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1、第三章 给水排水工程构筑物施工,一、给排水工程中构筑物的多样性 各类水池、沉井、管井等是给水排水和水处理工程中的重要构筑物。由于这类构筑物本身的多样性、地区性和施工条件的不同，因而组织施工的工艺和施工方法也是多种多样的。举例：给水：泵房、混合反应沉淀过滤消毒；污水：二、我国建国以来给排水工程构筑物的发展构筑物的发展随工艺变化60年代：苏联70年代：停滞80年代：发展三、新工艺、新技术、新材料、新设备、组织、管理 建国以来，随着我国经济和社会发展的需要，给水排水及水处理工程建设事业得到迅速发展。在全国各地修建了大量的这类工程构筑物，从规模、数量、质量和建设速度上；从新技术、新设备、新材料开发运用
2、上；以及从施工新技术、 新方法和施工组织管理等方面成绩显著，并积累了丰富的实践经验。,第一节 现浇钢筋混凝土水池施工 在施工实践中，常采用现浇钢筋混凝土建造各类水池构筑物以满足生产工艺、结构类型和构造的不同要求。一、给排水工程现浇钢混池的要求及施工注意事项防水、抗渗、耐腐、抗压、抗冻1、抗冻：防冻剂、早强剂；加热：蓄热、加热；搅拌时间延长50%；配比：配抗冻混凝土,2、防水材料 水池经常贮存水体埋于地下或半地下，一般随较大水压和土压，因此，除需满足结构强度外，应保证它的防水性，以及在长期使用条件下具有良好的水密性、耐蚀性、抗冻性等耐久性能。 浇筑水池结构的混凝土常采用外加剂防水混凝土、普通防水
3、混凝土，以提高防水性能。,外加剂防水混凝土是指用掺入适量外加剂方法，改善混凝内部组织结构，以增加密实性来提高抗渗性和混凝土。 普通防水混凝土就是在普通混凝土骨料级配的基础上，以高速和控制配合比的方法，提高自身密度的抗渗性的一种混凝土。,由于普通混凝土是非匀质性材料，内部分布有许多大小不等以及彼此连通的孔隙。孔隙和裂缝是造成渗漏的主要因素，提高混凝土的抗渗性就要提高其密实性，控制孔隙，减少裂缝。 普通防水混凝土是一种富砂浆混凝土，强调水泥砂浆的密实性，使具有一定数量和质量的砂浆能在粗骨料周围形成一定浓度的良好的砂浆包裹层，将粗骨料充分隔开，混凝土硬化后，密度高的水泥砂浆不仅起着填充和粘结粗骨料的
4、作用，并切断混凝土内部沿石子表面形成的连通毛细渗水通道，使混凝土具有较好的抗渗性和耐久性，可见，普通防水混凝土具有实用、经济、施工简便的优点。,选择合适配比 应合理选择调整混凝土配合比的各项技术参数，并须通过试配求得符合设计要求的防水混凝土最佳配合比。（1）水灰比。水灰比值的选择，应以保证混凝土的抗渗性和与之相适应的和易性，便于施工操作为原则，水灰比过大或过小，均不利于防水混凝土的抗渗性。实践表明，当水灰比大于0.6时，抗渗和抗冻性将明显下降。一般以0.50.6较为适宜。（2）水泥用量。水灰比选定后，水泥用量是直接影响混凝土中水泥砂浆数量和质量的关键。在砂率已定条件下，如水泥用量过小，不仅使混
5、凝土拦合物和易性差，而且会使混凝土内部产生孔隙，从而降低密实度。一般防水混凝土水泥用量以不小于320kg/m3为宜，水泥标号也不宜低于425号。,（3）砂率。防水混凝土的砂率以35%40%为宜。 （4）灰砂比。对于富砂浆的普通防水混凝土，灰砂比表示水泥砂浆的浓度，水泥包裹砂粒的情况，是衡量填充石子空隙的水泥砂浆质量的指标，灰砂比大小与抗渗性直接有关，根据经验，灰砂比应在1:21:2.5的范围为宜。 （5）坍落度。在选定水灰比和砂率后，应控制坍落度。一般防水混凝土的坍落度以35cm为宜。坍落度过大，易使混凝土拌合物产生泌水，泌水通道在混凝土内部形成毛细孔道，使抗渗性下降。为了改善混凝土拌合物的施
6、工和易性，可掺入适量外加剂。,施工条件（顺序） 普通防水混凝土水池结构优劣，还与施工质量密切相关。因此，对施工中的各主要工序，如混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等，都应严格遵守施工及验收规范和操作规程的规定组织实施。,混凝土搅拌：防水混凝土应采用机械搅拌，搅拌时间比普通混凝土略长，一般不应少于120s以保证混凝土拌合物充分均匀。,混凝土运输：在运输过程中要防止漏浆和产生离析现象，常温下应在半小时内运至浇筑地点，并及时进行浇灌。在运距远或气温较高时，可掺入适量缓凝剂。,混凝土浇筑和振捣：浇筑前，检查模板是否严密并用水湿润。如混凝土拌合物发生显著泌水离析现象，应加入适量的原水灰比的水泥浆复拌均匀
