市政工程-水工構(gòu)筑物

第4章水工程構(gòu)筑物施工

（續(xù)1）

4.3沉井施工4.3.1概述什么叫沉井施工？在開挖土方的過程中，將事先制作好的井筒或現(xiàn)場制作的井筒沉入設(shè)計的地下深度，并服務(wù)于設(shè)計的目的。1)

沉井施工的作用沉井施工是修筑地下工程和深埋基礎(chǔ)工程的重要施工方法之一。在給水排水工程中,沉井施工常用于:取水構(gòu)筑物、排水泵站、大型集水井、盾構(gòu)和頂管工程的工作井施工等。2)

沉井施工的主要特點

(1)

沉井壁可作為深埋構(gòu)筑物的墻壁,并能起到擋土、擋水的作用,節(jié)約支撐用料。

(2)

占地面積少,并能節(jié)約大量的挖方。

(3)

施工過程對附近的構(gòu)筑物影響小。

(4)

適于地下水位高,涌水量大的情況進行施工。3)

沉井施工的一般操作程序井筒預(yù)制井筒就位開挖土方井筒下沉：

(1)

井筒一般預(yù)制(接地或現(xiàn)場附近)。

(2)

井筒沉放好以后,即可在筒內(nèi)挖土。

(3)

井筒依靠自重下沉。

(4)

達到設(shè)計深度后,澆筑混凝土墊層和底板.沉井下沉的深度,一般為7-20m。4.3.2沉井的一般構(gòu)造沉井的組成部分包括:

井筒:一般為鋼混結(jié)構(gòu),也可用其他材料,必須有較大強度（抗拉、剪、壓）。

刃腳:其作用是井筒下沉?xí)r減少切土阻力,刃腳部分可用角鋼加固。

橫梁、隔墻等：橫梁是為了增加井筒的剛度而設(shè)，也可作為隔墻。

底板：是沉井下部與井壁連接的整體部分，底板與井壁預(yù)留的凹槽契合連接。

沉井的類型有:單孔、多孔、圓形、矩形、菱形、階梯型等。4.3.3沉井的施工計算1）摩阻力的計算以圓形井筒為例計算土體作用在沉井外壁上單位面積上的摩阻力f（KN/m2）可由現(xiàn)場測定，或參照有關(guān)資料確定。土壤的類別F（KN/m2）砂卵石砂礫石砂土硬塑粘性土可塑軟塑粘性土流塑粘土、粘土18－3015－2012－2525－4912－2510－12表土體作用在沉井外壁的單位面積上的摩阻力

當(dāng)沉井穿過多層不同類別的土層時，可按下式取其加權(quán)平均值式中：－第I層的單位面積摩阻力（）－第I層土的厚度（m）

n－土的層數(shù)

土體作用在沉井上的總摩阻力為

式中： －井筒下沉高度 －沉井刃腳外壁直徑（m）

f－刃腳壁單位面積摩阻力（）

h－刃腳高度2）沉井下沉計算沉井按自重下沉設(shè)計，必須滿足式中：－沉井自重（）－沉井承受的水的浮力（）－沉井外壁承受的土的總摩阻力（）－下沉系數(shù)（取1.05－1.15）（過小難下沉，過大沉降快?。?）沉井內(nèi)涌水量計算

式中：－沉井內(nèi)涌水量（）－土的滲透系數(shù)（）－地下水面至沉井底的深度（m）－沉井刃腳的周長（m）

q－單位長度滲透量土層類別滲透系數(shù)（m/d）砂卵石、砂礫石砂土砂質(zhì)粘土粘質(zhì)粘土粘土100－5005－1000.05－0.10.1－0.5<0.005滲透系數(shù)經(jīng)驗值

