）预先在土中压入氨气，使与土粒表面的钙发生置换反应，形成高分散度的氢氧化钙。析出的Ca(OH)2能与注入土中的水玻璃反应生成碳酸钙凝胶，把土粒胶结，使土的附加沉降减少。 31、灌浆法的施工工艺：（1）砂砾层灌浆工艺：a. 打花管灌浆法：首先在地层中打入一下部带尖头的花管，然后冲洗进入管中的砂土，然后自下而上分段拔管灌浆。b. 套管护壁法：边钻孔边打入护壁套管，直至予定的灌浆深度，接着下入灌浆管，然后拔套管灌注第一灌浆段，再用同法灌注第二段及其余各段，直至孔顶。c. 边钻边灌法：仅在地表埋设护壁管，不需要在全孔中打入套管，自上而下钻完一段灌注一段，直至预定深度为止。钻孔时需用泥浆或较稀的浆液固壁。袖阀管法施工方法主要分为以下四个步骤：钻孔; 浇注套壳料; 插入袖阀管; 灌浆。（2） 裂隙岩石灌浆工艺：a. 自上而下孔口封闭分段灌浆法：优点为：全部孔段均能自行复灌，利于加固上部比较软弱的岩层，而且免去了起下栓塞的工序，节省时间，缺点是多次重复钻孔，使孔内废浆较多。b. 自下而上栓塞分段灌浆法：工序简单，工效较高，但缺点较多，例如灌浆前的压水资料不精确，在裂隙发育和较软弱的岩层中容易造成串浆冒浆和岩石上抬等事故，因此此法仅适用于裂隙不很发育和比较坚硬的岩层中。c. 自上而下栓塞分段灌浆法：栓塞易于堵塞严密，压水资料比较准确，并且能自上而下逐段加固岩石和减少浆液串冒及岩石上抬事故等，可在地质条件较差的岩层中采用。岩石灌浆一般分为四个步骤：钻孔；清洗钻屑及钻孔壁上的松软料；进行压水试验以获得岩石渗透性资料；注浆。灌浆一般采用纯水泥浆。32、袖阀管法答：（1）理论公式假定浆液在砂砾石中作紊流运动，其扩散半径为：式中，de被灌土体的有效粒径 浆液的运动粘滞系数。 其它符号意义同前。（2）施工方法主要分为以下四个步骤：（1钻孔：通常采用优质泥浆，如膨润土浆进行固壁，很少用套管护壁。（2浇注套壳料：用套壳料置换孔内的泥浆，浇注时应严防孔内泥浆混入套壳料中。（3插入袖阀管：为使套壳料的厚度均匀，应设法使袖阀管位于钻孔的中心。（4灌浆：等套壳料具有一定的强度后，在袖阀管内放入带双塞的灌浆管进行灌浆。（3）袖阀管法的优缺点优点：a.可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以进行重复灌浆。b.可使用较高的灌浆压力，灌浆时冒浆和串浆的可能性小。c.钻孔和灌浆作业可以分开，使钻孔设备的利用率提高。缺点：a.袖阀管被具有一定强度的套壳料胶结，难于拔出重复使用，耗费管材较多。b.每个灌浆段长度固定为33-50cm，不能根据地层的实际情况调整灌浆段的长度。10. 套壳料的配方设计应满足哪些条件?答：（1）套壳料基本配方：采用以黏土为主，水泥为辅的低强度配方，为了提高套壳料的脆性，有时还掺入细砂或采用粉粒含量较高的黏性土。 （2）套壳料的基本功能为：封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液到处流窜，在橡皮袖阀和止浆塞的配合下，逼使浆液只在一个灌浆段范围内开环（即挤破套壳料）而进入地层。套壳料的破碎程度越高，注浆率一般就越大，所需注浆压力也越小。（3）套壳料应具备以下几项物理力学性质：（1适宜的力学强度，高强度套壳料对防止浆液串冒是有利的，却不利于开环；低强度套壳料虽有利于开环，却容易使浆液向上串冒。因此套壳料的强度必须兼顾开环和防止串浆的需要。（2收缩性要小，凝固后不致和袖阀管脱开。（3脆性较高，以增加开环后的破裂程度。（4要求早期强度增加较快，后期强度缓慢增加。（5要求套壳料的粘度较低，析水率较小和稳定性较高。11. 开环，灌浆。开环：待套壳料养护5-7天具有一定得强度后，通过灌浆泵施加压力，把套壳料压裂，为浆液进入地层打开通路。1. 开环质量对灌浆质量的影响 a好的开环质量： 套壳能在规定的灌浆段范围内发生均匀和充分的破碎。 b不理想的开环情况：（1）产生纵向贯穿裂缝,使浆液不能沿预定的的路线扩散。（2）只产生局部的开环，使地层得不到充分的灌注。（3）套壳不能在现有的设备条件下开环，这是经常发生的一种最不利的情况。2. 开环标准（1）套壳未破坏之前，泵压随时间而增大，流量则始终为零。（2）套壳破坏后，积聚在套壳内的能量突然释放，泵压骤降。在这种情况下，即使开环压力较大，也不会给受灌地层带来危害。（3）当继续施加泵压时，流量与压力的关系接近无套壳时地层的吸浆情况，因此在较小的灌浆压力下，就能产生较大的注入量。3. 影响开环质量的施工因素（1）钻孔偏斜较大，使同一断面处的套壳厚薄不等，导致不均匀的开环（2）孔壁局部坍塌，使套壳料在坍塌处形成大鼓包，大大提高了该处的开环压力，甚至造成不能开环。（3）钻孔护壁泥浆质量较差，形成厚而松软的孔壁泥皮，套壳开环后成为浆液上串的通道。（4）孔底淤积物未冲洗干净，使袖阀管和套壳料都不能到达孔底。4. 开环方法：（1）慢速法：用清水或浆液开环，泵压由小到大逐级施加，每级压力需稳定2-3分钟，并测读每级压力相应的吸水量，直至套壳开始吸水和压力表压力有所下降时，即为临界开环压力。（2）快速法：采用较大的起始泵压，较短的升压间隔时间和较大的压力增值进行开环。开环的标志与慢速法相同。（3）隔环法：按n+2的次序开环和灌浆，n为环数。这种开环法可降低中间环的开环压力，对处理开环压力特别大的灌浆段是颇为有效的。（4）间歇法：当采用较大压力仍不能开环时，可在间歇一