给水排水工程施工中国建筑工业出版社目录n第九章 沉井工程n第一节 井筒的构造n第二节 下沉计算n第三节 井筒制作n第四节 井筒下沉n第五节 井筒下沉的质量检查与控制n第六节 沉井的抗浮n第七节 井筒的封底n第十章 地下构筑物防水 n第一节 排水措施n第二节 防渗措施第九章 沉井工程第一节 井筒的构造n 沉井施工过程如图9-1所示，首先，在地面上 制作井筒，然后在井筒内挖土，由于井筒底部的 土被挖空，井筒靠自重或附加菏载，克服井筒外 壁与土之间的摩擦力，逐渐下沉直到与设计标高 一致最后浇筑混凝土底板。在沉井施工结束后， 再进行上部土建工程。n 沉井的井筒大多为钢筋混凝土结构，有时也 采用砖、石结构。井筒的横断面有圆形、矩形式 椭圆形。有时，由于工艺的需要，横断面为网格 状。为了提高井筒结构的强度及刚度，有时设置 圈梁或底梁。因为井壁所受土压力随深度而n增加，所以，井壁也可做成变截面的。为此，纵 断面大多为阶梯形，如图9-2所示。井简内壁与底 板相接处，应考虑设置环形槽或牛腿，以提高井 筒与底板的结合力，并可提高底部的防渗性能。 为便于下沉，底部呈刃脚状，并用角钢加固，如 图9-3所示。n 为使井筒满足工艺的需要，常在内部设置平 台、楼梯、水平隔层等，可在下沉后修建，也可 在井筒制作时同时完成。但在刃脚范围的高度内 ，不得有影响施工的任何细部布置。n 井筒下沉过程中，可能产生土体的破坏， 如图9-4所示。给排水工程中，一般下沉深度小于n20m，若在软土层下沉时，破坏棱体范围可按土坡 稳定方法计算，即：n l=Htg(45-/2) (9-1)n式中 土的内摩擦角。n 土破坏棱体是由于井筒下沉过程中，井壁四 周的土涌人井内造成的。由于下沉时井内、外土 面的高差、或地下水动水压力的作用，都会导致 井外土内涌，使井周土体破坏。井外壁做成阶梯 形，能使井周土塌向井壁。下沉时倾斜校正，也 会使井周土松散而涌入土内。n 土体破坏的范围还与施工方法和井筒平面形 状有关。当土的破坏棱体范围内有已建构筑物n时，应采取措施以保证构筑物安全，并对构筑物 进行沉降观测。第二节 下沉计算n 井筒下沉前，应了解水文及地质情况，因为 下沉的条件是井简必须克服井壁与土之间的摩擦 力和地层对刃脚的反力。此外，地下水位的高低 ，也会对井筒产生不同程度的浮力。n 井壁与土之间的摩擦力可按以下两种方法计 算：一种是摩接力随上的深度而增加，并且在深 5m时，达到最大值，5m以外保持常值；另一种是 摩擦力随土深而增加，在刃脚台阶处达到最大值 ，其余即为常值。根据对若干沉井的观察，后一 种较为符合实际。n 井筒下沉应满足下式，见图9-5所示。nG-BT+Rn KfDh+0.5 (H-h)+R (9-2)n式中 G井筒重(t)；n B井简所受浮力(t)；n T井壁与土间摩擦力(t)；n R刃脚反力(t)；n K下沉系数，取1.151.25；n f摩擦系数(t/m2)；n D井筒外径(m)；n H井筒高(m)；n h刃脚高(m)。n 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，穿越不同土 层，会产生不同反力。n 如果将各种底面和斜面的土方挖空，则R0 。n 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：n (9-3)n式中 f1,f2fn各层土与井壁的摩擦系数；n n1，n2nn各土层厚度。n 经测定，f值可参用：(1)混凝土与粘土f 1.5t/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f 3.5t/m2。