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1、第4章 水工程构筑物施工（续1）,4.3 沉井施工概述什么叫沉井施工？在开挖土方的过程中，将事先制作好的井筒或现场制作的井筒沉入设计的地下深度，并服务于设计的目的。,1)沉井施工的作用 沉井施工是修筑地下工程和深埋基础工程的重要施工方法之一。在给水排水工程中,沉井施工常用于:取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工程的工作井施工等。,2)沉井施工的主要特点(1)沉井壁可作为深埋构筑物的墙壁,并能起到挡土、挡水的作用,节约支撑用料。(2)占地面积少,并能节约大量的挖方。(3)施工过程对附近的构筑物影响小。(4)适于地下水位高,涌水量大的情况进行施工。,3)沉井施工的一般操作程序 井筒预制
2、井筒就位 开挖土方 井筒下沉：(1)井筒一般预制(接地或现场附近)。(2)井筒沉放好以后,即可在筒内挖土。(3)井筒依靠自重下沉。(4)达到设计深度后,浇筑混凝土垫层和底板.沉井下沉的深度,一般为7-20m。,4.3.2 沉井的一般构造 沉井的组成部分包括:井筒:一般为钢混结构,也可用其他材料,必须有较大强度（抗拉、剪、压）。刃脚:其作用是井筒下沉时减少切土阻力,刃脚部分可用角钢加固。,横梁、隔墙等：横梁是为了增加井筒的刚度而设，也可作为隔墙。底板：是沉井下部与井壁连接的整体部分，底板与井壁预留的凹槽契合连接。沉井的类型有:单孔、多孔、圆形、矩形、菱形、阶梯型等。,4.3.3 沉井的施工计算1
3、）摩阻力的计算 以圆形井筒为例计算 土体作用在沉井外壁上单位面积上的摩阻力f（KN/m2）可由现场测定，或参照有关资料确定。,表 土体作用在沉井外壁的单位面积上的摩阻力,当沉井穿过多层不同类别的土层时，可按下式取其加权平均值式中：第I层的单位面积摩阻力（）第I层土的厚度（m）n土的层数,土体作用在沉井上的总摩阻力为,式中：井筒下沉高度 沉井刃脚外壁直径（m）f刃脚壁单位面积摩阻力（）h刃脚高度,2）沉井下沉计算 沉井按自重下沉设计，必须满足式中：沉井自重（）沉井承受的水的浮力（）沉井外壁承受的土的总摩阻力（）下沉系数（取1.051.15）（过小难下沉，过大沉降快！）,3）沉井内涌水量计算 式中
4、：沉井内涌水量（）土的渗透系数（）地下水面至沉井底的深度（m）沉井刃脚的周长（m）q单位长度渗透量,渗透系数经验值,沉井的施工1）沉井施工的顺序 一般有两种方法：一次制作一次下沉（井筒一次制作完毕）井筒制作与下沉交替进行 一次下沉的施工顺序 施工准备井筒制作挖土、下沉浇筑底板养护井内及上部施工,2）沉井下沉沉井下沉准备（1）拆除井筒刃脚模板及垫木；（对称）（2）封堵井壁所有预留空洞，并在外壁用水泥砂浆抹面（3）安装并检查降、排水系统（4）井筒放线定位（四个方向）（5）备好下沉时需要的挖土，出土、运土机械、设备（6）设置沉降变形观测点,下沉施工方法：（1）排水挖土下沉法 适用于涌水量较小，沉井所
5、穿过的土层相对稳定，且排水总量对附近构筑物或管线不会有影响。排水方法有：明沟排水法,井点排水法,挖土方法：无论采用何种方法，其基本要求是：从中心往四周挖，分层均匀向下，靠近刃脚时，必须对称地均匀开挖。每次挖深控制在30cm左右。中央部分的土面始终高于四周土方30cm以上。,排水挖土下沉法的主要优点：井内保持相对直观的感觉，施工操作方便；沉井过程清楚，可尽早发现可能出现的问题。,（2）不排水挖土下沉 当涌水量很大，或采用降水施工会影响附近构筑物安全时，则带水下沉施工。.抓斗挖土 抓斗在井筒中央挖土，使之形成锅底状，当挖深超过刃脚11.5m时，刃脚会将其下的土挤向井中央而下沉。,.高压水枪挖土 用
6、高压水枪冲刷井底的土层，使之形成泥浆，井筒下沉。泥浆用泵或吸泥机排出。水泥冲挖时，也应距刃脚一定距离。,（3）配重下沉 当井筒的自重小于沉井外壁与土体之间的摩擦力时，可在沉井上配重（g）加载，使之下沉：（4）触变泥浆套沉井 在井壁与土体之间注入触变泥浆，形成环套状，以减少井筒与土体之间的摩擦力。,3）井筒下沉观测 观测要点（1）在挖土时，要随时观测井筒垂线的垂直度；（2）对沉井位置、标高、垂直度进行综合观测，每班至少两次，并详细记录；（3）一旦发现倾斜、位移，应及时进行纠偏。,井筒垂线倾斜度观测 在井筒内侧的四个方向分别设4个垂球，垂球锥尖对准表盘中心。据垂球偏离表盘中心及偏离方位即可确定井筒
