1、第四章 给水排水构筑物的施工,第三节 沉井工程施工,一、内容 沉井的基本概念和构造 沉井施工方法 井筒下沉的质量检查和控制 二、要求 掌握沉井的基本概念；熟悉其基本构造；掌握沉井施工工序和各主要工序施工方法；了解井筒下沉的质量检查和控制,第三节 沉井工程施工,一、沉井的基本概念和构造 1.沉井的定义 先在地表制作井筒，然后在井筒的围护下从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。 2. 沉井的特点及用途 施工占地面积小、出土量少、可靠性好; 适用土质范围广，淤泥土、砂土、粘土等均可施工 施工深度大，最大深度可达100m； 适用:高地下水位、流砂地段
2、、软土地段和现场狭窄地段的地下构筑物：地下水源井、地下泵房、地下沉淀池、盾构或顶管的工作井等。,3.沉井的构造,二、沉井施工,施工工序：平整场地 测量放线开挖基坑铺设砂垫层、垫木 制作（第一节）井筒设置降水井点或挖排水沟、集水井抽取垫木挖土、下沉沉井接高下沉封底浇筑底板砼,a)制造第一节沉井；b)抽垫木、挖土下沉；c)沉井接高下沉；d)封底,1-井壁；2-凹槽；3-刃脚；4-承垫木；5-素混凝土封底,沉井施工顺序图,1.基坑开挖及处理 在沉井位置处挖一浅坑，在坑底制造沉井下沉，坑底应高出地下水位0.51.0m 井筒制作时，其重量借刃脚底面传递给地基。为了防止在井筒制作过程中产生地基沉降，应进行
3、地基处理或增加受力面积。 无垫木法：原地基承载力较大，进行原土夯实，垫砂垫层、砂石垫层等处理，垫层厚3050cm。 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。,垫木位置：刃脚踏面位置处对称地铺满一层垫木(可用200200mm的方木)以加大支承面积。 所需垫木的面积应符合下式要求：FQ/P0 式中 F垫木面积(m2)；Q沉井制作重量，当分段制作时，应采用第一节井筒的重量(t)；P0地基承载力标准值(t/m2)。,首节沉井的制作第二节沉井的制作,2.制作（第一节）井筒 一次制作：适于井筒高度不大的构筑物，一次下沉工艺 分段制作：适于井筒高度大的构筑物，采用分段浇灌、分段下沉、不断提高
4、的方法。 具体支模和浇筑与一般钢筋混凝土构筑物相同。 井筒混凝土强度达到70：拆模板、抽垫木（对称）,G-BT+RKfDh+0.5 (H-h)+R 式中 G井筒重(t)；B井简所受浮力(t)；T井壁与土间摩擦力(t)；R刃脚反力(t)；K下沉系数，取1.151.25；f摩擦系数(t/m2)；D井筒外径(m)；H井筒高(m)；h刃脚高(m)。,课本纠错,3.井筒下沉 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。,R值一般指刃脚底面或刃脚底面和斜面的反力。当沉井有纵向隔墙、框架底梁时，R还应包括纵隔墙底面和框架底梁面上的反力。R还取决于土层极限承载力，并筒下沉过程中，穿
5、越不同土层，会产生不同反力。 如果将各种底面和斜面的土方挖空，则R0。 当下沉地点是由不同土层组成时，平均摩擦系数f0由下式决定：,式中 f1,f2fn各层土与井壁的摩擦系数；n1，n2nn各土层厚度。经测定，f值可参用：(1)混凝土与粘土f1.5t/m2；(2)混凝土与砂、砾石f2.5t/m2；(3)砖砌体与粘土f2.5t/m2；砖砌体与砂、砾石f3.5t/m2。 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而下沉，过分增加井壁厚度也不合理。可以采取附加荷载以增加下沉重量，或采用震动法使之下沉及采用泥浆套,开挖方式：排水下沉和不排水下沉。 排水下沉（干挖法） ：直接用水泵将井
