第四章 给水排水工程构筑物施工

扬州大学环境科学与工程学院,第四章 给水排水工程构筑物施工,Construction Of Water & Wastewater Engineering,第四章 给水排水工程构筑物施工,第一节 现浇钢筋混凝土水池施工第二节 装配式预应力钢筋混凝土 水池施工第三节 沉井施工第四节 地下水取水构筑物 管井施工第五节 江河取水构筑物浮运沉箱法施工,（一）提高水池混凝土防水性的措施 浇筑水池结构的混凝土常采用外加剂防水混凝土和普通防水混凝土，以提高防水性能。,第一节 现浇钢筋混凝土水池施工,外加剂防水混凝土：用掺入适量外加剂方法，改善混凝土内部组织结构，以增加密实性来提高抗渗性的混凝土。 普通防水混凝土：在普通混凝土骨料级配的基础上，以调整和控制配合比的方法，提高自身密实度和抗渗性的一种混凝土。,防水混凝土,采用普通防水混凝土应注意的问题,普通防水混凝土在施工中应注意如下问题： 1、选择合适的配合比。 (1)水灰比。一般以0.50.6较为适宜。 (2)水泥用量。不小于320kg/m3，水泥标号不宜低于425号。 (3)砂率。以3540为宜。 (4)灰砂比。应在1212.5范围。 (5)坍落度。以35cm为宜。,采用普通防水混凝土应注意的问题,2、改善施工条件，精心组织施工。 搅拌：采用机械搅拌，搅拌时间120s。 运输：常温下应在半小时内运至浇筑地点。 浇筑和振捣：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。 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14d。 防水混凝土不宜过早拆除模板。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。,采用普通防水混凝土应注意的问题,3、作好施工排水工作。 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扰动，使水池不因地基沉陷而发生裂缝。 施工排水须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。,二、混凝土构筑物的整体浇筑,贮水、水处理和泵房等地下或半地下钢筋混凝土构筑物特点是构件断面较薄，有的面积较大且有一定深度，钢筋一般较密；要求具有高抗渗性和良好的整体性，需要采取连续浇筑。,混凝土底板的浇筑（运输）,地下或半地下构筑物平底板浇筑时，混凝土的垂直和水平运输可以采用多种方案。,混凝土底板的浇筑（方法）,池底分平底和锥底两种。锥形底板从中央均匀向四周浇筑。 为了控制水池底板、管道基础等浇筑厚度，应设置高程标桩，混凝土表面与标桩顶取平；或设置高程线控制。,混凝土底板的浇筑（方式),混凝土在硬化过程中会发生干缩。如果混凝土四周有约束，就会对混凝土产生拉应力。 要限制同时浇灌的面积，而且各块面积要间隔浇筑。,混凝土板的振捣方式,用平板式或插入式振动器捣固。 平板式振动器的有效振捣深度一般为20cm。两次振捣点之间应有35cm搭接。 振捣时间与混凝土稠度有关。混凝土内气泡不再上升，骨料不再显著下沉，表面出现一层均匀水泥砂浆时，振捣就可停止。 底板混凝土振捣后，用拍杠或抹子将表面压实找平。,（二）水池整体浇筑的模板结构形式,水池模板结构，常可采用如下形式。 1、内模支设可有两种形式。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；另一种是不设内部脚手架支撑，而采用多角形支撑结构，或用横箍带联结形式。 2、外模支撑也可有两种形式。一种采用直接支撑在土坡上的方法；另一种采用钢筋箍模法，但要求内模脚手架必须牢固。,现浇钢筋混凝土水池,现浇钢筋混凝土水池,三、构筑物渗漏检验,贮水或水处理钢筋混凝土构筑物，除检查强度和外观外，还应作渗漏、闭气检查。,满水试验,满水试验的测定方法是测量24h后的水位下降。按照规范规定1m2的浸湿面积每24h的漏水量不得大于2L。 式中 g渗水量(L/m2d)； A1水池水面面积(m2)； A2水池浸湿总面积(m2)； E1水池水位测针初读数(mm)； E2测读E1后24h，水池水位测针读数(mm)； e1测读E1时蒸发水箱水位测针初读数(mm)； e2测读E2时蒸发水箱水位测针读数(mm)。,闭气试验,闭气试验是观察24h前后的池内压力降。按规定；消化池24h压力降不得大于0.2倍试验压力。 式中 P池内气压降(daPa)； Pdl池内气压初读数(daPa)； Pd2池内气压末读数(daPa)； Pal测量Pd1时的大气压力值(daPa)； Pa2测量Pd2时的大气压力值(daPa)； t1测量Pdl时的池内温度()； t2测量Pd2时的池内温度()。 一般试验压力是工作压力的1.5倍。