7、，方可浇灌。浇筑时应采用串筒、溜槽，以防发生混凝土拌合物中粗骨料堆积现象，混凝土应分层浇筑，每层厚度不宜超过3040cm，相邻两层浇筑时间间隔不应超过2h，夏季可适当缩短。,防水混凝土应尽量采用连续浇筑方式，对于因结构复杂、工艺构造要求或体积庞大受施工条件限制的池类结构，而需间歇浇筑作业时，应选择合理部位设置施工缝。 混凝土的振捣应采用机械振捣，不应采用人工振捣。机械振捣能产生振幅不大，频率较高的振动，使骨料间摩擦力降低，增加水泥砂浆的流动性，骨料能更充分被砂浆所包裹，同时挤出混凝土拌合物中的气泡，以利增强密实性。,混凝土的养护：混凝土浇筑达到终凝（一般为46h）即应覆盖，浇水湿润养护不应少于
8、14d。防水混凝土的养护对其抗渗性能影响极大，在湿润条件下，混凝土内部水分蒸发缓慢，可使水泥充分水化，其生成物将毛细孔堵塞，使水泥石结晶致密，特别是养护的前14d，水泥硬化快，强度增长几乎可达28d标准强度的80%。由于对防水混凝土的要求较严，故不宜过早拆除模板，拆模时应使混凝土表面温度与环境温度之差不超过15，以防产生裂缝。,施工排水 在有地下水地区修建水池结构工程，必须作好排水工作，以保证地基土壤不被振动，使水池不因地基沉陷而发生裂缝。施工排水需在整个施工期间不间断进行，防止因地下水上升而发生水池底板裂缝。抹面处理 为了确保水池的防水性良好，可在结构表面喷涂防护层或按重量比为1:2的水泥砂
9、浆（掺适量防水粉）抹面。为防止地下水渗透，亦可增加沥青防水层。,3、水池整体浇筑的模板结构形成 水池构筑物一般都是壁薄、钢筋密、表面积大，其模板结构通常可采用工具式定型组合模板。但因结构类型或工艺构造要求等，又常需要现场拼装木制模板，以保证结构和构件各部分形状、尺寸及相互位置的正确，并应具有足够的强度、刚度和稳定性。同时，模板拼装还要便于钢筋绑扎、混凝土浇筑和养护。对于这类水池模板结构，常可采用如下形式。（1）内模支撑：可有两种形式。一种是在池内设置立柱脚手架与水平撑木，池壁内模即设置其上，这种形式需要木料或金属材料较多但比较牢固；另一种是不设内部脚手架支撑，而采用多角形支撑结构，或用横箍带联
10、结形式，这种方法用料省，但坚固性不如第一种结构。,（2）外模支撑：可有两种形式。一种采用直接支撑在土坡上的方法，但用料需要多，支撑比较牢固；另一种采用钢筋箍模法，但要求内模脚手架必须牢固，因为当外模箍好后，力量将集中于脚手架上。此法较前法省料，但稳定性较差。施工时钢筋必须箍紧，以防模板位移而变形。 模板的拼合而板都应采用定型工具式模板，可以是木制钢木结合或钢制面板，以及辅以构造所要求的特殊面板拼装而成。面板拼装的尺寸、安装程序与安装高度，则取决于混凝土的浇筑方案。一般内模板为一次架立，外模板分次安装，分次安装的时间间隔须小于已浇筑混凝土的开始凝结时间。,二、钢砼辐流沉淀池施工实例1、工程介绍2
11、、施工顺序3、沉降、注水4、安刮泥机,第二节 装配式预应力钢筋混凝土水池施工一、特点：1、与普通钢筋混凝土水池相比较，装配式预应力钢筋混凝土水池更具有比较可靠的抗裂性及不透水性；2、在钢材、木材、水泥的消耗量上均较普通整体式钢筋混凝土水池节省。二、制作原理： 在荷载作用之前，先对混凝土预加压力，产生人为的应力状态，它所产生的预压应力抵消了由荷载所引起的大部分或全部拉应力，致使构件在使用时拉应力显著减少或不出现拉应力。这样，在荷载作用下，裂缝能延迟发生或不致发生，也即延迟了由于裂缝的出现所引起的构筑物刚度的降低，因而预应力构件的挠度将比非预应力构件为小。 在给排水工程上属于中心受拉构件的水池及压
12、力管道等抗裂性要求很高的结构物宜采用预应力钢筋混凝土结构以提高构件装配化程度，加快施工进度，保证工程质量，增强结构物使用寿命。预应力钢筋混凝土水池的施工与验收，应按现行的混凝土结构工程施工及验收规范等有关规定进行。,预应力钢筋混凝土中预应力钢筋主要沿环向布置，但当高度较高的地面式大容量水池，考虑温度收缩应力或由于施加环向预应力时，池壁与底板间会产生摩擦力，而使池壁产生垂直方向的弯矩，为防止由此而形成的水平裂缝，有时也在垂直方向施加预应力钢筋。 由于张拉环向预应力筋，使池壁本身受到压缩而沿径向缩小。当池壁上、下端与顶板或底板有较好连接时，它即会约束池壁两端的变位而在上、下端附近产生垂直方向的变矩