n K称稳定系数，若K1，说明沉井是稳定的， 不会自行下沉。n 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或气套n方法以减少摩擦阻力。第三节 井筒制作n 井筒制作可分为现浇式和装配式两种，一般 在原地面制作。有时为了减少开挖土方量，也可 在基坑内制作。在水中施工时，除在下沉地点筑 岛制作井筒外，也可在陆地上制作，然后浮运到 下沉地点。n 井筒分为一次制作和分段制作两种情况，分 段制作用于分段下沉，即制作一段，下沉一次。 此法有利于在施工中的控制，并可减少模板储备 量。一次制作即一次下沉，仅适用于高度不大的 井时，由于避免了多次下沉工作的互相交替，所 以，工期可缩短，由于井筒没有施工缝，从而n提高了结构的整体性和抗渗性能。n 一、基坑开挖及处理n 沉井采用在基坑内制作有以下优点；减少从 地面算起的浇筑高度，便于垂直运输；减少下沉 时井筒内的挖方量；易于清除表土层中的障碍物 ，降低轻型井点系统总管埋设标高，增加降水深 度等。基坑标高以在地下水位以上0.5m为宜，使 坑底具有一定的承裁能力。n 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 进行地基处理或增加受力面积。n 当原地基承载力较大时，可进行浅层处理， 即在与刃脚底面接触的地基范围内，进行原土夯 实，铺砂、级配砂石或灰土垫层等处理，垫层厚 度一般为3050cm。此称无垫木法。n 若坑底承载力较弱，应在人工垫层上设置垫 木，用以增加受力面积，所需垫木的面积应符合 下式要求：n FQ/P0 (9-4)n式中 F垫木面积(m2)；n 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)；n Q0地基承载力标准值(t/m2)。n 垫木铺设情况如图9-6所示。通常先铺设圆形 井筒纵横轴的四点或方形井筒的四角，然后按间 距铺设其他垫木。垫木面必须抄平，垫木之间用 砂石找平。垫木在沉井下沉前拆除，并在垫木拆 出处筑以砂垫层或砂卵石层，浸水沉实拉平。垫 木应对称撤除。矩形沉井应先拆除中间垫木，再 撒出四角垫木。n 有时也可在刃脚下部浇筑C8级厚度为10cm的 素混凝土来加大地基的受力面积。n 在沼泽地区或深度不大的水中，采用筑岛方 法制作井下沉井筒。岛的面积应满足施工的需要 ，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0.751m ，并考虑风浪高度。筑岛宜用砂卵石土，n水深小于1.5m，流速不大于0.5m/s时，筑岛可直 接抛土而不需围堰。当水深和流速较大时，可将 岛筑在板桩围堰内。n 二、混凝土井筒的制作n 现场浇筑混凝土井筒的方法与一般钢筋混凝 土构筑物施工相同。采用预制钢筋混凝土壁板装 配时，壁板厚度如表9-1所列。混凝土级别不低于 C28，壁板间的连接与装配式水池施工相同。第四节 井筒下沉n 井筒混凝土强度达到设计强度的70%以上时方 可开始下沉。下沉前要对井壁各处的预留孔洞进 行封堵。对没有垫木(或混凝土)的井筒，应对称 地拆除。n 在有地下水的情况下，井筒下沉有两种方法 ，即排水下沉和不排水下沉。n 一、露水下沉n 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 人工降低地下水位的方法。排水下沉应用于n弱透水层，而且现场具有排水出路。采用排水下 沉挖土深度便于控制，下沉偏差容易纠正，亦易 处理孤石等障碍物，与人工降低地下水位相比， 此种排水方法工作条件较差。明沟排水阮时，根 据井筒下沉深度，将水泵放在筒顶支架的平台上 ，或放在井壁内预留支架上，如图9-7所示。