用于海淤土真空预压处理的砂井系统及施工方法技术领域
本发明主要涉及海淤土地基处理技术领域，具体是一种用于海淤土真空预压处理
的砂井系统及施工方法。
背景技术
在我国沿海地区广泛分布着海相淤泥土，由于这种土强度低、压缩性高、透水性
差，在建筑物荷载下会产生很大的沉降和不均匀沉降，从而影响建筑物的正常使用；
此外，海淤土地基承载力和稳定性不够，不能满足工程要求。因此通常需要采取处理
措施，真空预压法是处理海淤土地基的有效方法之一。真空预压法需要先在软土地基
上打设垂直排水通道，通常为砂井或塑料排水板。垂直排水通道除了具有改变地基原
有的排水边界条件、缩短排水路径、加快软土固结等功能外，还有传递真空压力的作
用。
传统的砂井在传递真空压力上有一定的局限性，排水效果不是很好，若单一地采
用塑料排水板则会面临通水量不大，预压过程中因沉降使排水板发生弯曲，工后排水
量大大降低的问题。以上因素往往造成真空预压海淤土无法取得良好的加固效果，此
外传统的砂井和砂垫层需要大量的河砂，成本较高，密封性不好，而且会造成砂资源
的极大浪费。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种能够
显著增加密封效果，增强排水通道、结构简单、成本低廉的用于海淤土真空预压处理
的砂井系统及施工方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
用于海淤土真空预压处理的砂井系统，包括若干个砂井，所述砂井上方设有砂垫
层，砂井内设有与砂井同轴心的钢丝透水软管，钢丝透水软管的管体周围均匀布置透
水孔，砂垫层内部设有滤管系统，钢丝透水软管顶端连接滤管系统，滤管系统连接至
外部的抽真空装置。
所述钢丝透水软管外部包有反滤土工布，钢丝透水软管底端堵有橡胶封口塞。
所述砂井和砂垫层内填充镍铁矿渣，所填充的镍铁矿渣颗粒中直径大于5mm的占
颗粒总数的50％以上，且渗透系数不小于5×10-3cm/s。
所述砂井和钢丝透水软管均呈梅花形布置。
所述滤管系统包括呈网状设置的主管和滤管，滤管过竖向连接件连接钢丝透水软
管，主管通过法兰组件连接抽真空装置。
所述法兰组件包括相互连接的膜内法兰盘和膜外法兰盘，所述膜内法兰盘设置在
各主管出口处，所述膜外法兰盘连接抽真空装置，在膜内法兰盘与膜外法兰盘之间设
有密封膜。
所述主管和滤管均采用PVC管，在滤管上均匀设有孔洞且外部包有反滤土工布。
所述砂垫层上表面从下至上依次铺设有针刺无纺土工布、密封膜、针刺无纺土工
布。
所述砂垫层四周设有密封沟，密封沟内放置密封膜后由粘土分层回填。
使用上述用于海淤土真空预压处理的砂井系统的施工方法，包括如下步骤
1)完成砂井钻孔，按梅花形布置，用反滤土工布将钢丝透水软管管体表面包好，
用橡胶封口塞将钢丝透水软管底端封堵，与钻孔中心同轴安装好钢丝透水软管；
2)向砂井钻孔中填充镍铁矿渣，使其充满钻孔，全部砂井施工完成后，用相同的
镍铁矿渣铺设一层砂垫层；
3)在上述砂垫层上铺设滤管系统，将钢丝透水软管顶端与滤管连接好，用反滤土
工布将滤管周身包好，将主管与滤管之间通过二通、三通和四通进行连接；
4)在各个主管出口处连接一个膜内法兰盘，其上布置螺杆，连接完毕后再用镍铁
矿渣在滤管系统上部铺设一层砂垫层，在砂垫层四周挖好密封沟；
5)砂垫层上表面从下到上依次铺设针刺无纺土工布、密封膜、针刺无纺土工布；
6)在膜内法兰盘上安装一个膜内密封橡胶垫圈，将密封膜穿过固定的螺杆置于膜
内法兰盘上，再将膜外密封橡胶垫圈和膜外法兰盘置于密封膜上，加上螺栓拧紧，将
膜外法兰盘通过钢丝橡胶软管与抽真空装置相连；
7)将密封膜放入到密封沟中，使密封膜紧贴沟壁，并将密封膜放置沟底，用粘土
分层回填，完成整个施工过程。
本发明的有益效果：
1、本发明可用于海淤土真空预压处理，针对传统砂井用砂量大、沿海地区砂源匮
乏的问题，本发明的垂直排水通道采用了砂井和钢丝透水软管相结合的结构，大大提
高过水断面和透水量，可以很好地传递真空压力，解决了塑料排水板弯曲后排水量降
低的问题。
2、本发明的砂垫层中的滤管和钢丝透水软管的管体均采用高强反滤土工布包裹，
钢丝透水软管底端用橡胶塞封堵，这些措施可以起到有效的反滤作用，防止泥沙进入
管内。
3、本发明的井填充物和砂垫层均采用粒径小且均匀的镍铁矿渣，有效代替了河
砂，同时变废为宝，具有一定的环保价值。
4、本发明的滤管系统结构设计合理，密封性能好，管路铺设方便简单，成本低廉。