13、。故作成整体式预应力水池并非一定经济。为了避免池壁上、下端所生不利的弯矩，可使池壁与顶板或底板分开。如此即减少了竖向力矩，但又加大了环向应力，不过，环向应力可由预应力环筋负担，通常条件下，预应力钢筋混凝土水池多作成装配式的。,三、壁板的构造与制作 池壁板的结构形式一般有两种。一种是两壁板之间有搭接钢筋（如图4-12（a）所示）；另一种是两壁板之间无搭接钢筋(如图4-12（b）所示)。前一种壁板的横向非预应力钢筋可承受部分拉应力，但壁板的构造与运输不便，外露钢筋易锈蚀，而且接缝混凝土捣固不易密实。因此，大多采用后一种形式的壁板。,壁板接缝应牢固和严密。图4-17中图（a）接缝用于有搭接钢筋的壁板
14、，在接缝处焊接或绑扎直立钢筋，支设模板，浇注细石混凝土；图4-17中图（b）接缝用于无搭接钢筋壁板，接缝内浇注膨胀水泥混凝土或C30豆石混凝土。 壁板与池底间连接，先填里侧填料，预张应力后，再填外侧填料。 在壁板顶浇筑圈梁，顶板搁置在圈梁上，提高水池结构抗震能力。,四、装配式水池的构件吊装 构件吊装前，应结合水池结构、直径与构件的最大重量确定采用的吊装机械，吊装方法，吊装顺序及构件堆放地点等。常用的吊装机械多系自行式起重机，如汽车式和履带式起重机等。 吊装顺序可按选定的机械性能而定。通常有两种吊装顺序，一种是连续吊装柱、梁盖板，则中心向外进展，然后吊装壁板；另一种是依次分别吊完柱、梁、壁板后再
15、吊装顶盖板。 构件吊装校正之后用水泥砂浆连接或预埋件焊接。采用预埋件焊接可提高结构整体性及抗震性，而且不须临时支撑。 壁板吊装前，在底板槽口外侧弧形尺宽度的距离弹墨线。吊装时，弧形尺外边贴墨线，内侧贴壁板外弧面，同时用垂球找正，即可确定壁板位置，然手用预埋件焊接或临时固定。壁板全部吊装完毕后，在接缝处安装模板，浇灌豆石混凝土堵缝。,五、壁板环向预加应力施工方法 水池环向预应力钢筋张拉工作应在环槽杯口，壁板接缝浇注的混凝土强度达到设计强度的70%后开始。 钢筋采用普通钢筋或高强钢丝。普通钢筋在张拉前作冷拉处理。冷拉采用双控：防止钢筋由于匀质性差而产生张拉应力误差，用冷拉应力控制；防止钢筋脆性提高
16、，采用冷拉伸长率控制。冷拉应力与伸长率由试验确定，通常要求预应力张拉后的钢筋屈服点提高到不小于550Mpa，屈服比0/s108%。因此，冷拉控制应力为520530Mpa，延伸率为3.2%3.6%，不超过5%，不小于2%。 预应力钢筋有三种张拉方法： 电热张拉、绕丝张拉和径向张拉。,电热张拉器,六、枪喷水泥砂浆保护层 喷浆施工应在水池满水试验合格后的满水条件下进行 ，试水一旦结束，应及早进行钢丝保护层的喷浆，以免钢丝曝露在大气中发生锈蚀。喷浆前，应对待喷面进行除污、去油、清洗处理。 喷浆机罐内压力一般为0.5Mpa，供水压力应相适应。输料管长度不宜小于10m，管径不宜小于25mm。灰砂比采用0.
17、350.40,水灰比采用0.250.35。 喷浆应沿池壁的圆周方向自池身上端开始；喷口至待喷池面的距离以考虑回弹物较少，喷层密实等条件确定。每次喷浆厚度1520mm，共喷三遍，保护层总厚度不宜小于40mm。喷保持垂直，做到连环旋射，出浆量应稳定且连续，不得滞射与扫射，保持层厚与密实，喷浆凝结后，加遮盖湿润养护14d以上。,第三节 沉井施工一、沉井说明1、使用条件：给水排水工程中，常会修建埋深较大而横断面尺寸相对不大的构筑物（地下水源井、地下泵房等），这类构筑物在流砂、软土、高地下水位等地段及现场窄小地段采用大开槽方法修建，施工会遇到很多困难。为此，常采用沉井法施工。2、制作方法：沉井施工就是先
18、在地面上预制井筒，然后在井筒内不断将土挖出，井筒借自身的重量或附加荷载的作用下，克服井壁与土层之间摩擦阻力及刃脚下土体的反力而不断下沉直至设计标高为止，然后封底，完成井筒内的工程。3、施工程序：基坑开挖、井筒制作、井筒下沉及封底。,4、结构：井筒在下沉过程中，井壁为施工期间的围护结构，在终沉封底后，又成为地下构筑物的组成部分。为了保证沉井结构的强度、刚度和稳定性要求，沉井的井筒大多数为钢筋混凝土结构。5、形式：常用横断面为圆形或矩形。纵断面开头大多为阶梯形，如图4-29所示。井筒内壁与底板相接处有环形凹口，下部为刃脚。为避免刃脚切土时破坏，刃脚应采用型钢加固，如图4-30所示。为了满足工艺的需
19、要，常在井筒内部设计平台、楼梯、水平隔层等，这些可在下沉后修建，也可在井筒制作同时完成。但在刃脚范围的高度内，不得有影响施工的任何细部布置。,二、沉井施工方法 沉井施工在浅水区一般采用筑岛沉井，在深水区可以采用气压沉井。按沉井下沉方法又分为一次下沉和分段下沉。（一）井筒制作 井筒制作一般分一次制作和分段制作。一次制作指一次制作完成设计要求的井筒高度，适用于井筒高度不大的构筑物，一次下沉工艺。而分段制作是将设计要求的井筒进行分段现浇或预制，适用于井筒高度不大的构筑物，分段下沉或一次下沉工艺。 井筒制作视修筑地点具体情况分为天然地面制作下沉和水面筑岛制作下沉。天然地面制作下沉一般适用于无地下水或地