,第二节 装配式预应力钢筋混凝土水池施工,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。 布筋：预应力钢筋混凝土中预应力钢筋主要沿环向布置，有时也在垂直方向施加预应力钢筋。 施工方法：预应力钢筋混凝土的主要有：先张法和后张法。,先 张 法,后 张 法,在构件或块体上直接张拉预应力钢筋，不需要专门的台座。,一、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；另一种是两壁板之间无搭接钢筋。,壁板的构造与制作,池壁板安插在底板外周槽口内。 缠绕预应力钢丝时，须在池壁外侧留设锚固柱、锚固肋或锚固槽，安装锚固夹具，固定预应力钢丝。,壁板的构造与制作,壁板的构造与制作,壁板接缝应牢固和严密。 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。,二、装配式水池的构件吊装,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，由中心向外进展，然后吊装壁板； 另一种是依次分别吊完柱、梁、壁板后再吊装顶盖板。,三、壁板环向预加应力,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。 预应力钢筋有两种张拉方法，即电热张拉和绕丝张拉。,四、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。 喷浆应沿池壁的圆周方向自池身上端开始。每次喷浆厚度1520mm，共喷三遍，保护层总厚度不宜小于40mm。喷浆凝结后，加遮盖湿润养护14d以上。,第三节 沉井施工,沉井施工施工程序有基坑开挖、井筒制作、井筒下沉及封底。 沉井的井筒大多数为钢筋混凝土结构。常用横断面为圆形或矩形。纵断面形状大多为阶梯形 。,一、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。,大型沉井下沉施工,沉井排水,（一）井筒制作,井筒制作一般分一次制作和分段制作。一次制作适用于井筒高度不大的构筑物，一次下沉工艺。分段制作适用于井筒高度大的构筑物，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。,基坑及坑底处理,当原地基承载力较大，可进行浅基处理，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。 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。 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)。,井筒混凝土浇灌,井筒混凝土的浇灌方法： 分段浇灌、分段下沉、不断接高。 分段接高、一次下沉。 井壁的施工缝要处理好，以防漏水。施工缝可根据防水要求采用平式、凸式或凹式施工缝，也可以采用钢板止水施工缝等。,（二）井筒下沉,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。 式中 G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脚反力(N)； K安全系数，取1.151.25； f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。,（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。,井 筒 下 沉,当下沉地点是由不同土层组成时，则单位面积上摩擦力的平均值f0由下式决定： 式中 f1、f2fn各层土与井筒的摩擦系数； n1、n2nn各层土的厚度。 经测定，f值可参用：(1)混凝土与粘土：f15kPa；(2)混凝土与砂、砾石：f25kPa；(3)砖砌体与粘土：f25kPa；(4)砖砌体与砂、砾石：f35kPa。,排 水 下 沉,排水下沉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。,不 排 水 下 沉,不排水下沉适用于在水中挖土，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。 不排水下沉时，土方也由合瓣式抓铲挖出，也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。,触变泥浆套沉井,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艺条件来选定。