6、筒内地下水排除或人工降低地下水位。适用于不流砂，小渗水或存在卵石、孤石的情况。优点：可人工取土、下沉均匀、 便于清障 不排水下沉（水挖法） ：水中挖土。机械取土，如土硬用水力吸泥机配水枪 、炮震、泥浆润滑套。适用于渗水量大的砂层等不稳定地层，可避免排水造成的涌砂等不良现象 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,下沉前对井壁各处预留孔洞进行封堵,4.接高沉井：留12m扶正、稳定凿毛模板，钢筋浇筑； 待混凝土强度达设计要求后，拆模继续挖土下沉 5.封底 1）无地下水的地基土封底 油毡层素混凝土层钢筋砼底板 2）水下浇灌砼封底或人工降低地下水位封底 垫层（水
7、下浇筑）油毡层素混凝土层底板 3）明沟排水封底 留排水井垫层油毡层 素混凝土层底板 封堵（拆除）排水井,三.井筒下沉的质量检查和控制,1.井筒倾斜的观测 倾斜观测方法分井内、井外及井顶3种，井内观测可采用垂球观测或电测等方法。 垂球观测：在井筒内壁四个对称点悬挂垂球，下沉位置正确时，垂线应与井壁上所画的坚直标志线平行并重合。,电测：布置如图9-20所示。当井筒倾斜时，垂线与裸露导线接触，通电后发生信号。为了安全，电测设备的电压应为2436V。此法可自动观察，发现及时，但也无法定量观测。 上述井内观测方法只适用于排水下沉。无法定量观测。,井外观测可采用标尺测定 标尺观测：下沉前在井外壁四个对称点
8、(即井筒的两个互相垂直外径的端点)绘出高程标记，如图9-21所示，对准高程标记设置水平标尺。 观测时移动水平标尺，使其一端与井壁接触，读出下沉高程数，在固定尺槽的刻度上得出井筒水平移动数值。相应两次读数之差，即为井筒水平位移与垂直下沉的距离。,2.井筒倾斜及其校正 挖土校正 加载校正：在下沉较慢的一边增加荷载。 其它校正方法：在下沉慢的一边安装振动器震动，也可使井筒下沉；在下沉慢的一边用高压水枪冲击，减少土与井壁摩擦力，也有助于轴线纠正。,第四节 管井施工,一、内容 管井一般施工步骤和施工方法 凿井常见事故的预防和处理（自学） 二、要求 掌握管井一般施工步骤；熟悉管井常用的施工方法和施工机具；
9、了解凿井常见事故的预防和处理,管井，俗称机井，是垂直安装在地下的取水构筑物，适用于任何岩性与地层结构。管井主要由井室、井壁管、过滤器及沉砂管构成。当有几个含水层且各层水头相差不大时，可用多层过滤器管井。,（a）单过滤器管井,(b) 双过滤器管井,第四节 管井施工,井室外观,井室内,井管1,井管2,（a）圆孔,（b）缝隙,（c）缠丝,（d）钢筋骨架,（e）包网,（f）填砾,图5-5 过滤器类型,管井一般施工步骤,钻凿井孔,施工准备,一、管井施工前的准备工作 堪察现场、选择井位。查清钻井场地及附近地下与地上障碍物的确切位置，避开或采取适当保护措施。 四通一平。 准备材料。 安装钻具。 挖掘泥浆循环
10、系统。,护壁与冲洗1.泥浆护壁作业泥浆：由黏土、水组成的胶体混合物作用：固壁、携砂、冷却和润滑要求：成井后必须尽快洗井，以防含水层被泥浆封死2.套管护壁作业套管护壁：无缝钢管做套管要求：井孔应垂直并呈圆形特点及适用：无需水源、护壁效果好、保证含水层透水性等优点，但是套管下降拔起困难，技术要求高，费用较高。适用于泥浆护壁无效的松散地层,3.清水水压护壁作业 清水水压护壁：利用井孔的自然造浆加大水柱静压力，平衡土压及地下水压力 特点：此法施工简单，后期洗井效率高，但护壁效果不长久。 适用：结构稳定的黏性土及非大量露水的松散地层，且具有充足水源的凿井施工,二、钻凿井孔 人力钻孔：用于钻凿深2030m
11、以内的管井，挖掘、击入法、水冲法。 机械钻孔：冲击钻孔、回转钻孔、锅锥钻孔 1.冲击钻进法：利用冲击钻头直接冲碎岩石形成井孔。 适用范围：仅适用于松散石砾层和半岩层； 注意：在钻井过程中，为保持井孔的稳定，应往开凿的井孔灌注一定浓度的泥浆或用套管加固井壁； 缺点：不连续钻凿、效率低、速度慢； 优点：机械设备简单、轻便，水井施工常用方法。,冲击钻进,2.回转钻进法：利用钻头旋转、同时使钻具在地层上具有相当压力，对地层的切削、挤压、研磨破碎作用钻凿井孔； 方法：一般回转钻进、反循环回转钻进、岩心回转钻进 适用范围：既适用于松散岩层，也适用于基岩； 缺点：机械设备较复杂； 优点：效率高、速度快。,一