20、下水位较低时，为了减少井筒制备时的浇灌高度，减少下沉时井内挖方量，清除表土层中的障碍物等，可采用基坑内制备井筒下沉，其坑底最少应高出地下水位0.5m。水面筑岛制作下沉适用于在地下水位高，或在岸滩，或在浅水中制作沉井，先用砂土或修筑土岛，井筒岛上制作，然后下沉。对于水中井筒下沉时，还可在陆地上制备井筒，浮运到下沉地点下沉。,1、 基坑及坑底处理井筒制备时，其重量借刃角度面传递给地基。为了防止在井筒制备过程中产生地基沉降，应进行地基处理或增加传力面积。当原地基承载力较大，可进行浅基处理，即在与刃脚底面接触的地基范围内，进行原土夯实，垫砂垫层、砂石垫层、灰土垫层等处理，垫层厚度一般为3050cm。然
21、后在垫层上浇灌混凝土井筒。这种方法称无垫木法。若坑底承载力较弱，应在人工垫层上设置垫木，增大受压面积。需垫木的面积，应符合下式： （4-4）式中F垫木面积（m2） Q沉井制备重量，当井筒是分段制作时，应采用第一节井筒重量（N）； P0地基允许承载力（Pa）。,铺设垫木应等距铺设，对称进行，垫木棒同必须严格找平，垫木之间用垫层材料找平。沉井下沉前拆除垫木亦应对称进行，拆出处用垫层材料填平，应防止沉井偏斜。 为了避免采用垫木，可采用无垫木刃脚斜土模的方法。井筒重量由刃脚底面和刃脚斜面传递给土台，增大承压面积。土台用开挖或填筑而成。与刃脚接触的坑底和土台处，抹2cm厚的1:3水泥砂浆，其承压强度可达
22、0.150.2Mpa，以保证刃脚制作的质量。,筑岛施工材料一般采用透水性好、易于压实的砂或其它材料，不得采用粘性土和含有大块石料的土。岛的面积应满足施工需要，一般井筒外边与岛岸间的最小距离不应小于56m。岛面高程应高于施工期间最高水位0.751.0m，并考虑风浪高度。水深在1.5m、流速在0.5m/s以内时，筑岛可直接抛土而不需围堰。当水深和流速较大时，需将岛筑于板桩围堰内。,2、井筒混凝土浇灌（施工的特点） 井筒混凝土的浇灌一般采用分段浇灌、分段下沉、不断接高的方法。即浇一节井筒，井筒混凝土达到一定强度后，挖土下沉一节，待井筒顶面露出地面尚有0.82m左右时，停止下沉，再浇制井筒、下沉，轮流
23、进行直到达到设计标高为止。该方法由于井筒分节高度小，对地基承载力要求不高，施工操作方便。缺点是工序多、工期长，在下沉过程中浇制和接高井筒，会使井筒因沉降不均而易倾斜。,井筒混凝土的浇灌还可采用分段接高、一次下沉。即分段浇制井筒，待井筒全高浇筑完毕并达到所要求的强度后，连续不断地挖土下沉，直到达到设计标高。第一节井筒达到设计强度后抽除垫木，经沉降测量和水平调整后，再浇筑第二节井筒。该方法可消除工作交叉作业的施工现场拥挤混乱现象，浇筑沉井混凝土的脚手架、模板不必每节拆除。可连续接高到井筒全高，可以缩短工期。缺点是沉井地面以上的重量大，对地基承载力要求较高，接高时易产生倾斜，而且高空作业多，应注意高
24、空安全。 此外还有一次浇制井筒、一次下沉方案以及预制钢筋混凝土壁板装配井筒、一次下沉方案等。,井筒制作施工方案确定后，具体支模和浇筑与一般钢筋混凝土构筑物相同，混凝土级别不低于C28。沿井壁四周均匀对称浇灌井筒混凝土，避免高差悬殊、压力不均，产生地基不均匀沉降而造成沉井断裂。井壁的施工缝要处理好，以防漏水。施工缝可根据了主水要求采用平式、凸式或凹式施工缝，也可采用钢板止水施工缝等。井筒制作的允许偏差参见表4-4.,（二）井筒下沉井筒混凝土强度达到设计强度70%以上时可开始下沉。下沉前要对井壁各处的预留孔洞进行封堵。1、沉井下沉计算沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩擦力和地层对刃脚的反力，见图4
25、-31所示。沉井下沉重量应满足下式G-BT+R=KfDh+1/2（H-h）+RG沉井下沉重力（N）；B井筒所受浮力（N）；T井壁与土间的摩擦力（N）；R刃脚反力（N）；K安全系数，取1.151.25f单位面积上的摩擦力（Pa ）D井筒外径（m）H井筒高（m）h刃脚高度（m）。,如果将刃脚底面及斜面的土方挖空，则R=0当下沉地点是由不同土层组成时，则单位面积上的摩擦力的平均值f0由下式决定：式中 f1、f2fn各层土与井筒的摩擦系数。 n1、n2、nn各土层的厚度。经测定，f值可参用；（1）混凝土与粘土：f=15kPa；（2）混凝土与砂、砾石：f=25kPa；（3）砖砌体与粘土：f=25kPa；