,（三）井 筒 封 底,井筒底板的结构：(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。,（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。,土 体 破 坏,沉井下沉过程中，可能产生破坏土的棱体。土质松散，更易产生。,井筒倾斜的观测及其校正,井筒下沉时，可能发生 倾斜 。井筒发生倾斜的主要 原因是刃脚下面的土质不均 匀，井壁四周土压力不均衡，挖土操作不对称，以及刃脚某一处有障碍物所造成。 井筒是否倾斜可采用井 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。,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。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。,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。 纵向裂缝是由于在挖土时遇到石块或其它障碍物，井筒仅支于若干点，混凝土强度又较低时产生的。爆震下沉，亦可能产生裂缝。,井筒下沉过快或沉不下去,由于长期抽水或因砂的流动，使井筒外壁与土之间的摩擦力减少；或因土的耐压强度较小，会使井筒下沉速度超过挖土速度而无法控制。 沉井沉不下去的原因，一是遇有障碍，二是自重过轻，应采取相应方法处理。,第四节 地下水取水构筑物 管井施工,管井是垂直安装在地下的取水构筑物。结构主要由井壁管、滤水器、沉淀管、填砾层和井口封闭层等组成。 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、水文地质条件及供水设计要求等。,一、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。 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式不同有冲击钻进、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。 管井施工的程序包括施工准备、钻孔、安装井管、填砾、冼井与抽水试验等。,（一）施工前的准备工作,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。 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。 泥浆作业时应在开钻前挖掘泥浆循环系统。 开钻前，还应安装好钻具，检查各项安全设施。井口表土为松散土层时还应安装护口管。,钻塔的安装,冲击式钻进泥浆循环系统,（二）护壁与冲洗,1、泥浆护壁作业 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。 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。,护 壁 与 冲 洗,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。 套管下沉有三种方法： (1)靠自重下沉。 (2)采用人力、机械旋转或吊锤冲打等外力，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)。,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、半机械化钻进及缺水地区施工时采用。 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。,护 壁 与 冲 洗,3、清水水压护壁作业 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。 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）凿井机械与钻进,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井孔。主要有以下两种： (1)绳索式冲击钻机 这种钻机适用于松散石砾层与半岩层，较钻杆式冲击钻机轻便。,冲 击 钻 进,(2)钻杆式冲击钻机 这种钻机由发动机供给动力，通过传动机构提升钻具作上下冲击。,凿井机械与钻进,2、回转钻进 回转钻机优点是钻进速度快、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。,回转钻机,凿井机械与钻进,3、锅锥钻进 锅锥钻进适用于松散的冲积层，不适用于各类基层岩。,（四)井 管 的 安 装,1、井管安装前的准备工作 (1)井管安装之前，先用试孔器试孔，检查井孔尺度是否满足设计要求，井孔是否垂直、圆整。 (2)由全部井管重与井管承受拉力的情况决定采用何种井管安装方法，并选择设备。 (3)检查井管有无缺陷，井管与管箍丝扣松紧程度与完好情况，并将井管与管箍丝扣刷净。,井管安装前的准备工作,(4)按照岩层柱状图及井的结构图中井管 次序排列井管，并编号。 (5)将井底的稠泥用掏泥筒(冲击钻进时)，掏出或用泥浆泵(回转钻进时)抽出，将井孔泥浆适当换稀，但切勿加入清水。 (6)丈量各井管长度与井孔深度，确认与柱状图吻合。,井 管 的 下 管,下管方法根据下管深度、管材强度和钻探设备等因素选择： (1)井管自重(浮重)不超过井管允许抗拉力和钻探设备安全负荷时，宜用直接提吊下管法。 (2)井管自重(浮重)超过井管允许抗拉力或钻机安全负荷时，宜采用浮板下管法或托盘下管法。,下 管,(3)井身结构复杂或下管深度过大时，宜采用多级下管法。,井 管 的 安 装,3、填砾石与井管外封闭 为扩大滤水能力，防止隔水层或含水层塌陷而阻塞滤水管的滤网，在井壁管(滤水管)周围应回填砾石滤层。 回填砾石的施工方法，有直接投入法和成品下入法两种。,（五）洗井、抽水试验与验收,1、洗井 洗井是为了清除在钻进过程中孔内岩屑和泥浆对含水层的堵塞，同时排出滤水管周围含水层中的细颗粒，以疏通含水层，借以增大滤水管周围的渗透性能，减小进水阻力，延长使用寿命。,活 塞 洗 井,活塞洗井适用于松散井孔，井管强度允许，管井深度不太大的情况。,压缩空气洗井和水泵、泥浆泵洗井,采用空压机作动力，接入风管，在井管中吹洗。此法适用于粗砂、卵石层中管井的冲洗。 在不适宜压缩空气洗井的情况下，可用水泵或泥浆泵洗井。这种方法洗井时间较长，也常与活塞洗井交替使用。泥浆泵结合活塞洗井适用于各种含水层和不同规格的管井。,化 学 洗 井,化学洗井主要用于泥浆钻孔。此法对溶解泥皮、稀释泥浆、洗除泥浆对含水层的封闭，均有明显的效果。 此外，还有二氧化碳洗井法、高速水喷射洗井法等，也可在一定条件下使用。,洗井、抽水试验与验收,2、抽水试验 抽水试验的目的在于正确评定单井或井群的出水量和水质，为设计施工及运行提供依据。 抽水试验的最大出水量，最好能大于该井将来生产中的出水量，如限于设备条件不能满足此要求时，亦应不小于生产出水量的75。,洗井、抽水试验与验收,3、管井的验收 管井验交时应提交的资料包括：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等。,管井竣工质量标准,(1)管井的单位出水量设计值基本相符。管井揭露的含水层与设计依据不符时，可按实际抽水量验收； (2)管井抽水稳定后，井水含砂量不得超过二百万分之一(体积比)； (3)超污染指标的含水层应严密封闭；,管井竣工质量标准,(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，井深偏差不得超过设计井深的2； (6)井管应安装在井的中心，上口保持水平。井管与井深的尺寸偏差，不得超过全长的2，过滤器安装位置偏差，上下不超过300mm。,（六）凿井常见事故的预防和处理,1、井孔坍塌 (1)预防 施工中应注意根据土层变化情况及时调整泥浆指标；特殊岩层钻进时须储备大量泥浆，准备一定数量的套管；停工期间每48h搅动或循环孔内泥浆一次，发现漏浆及时补充；在修孔、扩孔时，应加大泥浆的比重和粘度。 (2)处理 发现井孔坍塌时，应立即提出钻具，以防埋钻。并摸清塌孔深度、位置、淤塞深度等情况，再行处理。,凿井常见事故的预防和处理,2、井孔弯曲 (1)预防 钻机安装平稳，钻杆不弯曲；保持顶滑轮、转盘与井口中心在同一垂线上；变径钻进时，要有导向装置；定期观测，及早发现。 (2)处理 冲击钻进时可以采用补焊钻头，适当修孔或扩孔来纠斜。当井孔弯曲较大时，可在近斜孔段回填土，然后重新钻进。 另外，还可采用灌注水泥法和爆破法等。,凿井常见事故的预防和处理,3、卡钻 钻头必须合乎规格；及时修孔；使用适宜的泥浆保持孔壁稳定；在松软地层钻进时不得进尺过快。,凿井常见事故的预防和处理,4、钻具折断或脱落 合理选用钻具，并仔细检查其质量；钻进时保持孔壁圆滑、孔底平整，以消除钻具所承受的额外应力；卡钻时，应先排除故障再进行提升，避免强行提升；根据地层情况，合理选用转速、钻压等钻进参数。,第五节 江河取水构筑物浮运沉箱法施工,在江河中修建取水构筑物工程的施工方法，可以采用围堰法、浮运沉箱法。 围堰法：是指用围堰圈隔基坑，并在抽干堰内水量条件下进行修建。 浮运沉箱法：当修建取水构筑物较小，河道水位较深，修建施工围堰困难或工程量很大不经济时，适宜采用此法。,一、浮运沉箱法的施工特点,取水口构筑物常采用钢筋混凝土制作，结构形式有两种：取水口结构是一个整体沉箱；取水口为装配式结构 。,浮运沉箱法的施工特点,(1)受江河的流量、流速、水位等特性变化的影响很