市政工程水工程构筑物施工技术方案

1、市政工程水工程构筑物施工技术市政工程水工程构筑物施工技术4.3 4.3 沉井施工沉井施工4.3.14.3.1概述概述什么叫沉井施工？什么叫沉井施工？ 在开挖土方的过程中，将事先制作好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。下深度，并服务于设计的目的。 1) 1)沉井施工的沉井施工的作用作用 沉井施工是修筑地下工程和深埋基础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。工程的重要施工方法之一。 在给水排水工程中在给水排水工程中, ,沉井施工常用于沉井施工常用于: :取水构筑物、排水泵站、大型集水井、

2、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。盾构和顶管工程的工作井施工等。 2) 2)沉井施工的主要特点沉井施工的主要特点 (1)(1)沉井壁可作为深埋构筑物的墙壁沉井壁可作为深埋构筑物的墙壁, ,并能并能起到挡土、挡水的作用起到挡土、挡水的作用, ,节约支撑用料。节约支撑用料。 (2)(2)占地面积少占地面积少, ,并能节约大量的挖方。并能节约大量的挖方。 (3)(3)施工过程施工过程对附近的构筑物影响小。对附近的构筑物影响小。 (4)(4)适于地下水位高适于地下水位高, ,涌水量大的情况进行涌水量大的情况进行施工。施工。 3) 3)沉井施工的一般操作程序沉井施工的一般操

3、作程序 井筒预制井筒预制 井筒就位井筒就位 开挖土方开挖土方 井筒下沉：井筒下沉： (1)(1)井筒一般预制井筒一般预制( (接地或现场附近接地或现场附近) )。 (2)(2)井筒沉放好以后井筒沉放好以后, ,即可在筒内挖土。即可在筒内挖土。 (3)(3)井筒依靠自重下沉。井筒依靠自重下沉。 (4)(4)达到设计深度后达到设计深度后, ,浇筑混凝土垫层和底浇筑混凝土垫层和底板板. .沉井下沉的深度沉井下沉的深度, ,一般为一般为7-20m7-20m。4.3.2 4.3.2 沉井的一般构造沉井的一般构造 沉井的组成部分包括沉井的组成部分包括: : 井筒井筒: :一般为钢混结构一般为钢混结构, ,

4、也可用其他材料也可用其他材料, ,必必须有较大强度（抗拉、剪、压）。须有较大强度（抗拉、剪、压）。 刃脚刃脚: :其作用是井筒下沉时减少切土阻力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。刃脚部分可用角钢加固。 横梁、隔墙等横梁、隔墙等：横梁是为了增加井筒的：横梁是为了增加井筒的刚度而设，也可作为隔墙。刚度而设，也可作为隔墙。 底板底板：是沉井下部与井壁连接的整体部：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。分，底板与井壁预留的凹槽契合连接。 沉井的类型有沉井的类型有: :单孔、多孔、圆形、矩单孔、多孔、圆形、矩形、菱形、阶梯型等。形、菱形、阶梯型等。4.3.

5、3 4.3.3 沉井的施工计算沉井的施工计算1 1）摩阻力的计算）摩阻力的计算 以圆形井筒为例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土体作用在沉井外壁上单位面积上的摩阻力摩阻力f f（KN/mKN/m2 2）可由现场测定，或参）可由现场测定，或参照有关资料确定。照有关资料确定。土壤的类别土壤的类别F F（KN/mKN/m2 2）砂卵石砂卵石砂砾石砂砾石砂土砂土硬塑粘性土硬塑粘性土可塑软塑粘性土可塑软塑粘性土流塑粘土、粘土流塑粘土、粘土181830301515202012122525252549491212252510101212表表 土体作用在沉井外壁的单位面积上的摩阻力土体

6、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加权平均值式中：式中： 第第I I层的单位面积摩阻力（层的单位面积摩阻力（ ） 第第I I层土的厚度（层土的厚度（m m） n n土的层数土的层数20(/)fKN m101nisiinsiif hfhif2/KN msih 土体作用在沉井上的总摩阻力为土体作用在沉井上的总摩阻力为 2(/)fTKN m1() (5)(2.5)21()2fTDfHsDf HDf hH h式中：式中： 井筒下沉高度井筒下沉高度 沉井刃脚外壁直径（沉井刃脚外壁直径（m m） f f刃脚