大型 井筒下沉采用明沟排水时，可设置多台水泵，见 图9-8所示。n 在遇到细颗粒非弱透水层时，当井筒下沉较 深，明沟排水使井筒外的地下水动水压力差增大 时，能导致流砂涌入井内，使挖方量增加，并造 成周围地层中空，引起地面沉陷。n 为了避免明沟排水的上述缺点，可采用人工 降低地下水位法施工，如图9-9所示。通常井点管 布置在井筒外原地面或降低地面高程后的基坑n内。当下沉深度较大时，井点管也可布置在井内 。n 在流砂现象严重或沼泽地区，可采用冻结法 施工。n 井筒内挖土一般采用合瓣式挖土机，如图9- 10所示，土斗在井中部挖土，四周由人工挖土， 土方全部由挖土机运出。n 沉井高度较大无法采用合辨铲时，可在井筒 壁上安装台令扒杆，用抓斗挖土。n 大面积的井筒，挖土机械可进入井内开挖土 方。垂直运土工具，有少先式起重机、台今扒杆 、卷扬机等。卸土地点距井壁一般不小于20m，n以免因堆土过近使井壁土方坍塌，导致下沉摩擦 力增大。n 台今扒杆，见图9-11所示。安装在井壁上。 这种运土设备使用方便，不占井口面积，扒杆旋 转后，即可卸土，改变扒杆倾角可达较大的工作 范围。扒扦的起重索由卷扬帆控制。n 桅杆起重杆出土形式见图9-12所示。n 采用水枪冲泥和水力吸泥机排泥进行排水下 沉，如图9-13所示。高压水供水枪冲泥，同时又 供给水力吸泥机(见图9-14)，把泥浆排出井筒外 。n 水枪由直管和喷嘴组成。水枪宜径一般为 63100mm，喷嘴直径为1012mm。高压水通过高压 胶管由喷嘴射出。冲击效率取决于土质、喷射距 离与方向、水流在喷嘴出口处的压力和散射状况 以及操作水平。水枪的供水压力见表9-2所列。n 人工挖土应沿刃脚四周均匀而对称地进行， 以保持井筒均匀下沉。n 人工开挖方法，只有在小型沉井，下沉深度 较小、机械设备不足的情况下采用。在细颗粒土 层内挖土比容易产生流砂现象。因此在地下水量 较大、水位较高的粉、细砂层，经常采用不排水 下沉的方法施工。n 二、不排水下沉n 不排水下沉是在水中挖土。当排水有因难或 在地下水位较高的粉、细砂层采用排水下沉，会 产生严重流砂地区沉井、或必须防止沉井周围地 面和建筑物沉陷时，应采用不排水下沉的施工方 法。为了避免流砂现象和防止井筒附近地面沉陷 ，井中水位应与原地下水位相同，有时还可向井 内注入使井内水位稍高于地下水位。n 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，水枪沿n井壁布置，冲动刃脚部分的土。有时也可由潜水 员辅助挖土。n 合瓣式抓铲挖土时，大颗粒的砂、石由铲斗 挖出后，泥砂将沉于井底，再用吸泥机抽出。n 三、触变泥浆套沉井n 为了减少井筒下沉的摩擦力，可采用泥浆套 施工法，即在井壁与土之间注入触变泥浆。由于 摩擦力的减少，尚可减薄筒壁厚度，降低工程造 价。n 为了造成泥浆套，井筒制作时在井壁内先埋 入泥浆管，井筒下沉比泥浆从刃脚台阶处的通道 口向外挤出，如图9-15所示。n 为了防止泥浆直接喷射至土层，并使泥浆分 布均匀，在压浆管的出口处设置泥浆射口围圈， 如图9-16所示。n 为了在井并筒下沉过程中储备一定数量的泥 浆以补充泥浆套失桨。同时，预防地表土滑塌， 在井壁上沿处设置泥浆地表围圈，地表围圈用薄 钢板制成，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。n 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 艺而选定。在饱和的粉、细砂层下沉时，容易翻 砂，引起泥浆漏失。因此，泥浆的粘度及静切力 都应较高，但粘度及静切力均