7、的倾斜情况。沉井下沉量观测 利用沉井外面地下与轴线位置先设置水平指示标尺，每次下沉前后分别测读井筒高程。也可以用水准仪或激光水平仪进行测量。,4）沉井的纠偏 沉井倾斜（1）倾斜的原因 a 沉井四周土质不均匀 b 井内挖土不均匀 c 刃脚局部遇障碍物 d 沉井四周的荷载不均匀,（2）纠偏方法 a.挖土纠偏：在下沉慢的一侧多挖土。b.射水纠偏：在下沉慢的一侧沉井筒外壁注射压水，使之成为泥浆，减少压力。c.局部增荷纠偏：用铁块或砂袋在下沉慢的一侧加荷载。d.排障纠偏：取出刃脚下的障碍物。e.调整井筒外的荷载（为弃土、堆物等）,5）防止下沉过快的措施 下沉过快的原因（1）遇软弱土层，有时不挖土也下沉（
8、2）沉井外壁的土体遭受水浸泡（3）遇土洞等,处理方法（1）减少挖土量、控制下沉速度（2）事先对软土层进行加固（3）在井筒外壁四周加粗糙填料，或夯实土层（4）施工方法改为不排水下沉，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，但地下水涌上的时间要有4h（排水措施）。2）不排水封底（带水封底）用混凝土导管法施工（出水口）。,4.4 管井施工 管井是垂直安装在地下的取水构筑物，用于收集（或连通）地下水，提供洁净水源。管井的构造包括：井壁管、滤水器、沉淀管、填砾层和井口封闭层。,4.4.1 管井的施工方法机械钻井：专用钻机，深度可以达到30米；适合岩石地区施工。
9、人工凿井：采用人工方法挖掘，深度在10米左右；适合在河床阶地施工。,1、管井施工顺序1）施工准备 井位选择：含水层、障碍物、周围环境 条件准备：水、电、路、通讯、地基 材料准备：砾石、黏土、管材、钻具、油品等 配套设施：泥浆池、沉淀池,2）护壁与冲洗（1）泥浆护壁作业泥浆的作用：在凿过程中，泥浆循环可以起到护壁、携砂、冷却和润滑的作用。泥浆采用黏土调配而成，一般黏土矿物成份越多，含砂量越少，起使用效果就越好。,泥浆的制备：首先用洁净淡水浸泡1小时；确定泥浆的合理配方；用泥浆搅拌机进行搅拌；调配需要的多种泥浆备用；可投加适量碱来调节泥浆黏度；可投加适量重晶石来调节泥浆密度。,泥浆的使用：遇易坍塌
10、岩层时，使用密度相对大的泥浆；随时观察泥浆的指标，调整泥浆配比；保持钻井口泥浆面不低于地面50cm；要防止泥浆堵塞含水层，影响取水。,（2）套管作业护壁套管下沉的方法：自重下沉：浅井、松散岩石；人力下沉：旋转、锤击 千斤顶助力下沉：提升重力下沉,套管适应条件：泥浆护壁无效的地层施工；井深较浅的条件；采用半机械化施工时；施工缺水的地区施工。,套管护壁的特点：护壁效果好；无需用水操作；可保证含水层的透水性；可实现分层抽水。需要大量套管；造价成本高；施工技术要求高。,（3）清水水压作业护壁工作原理：向钻井孔中注入水，并形成一定的压力，使之平衡井孔中土的压力和地下水的压力，并使井壁产生向外的压力，从而
11、达到护壁的目的。,主要特点：适合用于结构稳定的粘性土和松散地层；施工地点水源充足；施工简单；钻井和洗井效率高；成本相对较高；护壁效果不长久。,3）凿井机械与钻进（1）冲击钻进*线索式冲击钻机*钻杆式冲击钻机（2）回转钻进（3）锅锥钻进,4）井管的安装工作步骤（1）准备工作（2）下管（3）填砾石与井管外封闭,5）洗井、抽水实验与验收（1）洗井 清除井筒内的岩屑和泥浆，排除滤水管周围含水层中的细颗粒的工作称之为洗井。洗井的作用是：疏通地下含水层，增大滤水管周围的渗透性能，减少进水的阻力，延长管井的使用寿命。,（2）抽水试验 评价已竣工管井的产水能力和出水水质，为取水施工及运行提供依据。抽水试验需要
12、获取的信息包括：单位时间出水量、连续出水时间、最大产水能力、水位变化等参数。,（3）管井验收*验收所需资料：管井柱状图 颗粒分析资料 抽水试验报告 水质分析资料 管井施工说明,*管井验收质量标准 单位时间内出水量大于或等于设计值；出水中粗砂含量1/5万，中砂含量1/2万，细砂含量1/1万（体积比）；出水符合饮用水源的水质标准；井底沉淀物厚度井深的5；井身直径不得小于设计值20mm，井深偏差设计井深的2；井管与井深的尺寸偏差全长的2，过滤关位置偏差300mm。,本节作业题：1、沉井施工有什么特点？实际中哪些给水排水工程适合采用沉井施工？2、沉井施工下沉的方法有哪几种？各有什么优缺点？3、沉井纠偏的方法有几种？各适应于什么样的环境条件采用？4、简述管井验收及其质量标准。,
