武汉大学水工建筑物习题及答案.docx

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武汉大学水工建筑物习题及答案

第一章　绪论

1．水利水电工程包括哪些方面？

　　　水利水电工程包括防洪治河、水力发电、农田水利、给水排水、航运等方面。

2．什么是水利枢纽，水利枢纽有哪些类型？

　　　水利枢纽：

由若干个不同类型的水工建筑物组成的综合体，用以控制和利用水流。

水利枢纽的类型有：

水库枢纽、有坝取水枢纽、无坝取水枢纽。

3．水工建筑物的工作条件应包括哪些内容？

　　　①河流的水文现象是随机的、使得洪水的预报、推测的困难。

　　②水荷载（静水压力、浪压力、渗透力）的作用、高速水流的冲刷，对水工建筑物的稳定性、强度、耐久性影响较大。

　　③地形地质条件复杂，地质构造运动形成了各种地质界面，目前的勘探测试手段不足，对地基的分析依赖于经验的判断。

　　④工难度大：

施工导流影响整个施工工期、地基开挖工程量大、地基处理复杂、水下施工困难。

4．如何对水工建筑物分类？

　　　水工建筑物可分为：

　　①一般性（通用性）建筑物：

　　　　拦、蓄、挡——坝、水闸、堤防

　　　　泄——溢洪道、坝身泄水孔、泄洪隧洞

　　　　取——进水闸、电站引水系统（坝身引水、管道引水）、引水隧洞

　　　　输——渠道、隧洞、涵洞、管道

　　　　河道整治——护岸工程、导流堤、丁坝

　　②专门性建筑物：

电站厂房、船闸等。

5．为什么要对水利水电枢纽工程分等和对水工建筑物分级，分等分级的原则、方法是什么，分等分级有哪些作用？

　　　水利水电枢纽工程的分等就是根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性，如水库的总库容、防洪（下游城镇、工业区的重要性；保护农田的面积）、灌溉面积、排涝、供水（供给城镇及矿区的重要性）、装机容量分为五等。