7、壁单位面积摩阻力（刃脚壁单位面积摩阻力（ ） h h刃脚高度刃脚高度HD2/KNm 2 2） 沉井下沉计算沉井下沉计算 沉井按自重下沉设计，必须满足沉井按自重下沉设计，必须满足式中：式中： 沉井自重（）沉井自重（） 沉井承受的水的浮力（）沉井承受的水的浮力（） 沉井外壁承受的土的总摩阻力（）沉井外壁承受的土的总摩阻力（） 下沉系数（取下沉系数（取1.051.051.151.15）（过小难）（过小难下沉，过大沉降快！）下沉，过大沉降快！）f wsfGPkTGf wPfTsk3 3） 沉井内涌水量计算沉井内涌水量计算 式中：式中： 沉井内涌水量（）沉井内涌水量（） 土的渗透系数（）土的渗透系数（）

8、 地下水面至沉井底的深度（地下水面至沉井底的深度（m m） 沉井刃脚的周长（沉井刃脚的周长（m m） q q单位长度渗透量单位长度渗透量QK H v q QKHv土层类别土层类别渗透系数渗透系数（m/dm/d）砂卵石、砂砾石砂土砂质粘土粘质粘土粘土1001005005005 51001000.050.050.10.10.10.10.50.50.0050.005渗透系数经验值渗透系数经验值 4.3.44.3.4 沉井的施工沉井的施工1 1） 沉井施工的顺序沉井施工的顺序 一般有两种方法：一般有两种方法： 一次制作一次下沉一次制作一次下沉（井筒一次制作完毕）（井筒一次制作完毕） 井筒制作与下沉交替

9、进行井筒制作与下沉交替进行 一次下沉的施工顺序一次下沉的施工顺序 施工准备井筒制作挖土、下沉浇筑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底板养护井内及上部施工2 2） 沉井下沉沉井下沉沉井下沉准备沉井下沉准备（1 1）拆除井筒刃脚模板及垫木；（对称）拆除井筒刃脚模板及垫木；（对称）（2 2）封堵井壁所有预留空洞，并在外壁用）封堵井壁所有预留空洞，并在外壁用水泥砂浆抹面水泥砂浆抹面（3 3）安装并检查降、排水系统）安装并检查降、排水系统（4 4）井筒放线定位（四个方向）井筒放线定位（四个方向）（5 5）备好下沉时需要的挖土，出土、运土）备好下沉时需要的挖土，出土、运土机械、设备机械、

10、设备（6 6）设置沉降变形观测点）设置沉降变形观测点下沉施工方法下沉施工方法： （1 1）排水挖土下沉法）排水挖土下沉法 适用于涌水量较小，沉井所穿过的土适用于涌水量较小，沉井所穿过的土层相对稳定，且排水总量对附近构筑物层相对稳定，且排水总量对附近构筑物或管线不会有影响。或管线不会有影响。 排水方法有：排水方法有： 明沟排水法明沟排水法, , 井点排水法井点排水法, , 挖土方法：挖土方法： 无论采用何种方法，其基本要求是：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。每次挖刃脚时，必须对称地均匀开挖。每次挖深控

11、制在深控制在30cm30cm左右。中央部分的土面始左右。中央部分的土面始终高于四周土方终高于四周土方30cm30cm以上。以上。 排水挖土下沉法的主要优点：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便；沉井过程清楚，可尽早发现可能出现的问题。的问题。（2 2）不排水挖土下沉）不排水挖土下沉 当涌水量很大，或采用降水施工会影响附当涌水量很大，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。近构筑物安全时，则带水下沉施工。. .抓斗挖土抓斗挖土 抓斗在井筒中央挖土，使之形成锅底状，抓斗在井筒中央挖土，使