12、般回转钻进： 岩屑能随钻进连续消除，效率和进尺速度较冲击钻进高。,反循环回转钻进： 泥浆循环方向与正循环相反，泥浆回流仅靠吸泥泵的真空作用，钻进深度有限，只达100m左右。,岩心回转钻进：钻凿坚硬的岩层，设备与工作情况与一般回转钻进相同，必须使用岩心钻头。进尺速度高，钻进深度大。,3.锅锥钻进 锅锥是一种老式钻机，利用锅锥形钻具旋转切削土层。可由人力或机械动力驱动。 优点：结构简单，操作方便，容易掌握；但功效低，且只适用于一般土层或砾石层，不适用于各类基岩层。,三、冲孔换浆井孔打成后，在井孔中仍充满着泥浆，无法安装井管、填砾和粘土封闭，也会给洗井带来困难。在下管前必须将井孔中的稠泥浆换成稀泥浆
13、。方法：将不带钻头的钻杆放入井底，用泥浆泵吸取稀泥浆打入井中，将泥浆换出。要求：防止井壁局部坍塌，要尽量缩短冲孔时间，换浆完毕立即下管。,四、井管安装1、井管安装前的准备工作1）用试孔器检查井孔尺寸及垂直度。2）检查井管有无缺陷，按岩层柱状图及井的结构图中井管次序排列井管，并编号。3）设置找中器、3050米一个2、井管安装的顺序：沉淀管过滤器井壁管。要求：井管安装必须保证井管顺直，接口牢固，过滤器安装到位。下管方法：浮板下管法、托盘下管法和直接提吊下管法。根据全部井管重量及承拉能力确定井管安装方法。,适用于重量大、井管抗拉力小的管材，如混凝土管,浮板：封闭井管，利用浮力，减轻重量。适用于重量小
14、、井管抗拉力大的管材，如钢管,反扣接箍,五、填砾和粘土封闭填砾目的：扩大滤水能力，防止隔水层或含水层塌陷阻塞滤网材料：以坚实、圆滑砾石为主，颗粒大小为含水砂层颗粒有效直径810倍方法：直接投入或成品下入（预装在滤水器）要求：回填高度，要使含水层通连，增加出水量，并且超过含水层填好后，粘土封闭井管。目的是做好取水层与有害水层的隔离。粘土封闭一般采用球直径为25mm的粘土球，围填过程要求均匀、连续，填至井口时，应进行夯实。特殊情况可用混凝土封闭,六、洗井、抽水试验与验收 1.洗井 目的：a、除去泥浆璧及孔内岩屑b、排出滤水管周围含水层中的细颗粒，疏通含水层， 以增大滤水管周围的渗透性能 要求：在下
15、管、填砾、封井后立即进行。以免形成孔壁泥皮固结，造成洗井困难。供水管井技术规范规定：井水含砂量在1/20000以下（体积比） 方法：活塞、压缩空气、水泵和泥浆泵、化学、二氧化碳洗井法、高速水喷射洗井法。,压缩空气洗井 将压缩空气以很高的速度呈涡旋形向井壁喷射，借助水气混合的冲力破坏泥浆壁，压缩空气与水汇合上升时，可以形成很大的水位降，使地下水形成很大的流速，增大对泥浆和泥皮的冲击力。优点：效率高、洗井比较彻底；缺点：洗井携走的砂粒较多，对砂层有一定破坏作用，不适合砂粒较细的含水层。,活塞洗井 是用安装在钻杆上活塞在井壁管内上下拉动，借助真空抽吸作用和压缩作用，在过滤器周围形成反复冲洗的水流，以
16、破坏泥浆壁，清除含水层中残留的泥浆颗粒。优点：洗井强度大，洗井彻底，洗井效果良好，对本身颗粒细、泥质较多的含水层，能较彻底地清除含水层中的泥质，明显增大出水量；缺点：由于机械强度大，易破坏井管。,2 抽水试验 目的：正确评定单井或井群的出水量和水质，为选择安装抽水设备提供依据。 方法步骤：1）记录静水位， 2）开启抽水设备，使抽水量达到设计出水量， 3）动水位稳定后记录水位降落值， 4）反复几次，绘制出水量与水位降落关系曲线 抽水试验最大出水量不应小于生产出水量75。,3 管井的验收 验收资料：管井柱状图、颗粒分析资料、抽水试验资料、水质分析资料及施工说明。 管井竣工验收标准 （1）管井单位出水量设计值基本相符； （2）管井抽水稳定后，井水粗砂含量应小于1/5万、中砂含量应小于1/2万、细砂含量应小于1/1万（体积比） （3）超污染指标的含水层应严密封闭 （4）井内沉淀物的高度不得大于井深的5 （5）井身直径不得小于设计直径20mm，深偏差小于2 （6）过滤器安装位置不得偏差300mm,