26、（4）砖砌体与砂、砾石：f=35kPa。根据沉井受压条件而设计的井壁厚度，往往使井筒不能有足够的自重下沉，过分增加井壁厚度也不合理，可以采取附加荷载以增加井筒下沉重量，也可以采用震动法、泥浆套或气套方法以减少摩擦阻力使之下沉。,2、排水下沉 排水下沉是在井筒下沉和封底过程中，采用井内开设排水明沟，用水泵将地下水排除或采用人工降低地下水位方法排出地下水。它适用于井筒所穿过的土层透水性较差，涌水量不大，排水不致产生流砂现象而且现场有排水出路的地方。 井筒内挖土根据井筒直径大小及沉井埋设深度来确定施工方法。一般分为机械挖土和人工挖土两类。机械挖土一般仅开挖井中部的土，四周的土由人工开挖。常用的开挖机
27、械有合瓣式挖土机、台令扒杆斗挖土等、垂直运土工具有少先式起重机、台令扒杆、卷扬机、桅杆起重杆等。卸土地点应距井壁一般不小于20m，以免因堆土这近使井壁土方坍塌，导致下沉摩擦力增大。当土质为砂土或砂性粘土时，可用高压水枪先将井内泥土冲松衡释成泥浆，然后用水力吸泥机将泥浆吸出排到井外，见图4-32。人工挖土应沿刃脚四周均匀而对称 进行，以保持井筒均匀下沉。它适用于淖型沉井，下沉深度较小、机械设备不足的地方。人工开挖应防止流砂现象发生。,3、不排水下沉 不排水下沉是在水中挖土。当排水有困难或在地下水位较高的亚砂土和粉砂土层，有产生流砂现象的地区的沉井下沉或必须防止沉井周围地面和建筑物沉陷时，应采用不
28、排水下沉的施工方法。下沉中要使井内水位比井外地下位高12m，以防流砂。 不排水下沉时，土方也由合瓣式抓铲挖出，当铲斗将井的中央部分挖成锅底形状时，井壁四周的土涌向中心，井筒就会下沉。如井壁四周的土不易下滑时，可用高压水枪进行冲射，然后用水泥吸泥机将泥浆吸出排到井外。 为了使井筒下沉均匀，最好设置几个水枪。每个水枪均设置阀门，以便沉井下沉不均匀时，进行调整。水枪的压力根据土质而定，参考规范。,4、触变泥浆套沉井 在井壁与土之间注入触变泥浆，形成泥浆套，以减少井筒下沉的摩擦力。为了在井壁与土之间形成泥浆套，井筒制作时在井壁内埋入泥浆管，或在混凝土中直接留设压浆通道。井筒下沉时，泥浆从刃脚台阶处的泥
29、浆通道口向外挤出，见图4-33。在泥浆管出口处设置泥浆射口围圈，如图4-34所示，以防止泥浆直接喷射至土层，并使泥浆分布均匀。 为了使井筒下沉过程中能储备一定数量的泥浆，以补充泥浆套失浆，同时预防地表土滑塌，在井壁上缘设计泥浆地表围圈。泥浆地表围圈用薄板制成，拼装后的直径略大于井筒外径。埋设时，其顶面应露出地表0.5m左右。,选用的泥浆应具有较好的固壁性能。泥浆指标根据原材料的性质、水文地质条件以及施工工艺条件来选定。在饱和的粉细砂层下沉时，容易造成翻砂，引起泥浆漏失，因此，泥的粘度及静切力都应较高。但粘度和静切力均随静置时间增加而增大，并逐渐趋近于一个稳定值。为此，在选择泥浆配合比时，先考虑
30、比重与粘度两个指标，然后再考虑失水量、泥皮、静切力、胶体率、含砂率及pH值。泥浆比重在1.151.20之间。 泥浆可选用的配合比为：（1）纯膨润土用量23%30%；（2）水70%77%；（3）化学掺合剂碱（Na2CO3）0.4%0.6%、羧甲基纤维互0.03%0.06%。,下沉过程中，应对已压入的泥浆定期取样检查。 施工过程中，泥浆套厚度不要过大，否则易造成井筒倾斜的位移。泥浆套沉井，由于下沉摩擦力减少，容易造成下沉超过设计标高，应做好及时封底准备工作。尤其要注意在吸泥下沉过程中，避免由于翻砂而引起泥浆套破坏，应正确处理好井内外水位及泥浆面高度等方面的关系。,（三）井筒封底 一般地，采用沉井方
31、法施工的构筑物，必须做好封底，保证不渗漏。井筒底板的结构如图4-35所示。（a）型结构用于无地下水的地基；（b）型用于水下浇筑混凝土；（c）型是明沟排水下沉的底板结构。 人工降低地下水位进行沉井，通常用(b)型结构。井筒下沉至设计高后，应进行沉降观测。当8h下沉量不大于10mm时，方可封底。,沉井底板的施工结构,排水下沉的井筒封底，必须排除井内积水。超挖部分可填石块，然后在其上做混凝土垫层。浇注混凝垫层。浇注混凝土前应清洗刃脚，并先沿刃脚填充一周混凝土，防止沉井不均匀下沉。垫层上做防水层、绑扎钢筋和浇筑钢筋混凝土底板。封底混凝土由刃脚向井筒中心部位分层浇灌，每层约50cm。 为避免地下渗水冲蚀