5、本发明钢丝透水软管加工简单、成本低廉，便于现有施工机械不做太大改动的
前提下进行施工。
6、本发明密封膜上下各铺一层针刺无纺土工布可以有效解决破膜问题，使密封性
得到了保证。
7、本发明的密封沟进一步保证了系统的密封性，提高了真空预压效果。
8、本发明的施工方法施工快捷、方便，施工后加固效果、密封性能良好。
附图说明
附图1为本发明总体断面结构示意图；
附图2为本发明砂井横截面结构示意图；
附图3为本发明竖向连接件结构示意图；
附图4为本发明砂井布置平面示意图；
附图5为本发明滤管系统布置示意图；
附图6为本发明连接件二通结构示意图；
附图7为本发明连接件三通结构示意图；
附图8为本发明连接件四通结构示意图；
附图9为本发明主管与抽真空装置连接示意图；
附图10为附图1中I部结构放大图。
附图中所示标号：1、砂井；2、钢丝透水软管；3、镍铁矿渣；4、橡胶封口塞；5、
砂垫层；6、滤管系统；7、主管；8、滤管；9、抽真空装置；10、密封沟；11、二通；
12、三通；13、四通；14、膜内法兰盘；15、膜外法兰盘；16、螺杆；17、粘土；18、
密封膜；19、竖向连接件；20、反滤土工布；21、针刺无纺土工布；22、膜内密封橡
胶垫圈；23、膜外密封橡胶垫圈；24、螺栓；25、法兰组件。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说
明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，
本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附
权利要求书所限定的范围。
如附图中所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统，包括若干个砂井1，所述
砂井1上方设有砂垫层5，砂井1内设有与砂井1同轴心的钢丝透水软管2，钢丝透水
软管2的管体周围均匀布置透水孔，砂垫层5内部设有滤管系统6，钢丝透水软管2
顶端连接滤管系统6，滤管系统6连接至外部的抽真空装置9。
所述钢丝透水软管2外部包有反滤土工布20，钢丝透水软管2底端堵有橡胶封口
塞4。
所述砂井1和砂垫层5内填充镍铁矿渣3，所填充的镍铁矿渣3中颗粒直径大于
5mm的占颗粒总数的50％以上，且渗透系数不小于5×10-3cm/s。
所述砂井1和钢丝透水软管2均呈梅花形布置。
所述滤管系统6包括呈网状设置的主管7和滤管8，滤管8通过竖向连接件19连
接钢丝透水软管2，主管7通过法兰组件25连接抽真空装置9。
所述法兰组件25包括相互连接的膜内法兰盘14和膜外法兰盘15，所述膜内法兰
盘14设置在各主管7出口处，所述膜外法兰盘15连接抽真空装置9，在膜内法兰盘
14与膜外法兰盘15之间设有密封膜18。
所述主管7和滤管8均采用PVC管，在滤管8上均匀设有孔洞且外部包有反滤土
工布20。
所述砂垫层5上表面从下至上依次铺设有针刺无纺土工布21、密封膜18、针刺无
纺土工布21。
所述砂垫层5四周设有密封沟10，密封沟10内放置密封膜18后由粘土17分层
回填。
如附图1所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统，
主要由砂井1、钢丝透水软管2、砂垫层5、滤管系统6和抽真空装置9构成，钢
丝透水软管2与砂井1中心同轴布置，在具体实施过程中，砂井1直径为25cm，深度
为20～25mm，钢丝透水软管2外径为3in，其长度与砂井1大致等长，砂井1和钢丝
透水软管2的布置采用如附图4中所示的梅花形，各砂井1之间的孔间距是1.5m，在
钢丝透水软管2的管体上均匀加工透水孔，作为一种优选方案，在钢丝透水软管2外
部包有一层高强度反滤土工布2，然后将其底端用橡胶封口塞4封堵，以便达到有效
的反滤作用，然后将钢丝透水软管2的上端连接至滤管系统6，滤管系统6设置在砂
垫层5内部的中间位置，由于抽真空装置9通过滤管系统6进行真空预压排水处理，
该结构能够较好的传递针孔压力，提高排水效果；
为了增加本砂井系统的密封性，在砂垫层5四周设置密封沟10，密封沟10呈梯
形结构，深1.4m，上宽980mm，下宽500mm，在密封沟10前部设置土堤，土堤高
600mm，宽600mm；将密封膜18上下各铺一层针刺无纺土工布21，铺好后放入密封
沟10沟底，用粘土17分层压实。