12、之形成锅底状，当挖深超过刃脚当挖深超过刃脚1 11.5m1.5m时，刃脚会将其下时，刃脚会将其下的土挤向井中央而下沉。的土挤向井中央而下沉。. .高压水枪挖土高压水枪挖土 用高压水枪冲刷井底的土层，使之形成用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。出。水泥冲挖时，也应距刃脚一定距离。（3 3）配重下沉）配重下沉 当井筒的自重小于沉井外壁与土体之间的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（摩擦力时，可在沉井上配重（g g）加载，使）加载，使之下沉：之下沉：（4 4）触变泥浆套沉井

13、）触变泥浆套沉井 在井壁与土体之间注入触变泥浆，形成环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。套状，以减少井筒与土体之间的摩擦力。ffwsgTGPK3 3）井筒下沉观测）井筒下沉观测观测要点观测要点 （1 1）在挖土时，要随时观测井筒垂线的在挖土时，要随时观测井筒垂线的垂直度；垂直度； （2 2）对沉井位置、标高、垂直度进行综对沉井位置、标高、垂直度进行综合观测，每班至少两次，并详细记录；合观测，每班至少两次，并详细记录； （3 3）一旦发现倾斜、位移，应及时进行一旦发现倾斜、位移，应及时进行纠偏。纠偏。井筒垂线倾斜度观测井筒垂线倾斜度观测 在井筒内侧的四个方向

14、分别设在井筒内侧的四个方向分别设4 4个垂球，个垂球，垂球锥尖对准表盘中心。据垂球偏离表盘中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的倾斜情况。心及偏离方位即可确定井筒的倾斜情况。 沉井下沉量观测沉井下沉量观测 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。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。也可以用水准仪或激光水平仪进行测量。4 4）沉井的纠偏）沉井的纠偏 沉井倾斜沉井倾斜 （1 1）倾斜的原因倾斜的原因 a a沉井四周土质不均匀沉井四周土质不均匀 b b井内挖土

15、不均匀井内挖土不均匀 c c刃脚局部遇障碍物刃脚局部遇障碍物 d d沉井四周的荷载不均匀沉井四周的荷载不均匀 （2 2）纠偏方法）纠偏方法 a.a.挖土纠偏：在下沉慢的一侧多挖土。挖土纠偏：在下沉慢的一侧多挖土。 b.b.射水纠偏：在下沉慢的一侧沉井筒外射水纠偏：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。壁注射压水，使之成为泥浆，减少压力。 c.c.局部增荷纠偏：用铁块或砂袋在下沉局部增荷纠偏：用铁块或砂袋在下沉慢的一侧加荷载。慢的一侧加荷载。 d.d.排障纠偏：取出刃脚下的障碍物。排障纠偏：取出刃脚下的障碍物。 e.e.调整井筒外的荷载（为弃土、堆物等）调整井筒外的荷载（为弃

16、土、堆物等）5 5）防止下沉过快的措施）防止下沉过快的措施 下沉过快的原因下沉过快的原因 （1 1）遇软弱土层，有时不挖土也下沉）遇软弱土层，有时不挖土也下沉 （2 2）沉井外壁的土体遭受水浸泡）沉井外壁的土体遭受水浸泡 （3 3）遇土洞等）遇土洞等 处理方法处理方法 （1 1）减少挖土量、控制下沉速度减少挖土量、控制下沉速度 （2 2）事先对软土层进行加固事先对软土层进行加固 （3 3）在井筒外壁四周加粗糙填料，或夯在井筒外壁四周加粗糙填料，或夯实土层实土层 （4 4）施工方法施工方法改为不排水下沉，使井筒改为不排水下沉，使井筒增加浮力。增加浮力。4.3.5 4.3.5 沉井封底沉井封底 1

17、 1）排水封底（干封底）排水封底（干封底） 一般采用快硬水泥封底，但地下水涌一般采用快硬水泥封底，但地下水涌上的时间要有上的时间要有4h4h（排水措施）。（排水措施）。 2 2）不排水封底（带水封底）不排水封底（带水封底） 用混凝土导管法施工（出水口）。用混凝土导管法施工（出水口）。4.4管井施工管井施工管井是垂直安装在地下的取水构筑物，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，提供洁净用于收集（或连通）地下水，提供洁净水源。水源。管井的构造包括：井壁管、滤水器、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。沉淀管、填砾层和井口封闭层。4.4.1管井的施工方法管