32、新浇灌的混凝土，可在封底前在井筒中部设集水井，用水泵排水。排水应持续到集水井四周的垫层混凝土达到规定强度后，用盖堵封等方法封掉集水井，然后铺油毡防水层，再浇灌混凝土底板。 不排水下沉的井筒，需进行水下混凝土的封底。井内水位应与原地下水位相等，然后铺垫砾石垫层和进行垫层的水下混凝土浇灌，待混凝土达到应有强度后将水抽出，再做钢筋混凝土底板。,（四）质量检查与控制 井筒在下沉过程中，由于水文地质资料掌握不全，下沉控制不严，以及其它各种原因，可能发生土体破坏、井筒倾斜、筒壁裂缝、下沉过快、或不继续下沉等事故，应及时采取措施加以校正。1、土体破坏 沉井下沉过程中，可能产生破坏土的棱体，如图4-36所示。
33、土质松散，更易产生。因此，当土的破坏棱体范围内有已建构筑物时，应采取措施，保证构筑物安全，并对构筑物进行沉降观察。2、井筒倾斜的观测及其校正 井筒下沉时，可能发生倾斜，如图4-37所示，A和B为井筒外径的两端点，则于倾斜而产生高差h。倾斜误差校正结果有可能使井筒轴线水平位移，如图4-38所示。井筒在倾斜位置I绕A转动，校正到垂直位置，如果继续转动到位置，下沉至，再绕B转动到垂直位置，和二个垂直位置的轴线水平位移为a。井筒下沉完毕后的允许偏差见表4-6。,沉井下沉允许偏差,井筒发生倾斜的主要原因是刃脚下面的土质不均匀，井壁四周土力不均衡，挖土操作不对称，以及刃脚某一处有障碍物所造成。 井筒是否倾
34、斜可用井筒内放置垂球观测、电测等方法确定，或在井外采用标尺测定、水准测量等方法确定。 由于挖土不均匀引起井筒轴线倾斜时，用挖土方法校正。在下沉较慢的一边多挖土，在下沉快的一边刃脚处将土夯实或做人工垫层，使井筒恢复垂直。如果这种方法不足以校正，就应在井筒外壁一边开挖土方，相对另一边回填土方，并且夯实。 在井筒下沉较慢的一边增加茶载也可校正井筒倾斜。如果由于地下水浮力而使加载失效，则应抽水后进行校正。 在井筒下沉较慢的琏安装震动器震动或用高压水枪冲击刃脚，减少土与井壁的摩擦力，也有助于校正井筒轴线。,3、下沉过程中障碍物处理下沉时，可能因刃脚遇到石块或其它障碍物而无法下沉，松散土中还可能因此产生溜
35、方（图4-39），引起井筒倾斜。小石块用刨挖方法去除。或用风镐凿碎，大石块或坚硬岩石则用炸药清除。,4、井筒裂缝的预防及补救措施 下沉过程中产生的井筒裂缝有环向和纵向两种。环向裂缝是由于下沉时井筒四周土压力不均造成的。为了防止井筒发生裂缝，除了保证必要的井筒设计强度外，施工时应使井筒达到规定强度后才能下沉。 此外，也可在井筒内部安设支撑，但会增加挖运土方困难。井筒的纵向裂缝是由于挖土时遇到石块或其它障碍物，进筒仅支于若干点，混凝土强度又较低时产生的。爆震下沉，亦可能产生裂缝。如果裂缝已经发生，必须在井筒外面挖土以减少该方向的土压力或撤除障碍物，防止裂缝继续扩大，同时用水泥砂浆、环氧树脂或茏它补
36、强材料涂抹裂缝进行补救。,5、井筒下沉过快或沉不下去 由于长期抽水或因砂的流动，使进筒外壁与土之间的摩擦力减少；或因耐压强度较小，会使井筒下沉速度超过挖土速度而无法控制。在流砂地区常会产生这种情况。 防止方法一般多在井筒外将土夯实，增加土与井壁的摩擦力，在下沉将到设计标高时，为防止自沉，可不将刃脚处土方挖去，下沉到设计标高时立即封底。也可在刃脚处修筑单独式混凝土支墩或连续式混凝土圈梁，以增加受压面积。 沉井沉不下去的原因，一是遇有障碍，二是自重过轻，应采取相应的方法处理。,第四节 地下水取水构筑物管井施工一、管井组成： 管井是垂直安装在地下的取水构筑物。 管井一般结构如图4-45所示，主要由井
37、壁管、滤水器、沉淀管、填砾层和井口外封闭层等组成。 管井的深度、孔径，井管种类、规格及安装位置，填砾层的厚度，井底的类型和抽水机械设备的型号等决定于取水地段的地质构造、水平地质条件及供水设计要求等。,二、管井的施工方法 管井施工是用专门钻凿工具在地层中钻孔，然后安装滤水器和井管。一般在松散岩层、深度在30m以内。规模较小的浅井工程中，可以采用人力钻孔。深井通常采用机械钻孔。机械钻孔方法根据破碎岩石的方法不同有冲击外事进、回转钻进、锅锥钻进等；根据护壁或冲洗的介质与方法不同，分为泥浆钻进、套管钻进、清水水压钻进等。近年来，随着科学技术的发展和建设的需要，涌现出许多新的钻进方法和钻进设备，如反循环