　　水利水电枢纽工程分级就是，将水利水电工程中的水工建筑物，根据所属枢纽工程的等别及在工程的作用和重要性，划分为五级。

　　水利枢纽工程的分等和水工建筑物的分级的重要性及意义：

水利枢纽工程的分等和水工建筑物的分级，有利于使建筑物的安全性、可靠性与其在社会经济中的重要性相称。

有利于选取和确定工程抗御灾害的能力，如洪水标准；建筑物设计的强度与稳定计算的安全系数；建筑材料的品质；运行的可靠性，使工程达到既安全又经济的目的。

综合测试：

1.水利水电工程包括哪些方面？

（A）水利水电工程包括防洪治河、水力发电、农田水利、给水排水、航运等方面；

（B）水利水电工程包括防洪治河、农田水利、给水排水、节水灌溉、航运等方面；

（C）水利水电工程包括防洪治河、水力发电、农田水利、泄洪隧洞、航运等方面；

（D）水利水电工程包括防洪治河、水力发电、给水排水、护岸工程、航运等方面。

2.什么是水利枢纽？

（A）水利枢纽就是水工建筑物，用以控制和利用水流；

（B）水利枢纽由若干个不同类型的水工建筑物组成的综合体，用以控制和利用水流；

（C）水利枢纽就是水库，用以控制和利用水流；

（D）水利枢纽包括大坝和水电站，用以控制和利用水流。

3.一般性水工建筑物可分为：

（A）挡水建筑物，蓄水建筑物，取水建筑物，输水建筑物，河道整治水建筑物；

（B）挡水建筑物，拦水建筑物，泄水建筑物，输水建筑物，河道整治水建筑物；

（C）挡水建筑物，泄水建筑物，取水建筑物，输水建筑物，河道整治水建筑物；

（D）挡水建筑物，泄水建筑物，用水建筑物，输水建筑物，河道整治水建筑物。

4.水利水电工程分等是根据：

（A）水库的库容、治河、灌溉、排涝、供水、装机容量分为五等；

（B）水库的总库容、防洪、泄洪、排涝、供水、装机容量分为五等；

（C）水库的总库容、防洪、灌溉面积、农田排涝、供水、装机容量分为五等；

（D）水库的总库容、防洪、灌溉面积、排涝、供水、装机容量分为五等。

5.葛州坝水水电站装机是：

（A）270.5万千瓦，居世界第18位；

（B）271.5万千瓦，居世界第18位；

（C）71.5万千瓦，居世界第28位；

（D）271.5万千瓦，居世界第8

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  A  B  C  D  B

第二章　水利水电枢纽工程的设计

1.什么是水资源规划？

　　水资源规划分为流域规划和区域规划。

流域规划包括流域综合规划和流域专业规划；区域规划分为区域综合规划和区域专业规划。

2.什么是流域综合规划？

　　流域综合规划和区域综合规划体现该地区国民经济和社会发展的总要求，同时还必须与土地利用规划和环境保护规划相协调，兼顾各流域，各地区和各行业的需要和发展。

3.什么是流域专业规划？

　　流域专业规划指流域或区域的水文测验规划、防洪规划、水电开发规划、治涝规划、灌溉规划、航运规划、竹木流放规划、渔业规划、水土保持规划、水资源保护规划、环境保护规划等。

4.水利水电枢纽工程规划设计应进行哪些方面的研究？

　　水利水电枢纽工程规划设计应进行环境影响评价、工程水文研究、工程地质研究、建筑材料研究、经济评价分析等方面的研究，最后编制设计研究报告。

综合测试：

1.水资源规划分为：

（A）流域规划和区域规划；（B）区域综合规划和区域专业规划；

（C）区域规划和区域专业规划；（D）流域规划和区域综合规划。

2.水利水电枢纽工程规划设计应进行以下几方面的研究：

（A）水文信息研究、工程地质研究、建筑材料研究、经济评价分析、设计研究报告编制等方面的研究；

（B）环境影响评价、工程水文研究、水文地质研究、建筑材料研究、经济评价分析等方面的研究；

（C）环境影响评价、工程水文研究、工程地质研究、建筑材料研究、经济评价分析等方面的研究；

（D）环境影响评价、工程水文研究、工程地质研究、建筑材料研究、财务评价分析等方面的研究。

3.水库水量平衡计算主要包括：

（A）设计径流调节计算，设计洪水调节计算；

（B）水文预测预报，设计径流调节计算；

（C）设计径流计算，溃坝洪水分析；

（D）厂、坝区水位流量关系分析，设计洪水调节计算。

4.建筑材料通常分为三大类：

（A）第一类为天然土料，第二类为有机质材料，第三类为金属材料；

（B）第一类为矿物质材料，第二类为土工合成材料，第三类为金属材料；

（C）第一类为矿物质材料，第二类为有机质材料，第三类为各种有色金属材料；

（D）第一类为矿物质材料、第二类为有机质材料、第三类为金属材料。

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  A  C  A  D

第三章水工建筑物的作用及作用效应组合

1.什么叫作用？

什么是直接作用？

什么是间接作用？

　　使结构产生内力和变形的各种原因总称为结构上的作用。

结构上的作用可分为直接作用和间接作用。

直接作用是指直接施加在结构上的集中力或分布力，也可称为“荷载”；间接作用则是指使结构产生外加变形或约束变形的原因，如地震、温度作用等。

2.作用的分类有哪些？

　　作用分类有：

（1）按随时间的变异分类可分为永久作用、可变作用和偶然作用。

（2）按随空间位置的变异分类可分为固定作用和可动作用。

（3）按引起结构的反应分类可分为静态作用和动态作用。

（4）按属于安全系数设计法的规范分类可分为基本荷载和特殊荷载。

3.一般如何考虑拱坝的自重作用对坝体应力的影响？

　　若坝体混凝土全部浇筑完成后进行收缩缝灌浆，则假定全部自重均由悬臂梁承受，自重变位已经完成，不参加拱梁分载法中的变位调整。

但对具有垂直向的双曲拱坝，往往需要限制独立浇筑块的高度以保持坝块的稳定，浇筑到该高程并冷却后先行封拱，再继续向上浇。

此种情况下灌浆前的混凝土自重由悬臂梁单独承受，封拱以后浇筑的混凝土自重将在封拱高程下部的梁和拱之间进行分配。

4.什么是温度应力？

　　当结构的温度有所改变时，它的每一部分都将由于温度的升高或降低而发生膨胀或收缩。

如果这种热胀或冷缩变形受到结构外在约束或内部各个部分之间的相互约束的限制而不能自由进行时，结构内将产生相应的应力，这部分应力即是所谓的变温应力，通常又称温度应力。