如附图2所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统的砂井横截面示意图，砂井
1和砂垫层5用一定粒径的镍铁矿渣3填充，镍铁矿渣3要求粒径小且均匀，颗粒直
径大于5mm的颗粒数量占总数量的50％以上，颗粒的渗透系数不小于5×10-3cm/s，
砂垫层5分两次铺设，以便将滤管系统6设置在唉砂垫层5内部，砂垫层厚度为40cm，
用镍铁矿渣3代替原河砂填充，其成本低廉，密封性能好，不会造成砂资源浪费，同
时具有环保的优点。
如附图5所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统的滤管系统布置示意图，主
管7和滤管8垂直交叉排列成网状结构，其均采用PVC管，壁厚4mm，管外径3in，
主管7一端直接连接抽真空装置9，其周身不开孔洞且不包反滤材料，滤管8周身开
有间距均匀的孔洞且包有高强反滤土工布20。主管7和滤管8之间的连接根据实际情
况选用三通12或四通13进行连接，三通12或四通13与各管之间通过二通11连接，
滤管8与钢丝透水软管2根据实际组合情况选用合适的竖向连接件19连接，其中竖向
连接件19结构采用如附图3中所示的二通弯头结构或如附图7中所示的T型三通结
构；
如附图6所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统中砂垫层滤管系统连接件二
通示意图，所述二通11是用螺纹钢丝橡胶软管制成，长400mm，内径稍大于主管7
和滤管8的外径，在连接过程中若有间隙，应在管壁上缠以生料带加以衬垫，外用10
号铅丝扎牢；
如附图7所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统中砂垫层滤管系统连接件三
通示意图，所述三通12用3in钢管制成，各支管长度为288mm，与各管之间用二通
11相连；
如附图8所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统中砂垫层滤管系统连接件四
通示意图，所述四通13用3in钢管制成，各支管长度为288mm，与各管之间用二通
相连。
如附图9、10所示，用于海淤土真空预压处理的砂井系统的主管与外界抽真空装
置连接示意图，在膜内法兰盘14上安装上一个膜内密封橡胶垫圈22，将密封膜18穿
过固定的螺杆16置于膜内法兰盘14上，再将膜外密封橡胶垫圈23和有五个孔的膜外
法兰盘15置于密封膜18上，加上螺栓24拧紧。膜外法兰盘15上焊接有钢管，由钢
管处通过钢丝橡胶软管与抽真空装置9相连。
使用上述用于海淤土真空预压处理的砂井系统的施工方法，其具体包括如下步骤
1)完成砂井1钻孔，钻孔直径25cm，深度20～25m，按梅花形布置，间距1.5m，
用反滤土工布20将钢丝透水软管2管体表面包好，用橡胶封口塞4将钢丝透水软管2
底端封堵，与钻孔中心同轴安装好钢丝透水软管2；
2)向砂井1钻孔中填充镍铁矿渣3，使其充满钻孔，全部砂井1施工完成后，用
相同的镍铁矿渣3铺设一层20cm厚的砂垫层5；
3)在上述砂垫层5上铺设滤管系统6，将钢丝透水软管2顶端与滤管8连接好，
用反滤土工布20将滤管8周身包好，将主管7与滤管8之间通过二通11、三通12和
四通13进行连接；
4)在各个主管7出口处连接一个膜内法兰盘14，其上布置螺杆16，连接完毕后
再用镍铁矿渣3在滤管系统6上部铺设一层20cm厚的砂垫层5，在砂垫层5四周挖好
密封沟10，在密封沟10一侧设置一土堤，其中密封沟10呈梯形结构，深1.4m，上宽
980mm，下宽500mm，土堤高600mm，宽600mm；
5)砂垫层5上表面从下到上依次铺设针刺无纺土工布21、密封膜18、针刺无纺
土工布21；
6)在膜内法兰盘14上安装一个膜内密封橡胶垫圈22，将密封膜18穿过固定的
螺杆16置于膜内法兰盘14上，再将膜外密封橡胶垫圈23和膜外法兰盘15置于密封
膜18上，加上螺栓24拧紧，将膜外法兰盘15通过钢丝橡胶软管与抽真空装置9相连；
7)将密封膜18放入到密封沟10中，使密封膜18紧贴沟壁，并将密封膜18放置
沟底，用粘土17分层回填，完成整个施工过程。
本方法是依据海淤土真空预压处理的砂井系统而设计，使用此方法对砂井系统进
行施工，其具有施工快捷、简单、效率高的优点，且该系统施工后大大提高了过水断
面和透水量，可以很好地传递真空压力，取得良好的加固效果，从而满足建筑物的正
常使用。