38、钻进、空气钻进、潜孔锤钻进等，已逐步推广应用在管井施工中，并取得了较好的效果。在不同地层中施工应选用适合的钻进方法和钻具。 管井施工顺序：施工准备、钻孔、安装井管、填砾、洗井与抽水试验等。,（一）施工前的准备工作 施工前，应查清钻井场地及附近地下与地上障碍物的确切位置，选择井位和施工时应避开的采取适当保护措施。 施工前，应做好临时水、电、路、通讯等准备工作，并按设备要求范围平整场地。场地地基应平整坚实、软硬均匀。对软土基应加固处理，当井位为充水的淤泥、细砂、流砂或地层软硬不均，容易下沉时，应安装钻机基础方木和垫板的规格和安装方法。在地垫低洼，易受河水、雨水冲灌地区施工时，还应修特殊凿井基台。
39、安装钻塔时，应将塔腿固定于基台上或用垫块垫牢，以保持稳定。绷绳安设应位置合理，地锚牢固，并紧绳器绷紧。,安装钻塔,施工方法和机具确定后，还应根据设计文件准备粘土、砾石和管材等，并在使用前运至现场。泥浆作业时应在开钻前挖掘泥浆循环系统，如图4-47和图4-48所示。其规格根据泥浆泵排水量的大小、井孔的口径及深度、施工地区的泥浆漏失情况而定。一般沉淀的规格为1m1m1m，设一个或两个。循环槽的规格为0.3m0.4m，长度不小于15m。贮浆池的规格为3m3m2m。遇土质松软，其四壁应以木板等支撑。 开钻前，还应安装好钻具，检查各项发全设施。井口表土为松散土层时还应安装护口管。,（二）护壁与冲洗1、泥
40、浆护壁作业 泥浆是粘土和水组成的胶体混合物，它在凿井施工中起着固壁、携砂、冷却和润滑等作用。 凿井施工中使用的泥浆，一般需要控制比重、粘度、含砂量、失水量、胶体率等几项指标。泥浆的比重越大、粘度越高，固壁效果越好，但对将来的先井会带来困难。泥浆的含砂量越小越好。在冲击钻进中，含砂量大，会严重影响泥浆泵的寿命。泥浆的失水量越大，形成泥皮越厚，使钻孔直径变小。在膨胀的地层中如果失水量大，就会使地层吸水膨胀造成钻也掉块、坍塌。胶体率表示泥浆悬浮性程度。胶体率大，可以减少泥浆在孔内的沉淀，并且可以减少井孔坍塌及井孔缩径现象。钻进不同岩层适用的泥浆性能指标见表4-7。,钻进不同岩层适用的泥浆性能指标 表
41、4-7,对制备泥浆用粘土的一般要求是：在较低的比重下，能有较大的粘度、较低的含砂量和较高的胶体率。将粘土制成1.1比重的泥浆，如其粘度为1618s，含砂量不超过6%，胶体率在80%以上，这种粘土即可作为凿井工程配制泥浆的粘土。 配制泥浆用的水，凡自来水、河水、湖水、井水等淡水均可。 配制泥浆时，先将大块状粘土捣碎，用水浸泡1h左右，再置入泥浆搅拌机中，加水搅拌。在正式大量配制泥浆之前，应先根据井孔岩层情况，配制几种不同比重的泥浆，进行粘度、含砂量、胶体率试验。根据试验结果和钻进岩层的泥浆指标要求，决定泥浆配方，泥浆配方应包括钻进几种岩层达到要求粘度时的泥浆比重、含砂量、胶体率值和每立方米泥浆所
42、需粘土量。 当地粘土配制的泥浆如达到不要求，可在搅拌时加碱（Na2CO3）处理。一般粘土加碱后，可提高泥浆的粘度、胶体率，降低含砂量。通常加碱量为泥浆内粘土量的0.5%1.0%，过多反而有害。,在高压含水层或极易坍塌的岩层钻时，必须使用比重很大的泥浆。为提高泥浆的比重，可投加重晶石粉（CaSO4）等加重剂。该粉末比重小于4.0，一般可使泥浆比重提高1.41.8。 在钻进中要经常测量、记录泥浆的漏失数量，并取样测定泥浆的各项指标。如不符合要求，应随时调整。 遇特殊岩层需要变换泥浆指标时，应在贮浆池内加入新泥浆进行调整，不能在贮浆池内直接加水或粘土来调整指标。但由于调整相当费事，故在泥浆指标相差不
43、大时，可不予调整。 钻进中，井孔泥浆必须经常注满，泥浆面不能低于地面0.5m。一般地区，每停工48h，必须将井孔内上下部的泥将充分搅匀，并补充新泥浆。 泥浆既为护壁材料，又为冲洗介质，适用于基岩破碎层及水敏性地层的施工。泥浆作业具有节省施工用水、钻进效率高、便于砾石滤层回填等优点，但是含水层可能被泥壁封死，所以成井后必须尽快洗井。,2、套管护壁作业 套管护壁作业是用无缝钢管作套管，下入凿成的井孔内，形成稳固的护壁。井孔应垂直并呈圆形，否则套管不能顺利下降，也难保证凿井的质量。 套管下沉有三种方法：（1）靠自重下沉。此法较简便，仅在钻进浅井或较松散岩层时才适用。（2）采用人力、机械旋转或吊锤冲打
44、等外力，迫使套管下沉。（3）在靠自重和外力都不能下沉时，可用千斤顶将套管顶起1.0m左右，然后再松开下沉（有时配合旋转法同时进行）。 同一直径的套管，在松散和软质岩层中的长度，视地层情况决定，通常为3070m，太长则拔除困难。变换套管直径时，第一组套管的管靴，应下至稳定岩层，才不致发生危险；如下降至砂层变变换另一组套管，砂子容易漏至第一、二组套管间的环状间隙内，以致卡住套管，使之起拔和下降困难。 除流砂层外，一般套管直径较钻头尺寸大50mm左右。,套管护壁在固定于地面，管身中心与钻具垂节中心一致，套管外壁与井壁之间应填实。 套管护壁适用于泥浆护壁无效的松散地层，特别适用于深度较小、半机械化钻进