4.3.4

沉井的施工1）沉井施工的順序一般有兩種方法：

一次制作一次下沉（井筒一次制作完畢）

井筒制作與下沉交替進行一次下沉的施工順序施工準備－井筒制作－挖土、下沉－澆筑底板－養(yǎng)護－井內(nèi)及上部施工2）沉井下沉沉井下沉準備（1）拆除井筒刃腳模板及墊木；（對稱）（2）封堵井壁所有預(yù)留空洞，并在外壁用水泥砂漿抹面（3）安裝并檢查降、排水系統(tǒng)（4）井筒放線定位（四個方向）（5）備好下沉?xí)r需要的挖土，出土、運土機械、設(shè)備（6）設(shè)置沉降變形觀測點下沉施工方法：（1）排水挖土下沉法適用于涌水量較小，沉井所穿過的土層相對穩(wěn)定，且排水總量對附近構(gòu)筑物或管線不會有影響。排水方法有：明溝排水法,

井點排水法,

挖土方法：無論采用何種方法，其基本要求是：從中心往四周挖，分層均勻向下，靠近刃腳時，必須對稱地均勻開挖。每次挖深控制在30cm左右。中央部分的土面始終高于四周土方30cm以上。

排水挖土下沉法的主要優(yōu)點：井內(nèi)保持相對直觀的感覺，施工操作方便；沉井過程清楚，可盡早發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題。（2）不排水挖土下沉當(dāng)涌水量很大，或采用降水施工會影響附近構(gòu)筑物安全時，則帶水下沉施工。ａ.抓斗挖土抓斗在井筒中央挖土，使之形成鍋底狀，當(dāng)挖深超過刃腳1－1.5m時，刃腳會將其下的土擠向井中央而下沉。ｂ.高壓水槍挖土用高壓水槍沖刷井底的土層，使之形成泥漿，井筒下沉。泥漿用泵或吸泥機排出。水泥沖挖時，也應(yīng)距刃腳一定距離。（3）配重下沉當(dāng)井筒的自重小于沉井外壁與土體之間的摩擦力時，可在沉井上配重（g）加載，使之下沉：（4）觸變泥漿套沉井在井壁與土體之間注入觸變泥漿，形成環(huán)套狀，以減少井筒與土體之間的摩擦力。3）井筒下沉觀測

觀測要點（1）

在挖土?xí)r，要隨時觀測井筒垂線的垂直度；（2）

對沉井位置、標(biāo)高、垂直度進行綜合觀測，每班至少兩次，并詳細記錄；（3）

一旦發(fā)現(xiàn)傾斜、位移，應(yīng)及時進行糾偏。

井筒垂線傾斜度觀測在井筒內(nèi)側(cè)的四個方向分別設(shè)4個垂球，垂球錐尖對準表盤中心。據(jù)垂球偏離表盤中心及偏離方位即可確定井筒的傾斜情況。

沉井下沉量觀測利用沉井外面地下與軸線位置先設(shè)置水平指示標(biāo)尺，每次下沉前后分別測讀井筒高程。也可以用水準儀或激光水平儀進行測量。4）沉井的糾偏

沉井傾斜（1）

傾斜的原因

a．

沉井四周土質(zhì)不均勻

b．

井內(nèi)挖土不均勻

c．

刃腳局部遇障礙物

d．

沉井四周的荷載不均勻

（2）糾偏方法

a.