5.温变荷载如何影响拱坝的变位？

　　荷载组合：

将具有合理的同时出现机率的荷载进行最不利组合，作为建筑物上的设计荷载。

　　温降时：

拱坝的轴线缩短，向下游变位，由此产生的剪力、弯矩的方向与水压力产生的剪力、弯矩的方向相同；轴力的方向与水压力产生的方向相反--对坝体应力不利。

温升时：

拱坝的轴线伸长，向上游变位，由此产生的剪力、弯矩的方向与水压力产生的剪力、弯矩的方向相反，轴力的方向与水压力产生的方向相同--对坝肩稳定不利。

6.什么是孔隙水压力？

什么是固结过程？

　　在饱和土体上施加荷重时，开始将全部或部分为水所承担，从而形成超孔隙水压力，有时也就简称孔隙水压力。

在孔隙水因受压而逐渐排除时，所加的荷重才逐渐转移到土粒骨架上，这一过程称为固结过程。

7.什么是有效应力？

什么是总应力？

　　在对非饱和土体上施加荷重时，土粒骨架所承担的应力称为有效应力，孔隙水所承担的应力称孔隙水压力，两者之和称为总应力。

8.何为波浪的三要素？

如何计算？

　　波浪的三要素是指波浪的波长Ll；波浪的高度hl；波浪中心线壅高h0。

在土石坝和水闸设计中，引入了与波高相对应的平均波周期Ｔ要素．

　　　　由于影响波浪的因素很多，目前主要用半经验公式来确定波高和波长。

有官厅水库公式，该公式为《混凝土重力坝设计规范》（SDJ21-1978）推荐，适用于山区峡谷水库，吹程1～13km，风速4～16m/s的深水波的波浪要素计算。

有莆田试验站公式，该公式为《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）和《水闸设计规范》（SL265-2001）推荐，适用于浅水波和破碎波的波浪要素计算。

9.泄水建筑物中的水流流速V>16~18m/s时会出现什么现象？

　　　泄水建筑物中的水流流速增加到一定的程度时（V>16~18m/s），随之出现一些高速水流如所特有的问题，如高佛氏数、大雷诺数、紊动强烈、对边界变化非常敏感，很容易产生冲击波、掺气、空穴及脉动等现象。

10.什么是体内消能？

什么是体外消能？

　　　泄水建筑物的消能方式分为体内消能和体外消能。

体内消能是在建筑物表面或内部产生水流紊动消能，如阶梯式消能工、宽尾墩消能工等辅助消能工。

体外消能是在泄水建筑物的下游某一指定地方通过一定方式消刹水能，常用的有底流消能、挑流消能、面流消能和戽流消能。

11.如何计算作用在水工建筑物上的地震惯性力？

　　一般情况下,水工建筑物抗震设计只考虑水平向地震作用。

水工建筑物抗震设计计算中采用拟静力法时,沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值可统一用下式计算：

　该式中αi为质点的动态分布系数。

对不同的建筑物,或在建筑物不同高度处，有不同的取值规定。

12.什么是作用效应组合？

如何进行作用效应组合？

综合测试：

1.结构上的间接作用是指使结构产生外加变形或约束变形的原因：

（A）如地震及外荷载等；（B）如地震及温升作用等；

（C）如地震及温度作用等；（D）如地震及温降作用等。

2.温度应力是指:

（A）当结构的温度有所改变时，结构的热胀或冷缩变形受到结构外在约束或内部各个部分之间的相互约束的限制而不能自由进行时，结构内将产生的相应应力；

（B）当结构的温度有所改变时，结构由于热胀或冷缩变形产生的相应应力；

（C）当结构的温度有所改变时，结构的热胀或冷缩变形受到结构外在约束的限制而不能自由进行时，结构内将产生的相应应力；

（D）当结构的温度有所改变时，结构的热胀或冷缩变形受到内部各个部分之间的相互约束的限制而不能自由进行时，结构内将产生的相应应力。

3.温变荷载对拱坝应力影响是：

（A）温降时对坝体应力有利，温升时对坝肩稳定不利；

（B）温降时对坝体应力不利，温升时对坝肩稳定不利；

（C）温降时对坝体应力不利，温升时对坝肩稳定有利；

（D）温降时对坝体应力有利，温升时对坝肩稳定有利。

4.对非饱和土体上施加荷重时:

（A）土粒骨架所承担的应力称为垂直正应力，孔隙水所承担的应力称孔隙水压力。

两者之和称为总应力；

（B）土粒骨架所承担的应力称为土体应力，孔隙水所承担的应力称孔隙水压力。

两者之和称为总应力；

（C）土粒骨架所承担的应力称为有效应力，孔隙水所承担的应力称孔隙水压力，两者之和称为总应力；

（D）土粒骨架所承担的应力称为主应力，孔隙水所承担的应力称孔隙水压力，两者之和称为总应力。

5.根据波浪运动受库底的影响程度分为深水波、浅水波和破碎波:

（A）当H1>时，称为深水波；Hk

时，称为浅水波；H1

（B）当H1>

时，称为破碎波；Hk

时，称为浅水波；H1

（C）当H1>

时，称为浅水波；Hk

时，称为深水波；H1

（D）当H1>

时，称为深水波；Hk

时，称为破碎波；H1

6.算沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力：

（A）对不同的水工建筑物，有不同的计算公式形式，各系数的取值也不同；

（B）对不同的水工建筑物，有统一的计算公式形式，但各系数的含义不同；

（C）对不同的水工建筑物，有不同的计算公式形式；

（D）对不同的水工建筑物，有统一的计算公式形式，但动态分布系数的取值不同。

7.在结构设计中就存在着作用效应的组合问题。

所谓作用效应组合是指:

（A）结构上一两种同时出现的作用分别产生的作用效应的随机叠加；

（B）结构上几种不可能同时出现的作用分别产生的作用效应的随机叠加；

（C）结构上几种可能同时出现的作用分别产生的作用效应的随机叠加；

（D）结构上几种可能同时出现的作用的随机叠加。

8.渗透水压力是渗流场内由水流的外力转化为作用于：

（A）土体上的力；（B）土体的体积力；

（C）土体的表面力；（D）土体上点压力。

9.在计算土石材料的自重时，一般应根据其所在位置与浸润线和水位的关系，采用不同的容重:

（A）浸润线之上采用土体的自然容重，浸润线之下采用土体的饱和容重；

（B）浸润线之上采用土体的干容重，浸润线之下采用土体的浮容重；

（C）浸润线之上采用土体的干容重，浸润线之下采用土体的饱和容重；

（D）浸润线之上采用土体的自然容重，浸润线之下采用土体的浮容重。

10.水工建筑物上的作用主要有：

（A）自重作用、温度作用、渗流作用、流体作用、地震作用；

（B）自重作用、温升作用、渗流作用、流体作用、地震作用；

（C）自重作用、温度作用、渗流作用、波浪作用、地震作用；

（D）自重作用、温度作用、渗压作用、流体作用、地震作用。

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  D  C  B  D  A

第五章　重力坝

　1.结合重力坝的工作条件，分析其优缺点

　重力坝的特点有：

　　①重力坝坝体材料抗冲性能好，泄洪和施工导流问题容易解决；

　　②断面形状简单，结构作用明确，施工方便，安全可靠；

　　③适合于在各种气候条件下修建，但在冬季，当温度低于-3℃，混凝土中水会结冰，需采用加热、保温、防冻措施等；夏季当温度高于30℃，需采用低热水泥、低温水、加冰屑、预冷骨料，掺外加剂延长初凝时间；