45、及缺水地区施工时采用。在松散层覆盖的基岩中钻进时，上部覆盖层应下套管，对下部基岩层可采用套管或泥浆护壁，覆盖层的套管应在钻穿覆盖层进入完整基岩0.52m，并取得完整岩心后下入。 套管护壁作业具有无需水源、护壁效果好、保证含水层透水性、可以分层抽水等优点，但是需用大量的套管、技术要求高、下降起拔困难，费用较高。,3、清水水压护壁作业 清水水压钻进是近年来在总结套管护壁和泥浆护壁的基础上发展起来的一种方法。清水在井孔中相当于一种液体支撑，其静压力除平衡土压力及地下水压力外，还给井壁一种向外的作用力，此力有助于孔壁稳定。同时，由于井孔的自然造浆，加大了 水柱的静压力，在引压力下，部分泥浆渗入孔壁，失
46、去结合水，形成一层很薄的泥皮，它密实柔韧，具有较高的粘聚力，对保护井壁起很大作用。 清水水压护壁适用于结构稳定的粘性土及非大量露水的松散地层，且具有充足的水源的凿井施工。此法施工简单，钻井和洗 井效率高，成本高，但护壁效果不长久。,（三）钻孔1、冲击钻进 冲击钻进的工作原理是靠冲击钻头直接冲碎岩石形成的井孔。主要有以下两种： （1）绳索式冲击钻机 这种钻机如图4-49所示，它适用于松散石砾层与半岩层，较钻杆式冲击钻机轻便，目前采用的多为CZ-20型和CZ-22型，其冲程为0.451.0m，每分钟冲击4050次。 （2）钻杆式冲击钻机 这种钻机如图4-50所示，它由发动机供给动力，通过传动机构提
47、升钻具作上下冲击。一般机架高度为1520m，钻头上举高度为0.500.75m，每分钟冲击4060次。 冲击钻机的常用钻头有一字、工字、十字、角锥等几种形式，如图4-51所示。应根据所钻地层的性质和浓度选择使用。,下钻时，先将钻具垂吊稳定后，再导正下入井孔。当钻具全部下入井孔后，盖好井盖，使钢丝绳置于井盖中间的绳孔中，并在地面设置标志，用交线法测定钢丝绳位。 钻进时，应根据以下原则确定冲程、冲击次数等钻进渗数：地层越硬，钻头底刃单位长度所需重量越大，冲程越高，所需冲击次数越少。 钻进时，把闸者须根据扶绳者要求进行松绳，并根据地层的变化情况适当掌握，应勤松绳，少松绳，不应操之过急。扶绳者必须随时判
48、断钻头在井底的情况（包括转动和钻头是否到底等）和地层变化情况，如有异常，应及时分板处理。 钻进时，根据所钻岩层情况，及时清理井孔。冲击钻进多用掏泥筒进行清孔，如图4-52所示。,2、回转钻进 回转钻机的工作原理是依靠钻机旋转，同时使钻具在地层上具有相当压力，而使钻具慢慢切碎岩层，形成井孔。 如图4-54所示。其优点是钻进速度快、机械化程度高，并适用于坚硬的岩层钻进；缺点是设备比较复杂。国产大口径回转钻机有红星-300型、红星-400型和SPJ-300型等。 回转钻机的常用钻头类型有：蛇形、勺形、鱼尾、齿轮钻头等，如图4-55所示。 开钻前，应检查钻具，发现脱焊、裂口、严重磨损时，应及时焊补或更
49、换。水龙头与高压胶管连接处应系牢。 每次开钻前，应先将钻具提离井底，开动泥浆泵，待冲洗液流畅后，再慢速回转到孔底，然后开始正常钻进。,钻进开始深度不超过15m时，不得加丈夫，转速要慢，以免出现孔斜。 在粘土层中钻进时，可采用稀泥浆，大泵量，并适当控制压力。在砂类地层中钻进时，宜采用较大泵量、较小钻压、中等转速，并经常清除泥浆中的砂。在卵石、砾石层中钻进时，应轻压慢转并附助使用提取卵石、砾石的沉淀管或其它装置。 操作人员应根据地层变化情况高速操作。地层由软变硬，应少进轻压；由硬变软时，应将钻头上提，然后徐徐下放钻具再钻进，并及时取样。此外，还应常注意返出泥浆颜色及带出泥砂的特性，检查井孔圆直度，
50、据此调整泥浆指标及采取相应措施。,1-钻机；2-泥浆泵；3-动力机；4-钻塔；5-拧管机；6-水龙头；7-提引器；8-滑轮；9-送水胶管；10-吸水胶管；11-水源箱；12-接箍；13-钻杆；14-锁接箍；15-沉淀管；16-岩心管；17a-取心钻头；17b-全面钻头；18-套管；19-岩心；20-钢丝绳；21-钻铤；22-异径接头；23-主动钻杆，箭头表示冲洗液流动方向,3、锅锥钻进 锅锥是人力与动力相配合的一种半机械化回转式钻机，如图4-56所示。这种钻机制作与修理都较容易，取材方便；耗费动力小，操作简单，容易掌握；开孔口径大，安装砾石水泥管、砖管、陶土管等井管方便，钻进成本较低。 锅锥钻