挖土糾偏：在下沉慢的一側(cè)多挖土。

b.射水糾偏：在下沉慢的一側(cè)沉井筒外壁注射壓水，使之成為泥漿，減少壓力。

c.局部增荷糾偏：用鐵塊或砂袋在下沉慢的一側(cè)加荷載。

d.排障糾偏：取出刃腳下的障礙物。

e.調(diào)整井筒外的荷載（為棄土、堆物等）5）防止下沉過快的措施

下沉過快的原因（1）遇軟弱土層，有時不挖土也下沉（2）沉井外壁的土體遭受水浸泡（3）遇土洞等

處理方法（1）

減少挖土量、控制下沉速度（2）

事先對軟土層進行加固（3）

在井筒外壁四周加粗糙填料，或夯實土層（4）施工方法改為不排水下沉，使井筒增加浮力。4.3.5沉井封底

1）

排水封底（干封底）一般采用快硬水泥封底，但地下水涌上的時間要有4h（排水措施）。

2）

不排水封底（帶水封底）用混凝土導(dǎo)管法施工（出水口）。4.4管井施工管井是垂直安裝在地下的取水構(gòu)筑物，用于收集（或連通）地下水，提供潔凈水源。管井的構(gòu)造包括：井壁管、濾水器、沉淀管、填礫層和井口封閉層。4.4.1管井的施工方法機械鉆井：專用鉆機，深度可以達到30米；適合巖石地區(qū)施工。人工鑿井：采用人工方法挖掘，深度在10米左右；適合在河床階地施工。1、管井施工順序1）施工準備井位選擇：含水層、障礙物、周圍環(huán)境條件準備：水、電、路、通訊、地基材料準備：礫石、黏土、管材、鉆具、油品等配套設(shè)施：泥漿池、沉淀池2）護壁與沖洗（1）泥漿護壁作業(yè)泥漿的作用：在鑿過程中，泥漿循環(huán)可以起到護壁、攜砂、冷卻和潤滑的作用。泥漿采用黏土調(diào)配而成，一般黏土礦物成份越多，含砂量越少，起使用效果就越好。泥漿的制備：首先用潔凈淡水浸泡1小時；確定泥漿的合理配方；用泥漿攪拌機進行攪拌；調(diào)配需要的多種泥漿備用；可投加適量堿來調(diào)節(jié)泥漿黏度；可投加適量重晶石來調(diào)節(jié)泥漿密度。泥漿的使用：遇易坍塌巖層時，使用密度相對大的泥漿；隨時觀察泥漿的指標(biāo)，調(diào)整泥漿配比；保持鉆井口泥漿面不低于地面50cm；要防止泥漿堵塞含水層，影響取水。（2）套管作業(yè)護壁套管下沉的方法：自重下沉：淺井、松散巖石；人力下沉：旋轉(zhuǎn)、錘擊千斤頂助力下沉：提升——重力下沉套管適應(yīng)條件：泥漿護壁無效的地層施工；井深較淺的條件；采用半機械化施工時；施工缺水的地區(qū)施工。套管護壁的特點：護壁效果好；無需用水操作；可保證含水層的透水性；可實現(xiàn)分層抽水。需要大量套管；造價成本高；施工技術(shù)要求高。（3）清水水壓作業(yè)護壁工作原理：向鉆井孔中注入水，并形成一定的壓力，使之平衡井孔中土的壓力和地下水的壓力，并使井壁產(chǎn)生向外的壓力，從而達到護壁的目的。主要特點：適合用于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的粘性土和松散地層；施工地點水源充足；施工簡單；鉆井和洗井效率高；成本相對較高；護壁效果不長久。3）鑿井機械與鉆進（1）沖擊鉆進*線索式?jīng)_擊鉆機*鉆桿式?jīng)_擊鉆機（2）回轉(zhuǎn)鉆進（3）鍋錐鉆進4）井管的安裝工作步驟（1）準備工作（2）下管（3）填礫石與井管外封閉5）洗井、抽水實驗與驗收（1）洗井清除井筒內(nèi)的巖屑和泥漿，排除濾水管周圍含水層中的細顆粒的工作稱之為洗井。洗井的作用是：疏通地下含水層，增大濾水管周圍的滲透性能，減少進水的阻力，延長管井的使用壽命。（2）抽水試驗評價已竣工管井的產(chǎn)水能力和出水水質(zhì)，為取水施工及運行提供依據(jù)。抽水試驗需要獲取的信息包括：單位時間出水量、連續(xù)出水時間、最大產(chǎn)水能力、水位變化等參數(shù)。（3）管井驗收*驗收所需資料：管井柱狀圖顆粒分析資料抽水試驗報告