18、井的施工方法机械钻井：机械钻井：专用钻机，深度可以达到专用钻机，深度可以达到30米；米；适合岩石地区施工。适合岩石地区施工。人工凿井：人工凿井：采用人工方法挖掘，深度在采用人工方法挖掘，深度在10米左右；米左右；适合在河床阶地施工。适合在河床阶地施工。1、管井施工顺序、管井施工顺序1）施工准备）施工准备井位选择：含水层、障碍物、周围环境井位选择：含水层、障碍物、周围环境条件准备：水、电、路、通讯、地基条件准备：水、电、路、通讯、地基材料准备：砾石、黏土、管材、钻具、材料准备：砾石、黏土、管材、钻具、油品等油品等配套设施：泥浆池、沉淀池配套设施：泥浆池、沉淀池2）护壁与冲洗）护壁与冲洗（1）泥浆

19、护壁作业）泥浆护壁作业泥浆的作用：泥浆的作用：在凿过程中，泥浆循环可以起到护在凿过程中，泥浆循环可以起到护壁、携砂、冷却和润滑的作用。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，起使用矿物成份越多，含砂量越少，起使用效果就越好。效果就越好。泥浆的制备：泥浆的制备：首先用洁净淡水浸泡首先用洁净淡水浸泡1小时；小时；确定泥浆的合理配方；确定泥浆的合理配方；用泥浆搅拌机进行搅拌；用泥浆搅拌机进行搅拌；调配需要的多种泥浆备用；调配需要的多种泥浆备用；可投加适量碱来调节泥浆黏度；可投加适量碱来调节泥浆黏度；可投加适量重晶石来调节泥浆密

20、度。可投加适量重晶石来调节泥浆密度。泥浆的使用：泥浆的使用：遇易坍塌岩层时，使用密度相对大的遇易坍塌岩层时，使用密度相对大的泥浆；泥浆；随时观察泥浆的指标，调整泥浆配比；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。要防止泥浆堵塞含水层，影响取水。（2）套管作业护壁）套管作业护壁套管下沉的方法：套管下沉的方法：自重下沉：浅井、松散岩石；自重下沉：浅井、松散岩石；人力下沉：旋转、锤击人力下沉：旋转、锤击千斤顶助力下沉：提升千斤顶助力下沉：提升重力下沉重力下沉套管适应条件：套管适应条件：泥浆护壁无效的地层施工；泥浆护

21、壁无效的地层施工；井深较浅的条件；井深较浅的条件；采用半机械化施工时；采用半机械化施工时；施工缺水的地区施工。施工缺水的地区施工。套管护壁的特点：套管护壁的特点：护壁效果好；护壁效果好；无需用水操作；无需用水操作；可保证含水层的透水性；可保证含水层的透水性；可实现分层抽水。可实现分层抽水。需要大量套管；需要大量套管；造价成本高；造价成本高；施工技术要求高。施工技术要求高。（3）清水水压作业护壁）清水水压作业护壁工作原理：工作原理：向钻井孔中注入水，并形成一定的压向钻井孔中注入水，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，从的压力，并使井壁产生向外的压力，从而达到护壁的目的。而达到护壁的目的。主要特点：主要特点：适合用于结构稳定的粘性土和松散地层；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；施工地点水源充足；施工简单；施工简单；钻井和洗井效率高；钻井和洗井效率高；成本相对较高；成本相对较高；护壁效果不长久。护壁效果不长久。3）凿井机械与钻进）凿井机械与钻进（1）冲击钻进）冲击钻进*线索式冲击钻机线索式冲击钻机*钻杆式冲击钻机钻杆式冲击钻机（2）回转钻进）回转钻进（3）锅锥钻进）锅锥钻进4）井管的安装工作步骤）井管的安装工作步骤（1）准备工作）准备工作（2）下管）