　　④对地基的要求比拱坝低，但比土石坝高，独立的坝段适应变形能力好；

　　⑤有丰富的建设，设计经验工作可靠，使用年限长；施工放样、扩建，维护简单。

　　⑥坝体工程较大，材料的强度不能充分发挥；

　　⑦水泥用量大，施工时，水化热不易消散，易产生温度裂缝，需设置温度伸缩缝，采取温度控制措施；

　　⑧受扬压力影响大，扬压力抵消了部分坝体的重量，对坝体的稳定不利，需采取防渗排水措施。

2.重力坝设计必须包括哪些主要内容？

　　重力坝的设计内容有：

　　①剖面设计参照已建类似工程，拟定剖面尺寸。

　　②稳定计算验算坝体沿建基面或地基中软弱结构面的稳定安全度。

　　③应力计算使应力条件满足设计要求，保证大坝和坝基有足够的强度。

　　④溢流重力坝和泄水孔的孔口尺寸的设计孔口尺寸的设计，包括泄水建筑物体型、堰顶或泄水孔进口的高程、溢流重力坝前沿的宽度和泄水孔口的宽度。

　　⑤构造设计根据施工和运行要求，确定坝体的细部构造，如廊道系统、排水系统等。

　　⑥地基处理根据地质条件，进行地基的防渗、排水、断层等地质结构面的处理。

　　⑦观测设计包括坝体内部和外部的观测设计。

3.为什么扬压力对重力坝的应力及稳定均不利？

　　在上下游水位差的作用下，水渗入坝体的孔隙内，形成孔隙水压力。

所取截面上向上的孔隙水压力为扬压力。

扬压力抵消了部分坝体的重量，对坝体的稳定不利，减少了上游坝踵的压应力，对坝的应力不利。

5.为什么要进行荷载组合？

什么是基本荷载和基本荷载组合，什么是特殊荷载和特殊荷载组合？

　　荷载组合：

将具有合理的同时出现机率的荷载进行最不利组合，作为建筑物上的设计荷载。

　　基本荷载：

　　　①坝体及其上永久性设备重；

　　　②正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力（选择一种控制情况）；

　　　③相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力；

　　　④泥砂压力；

　　　⑤相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力；

　　　⑥冰压力；

　　　⑦土压力；

　　　⑧相应于设计洪水位时的动水压力；

　　　⑨其他出现机会较多的荷载。

　　特殊荷载：

　　　①校核洪水位时的静水压力；

　　　②相应于校核洪水位时的扬压力；

　　　③相应于校核洪水位时的浪压力；

　　　④相应于校核洪水位时的动水压力；

　　　⑤地震荷载；

　　　⑥其他出现机会较少的荷载。

　　　　·基本组合：

由基本荷载组合。

　　　　·特殊组合：

由基本荷载和一种或几种特殊荷载组合。

6.重力坝抗滑稳定计算公式有哪几种？

试比较各公式的基本理论、优缺点和适用条件。

　　摩擦公式和抗剪断强度公式

　　摩擦公式：

认为坝体与坝基为接触状态，公式形式简单，但没有考虑坝体与坝基的咬合，胶结作用，与实际情况出入较大。

　　抗剪断强度公式：

认为坝体与坝基为胶结状态，计入了坝基面的全部抗滑潜力，较接近实际作用情况。

　　两种计算公式均为《混凝土重力坝设计规范》推荐的计算公式，其安全系数只是一个抗滑稳定的安全指标，并不能反映坝体真实的安全程度。

7.提高重力坝抗滑稳定性有哪些措施？

　　提高坝体抗滑稳定性的措施

　　①利用水重，将坝体上游面做成倾斜，利用水重增加向下的垂直力。

　　②坝基面向上游倾斜，对抗滑稳定有利。

　　③在坝基面设置防渗排水设施，减少扬压力。

　　④坝踵深齿墙，当软弱夹层埋藏较浅时，将坝踵附近出露的软弱夹层开挖齿槽切断，并回填混凝土处理，施工简单，工程量不大，有利于坝基防渗。

　　⑤混凝土洞塞，当软弱夹层埋藏较深时，厚度大且倾角较平缓，全部挖出工程量大，可在软弱夹层中放置数排混凝土洞塞，增加软弱夹层的抗剪能力。

　　⑥坝趾深齿墙，在坝趾下游修建深齿墙，增加尾岩抗力体高度，增加尾岩抗力，适用于在坝基开挖过程中出，发现了原来没有预见到的夹层时采用。

　　⑦钢筋混凝土抗滑桩，在坝基软弱夹层的下游坝趾、抗力体部位，布置钢筋混凝土抗滑桩，深入到滑动面以下完整岩体中，利用桩体承受推力或剪力增加尾岩抗力。

　　⑧预应力锚索。

8.重力坝应力分析的目的是什么？

　　重力坝应力分析目的是：

　　检验坝体在运用期和施工期是否满足强度方面的要求；

　　确定坝体砼标置分区以及为配置钢筋提供依据。

9.重力坝应力分析的材料力学有哪几条基本假定？

基本假定

　　①坝体材料为均质、连续、各向同性的弹性材料。

　　②坝段为固结于地基上的悬臂梁，各坝段独立工作，横缝不传力。

　　③地基的变形对坝体的应力没有影响。

　　④水平截面上的垂直正应力呈直线分布（平面假定）。

10.用材料力学法计算重力坝应力，其强度标准是什么？

应力的控制标准：

　　上游坝基面垂直正应力（计入扬压力）大于零。

　　下游坝基面垂直正应力（计入或不计入扬压力）小于地基允许承载力。

　　上游坝面主应力（计入扬压力）大于零。

　　下游坝面主应力（计入或不计入扬压力）小于混凝土的允许压力。

11.重力坝为什么要分缝？

需要分哪些缝？

在水工建筑物中，为适应施工期和运行期的温度变化、地基不均匀沉降、施工时混凝土的浇筑能力及散热要求以及结构布置要求等设置的接缝构造。

　　缝的类型按作用可分为温度缝（又称伸缩缝）、沉陷缝和施工缝，按使用期限可分为永久缝和临时缝。

温度缝和沉陷缝多为永久缝，施工缝多为临时缝。

12.纵缝有哪几种？

各有什么优缺点？

缝的形式：

　　①错缝：

浇筑块尺寸小，适用于低坝。

　　②纵缝：

缝面需要设置键槽，避免坝块之间的错动。

　　③斜缝：

沿主应力轨迹布置，可以减小坝块之间的错动。

　　④通仓浇筑：

浇筑能力大，温度应力大，是发展方向，整体性好。

13.廊道有哪些作用？

如何确定各种用途廊道的形式、尺寸和位置？

布置廊道系统的原则是什么？

　　廊道系统的作用：

用于基础灌浆、排水、观测、检查、交通

　　基础灌浆廊道用于防渗帷幕及排水幕的施工。

　　其他用于设置排水、观测、检查设施，形成坝内交通。

　　廊道布置离上游坝面距离：

坝前水深的（0.05～0.1）倍，在基岩面以上应有1.5倍廊道宽度的距离，沿坝高每隔15m～20m高程设置一层。

　　廊道的断面形式：

城门洞型。

14.坝身排水孔的作用是什么？

距上游坝面的距离、孔距如何确定？

　　坝体排水作用：

减少渗水对坝体的危害

　　坝体排水之间的间距：

沿坝轴线方向，2～3m布置一根排水管。

　　坝体排水离上游坝面距离：

（0.05-0.1）坝前水深，以防止渗水溶滤作用。

　　坝体排水的材料：

采用多孔砼管，在坝体浇筑时预埋在坝体内

15.重力坝对地基有哪些要求？

为什么有这些要求？

这些要求与天然地基的条件之间有哪些矛盾？

　　重力坝对地基的要求：

具有一定的承载能力，不发生显著的变形，具有一定的抗渗能力。

　　天然地基经过长期的地质作用，一般都有风化、节理、裂隙等缺陷以及断层、软弱夹层等结构面。

重力坝的地基处理的任务：

提高地基的强度、稳定性和抗渗能力。

16.试述重力坝固结灌浆的目的、设计内容、原则和方法。

　　固结灌浆：

在坝基受力较大范围内，钻孔进行浅层低压灌浆，用坝整体加固地基，其目的：

　　①改善地基的强度、整体性、提高基岩的不透水性；

　　②坝实在溶洞、断层中充当的砼与基岩间的裂隙；

　　③有利于提高帷幕灌浆的压力。

　　设计要求：

　　固结灌浆布置范围：

坝趾、坝基的较大范围内；

　　钻孔布置：

梅花形、方格形；