气垫式分层真空管井及应用其的软弱地基降排水方法技术领域
本发明涉及一种气垫式分层真空管井及应用其的软弱地基降排水方法。用于软土
地基快速降低地下水位，通过本方法可降低施工成本，降低劳动强度，提高施工效率。属地
基处理技术领域。
背景技术
目前，建筑业大面积软土地基加固处理以及基坑开挖，均涉及到降低地下水位，以
满足降低土体含水量的要求。降低土体地下水位的方法一般采用井点降水、管井降水的方
法来实现，在这两种工艺中，其管井降水由于插入土体深度可达到20m以下，并依靠水力释
重的原理，降水深度可达到10m以下，为软土地基深层降水创造了条件，因此管井降水正在
被广泛的应用于软土地基加固处理中。
但在实施施工过程中，渗透系数对管井降水要求较高，也即是管井降水一般适宜
于渗透系数为20~200m/d土层，对渗透系数较小的淤泥质土，就无法适用。根据这一难点，为
充分发挥管井降水的长处和优点，产生了真空管井降水，即通过对管井口进行封闭，并接入
真空泵，进行真空降水。但是，在需加固深度范围内，其土质不尽相同，土层渗透系数也不尽
相同。当真空管井在真空降水的条件下，大部分真空负压消散于土质较好的土层中，在实测
真空管井的真空压力时，基本无法测得。其主要原因就是大部分的或者全部真空压力均消
失于渗透系数较好的土层中，而需要真空负压的淤泥层中，则由于淤泥质土无法得到真空
负压。或者说根本无真空负压。因此，真空管井降水对淤泥层的效果并不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可以对不同土质进行不同的降水施
工，可达到一口管井既能进行管井降水，又能满足真空降水这双重作用的气垫式分层真空
管井及应用其的软弱地基降排水方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种气垫式分层真空管井，它包括管井，所述管井的中部设置有气垫式真空管井分层
降水装置，气垫式真空管井分层降水装置包括内圈盖板和橡胶材质的气垫圈，所述内圈盖
板上设置有十字交叉布置的四个滑道，每个滑道上均设置有一块滑板，内圈盖板上设置真
空泵接管孔、真空表接管孔、电缆线和吊泵绳孔以及排水管孔，其中真空泵接管孔向上连接
真空发生管，真空表接管孔向上连接真空表管，电缆线和吊泵绳孔向上连接电缆线和吊泵
绳管，排水管孔向下连接排水连接管，排水管孔向上连接排水管，在内圈盖板两侧向下设置
有泄水管，所述气垫圈设置于内圈盖板下方，所述气垫圈外径稍大于管井的内径。
应用气垫式分层真空管井的软弱地基降排水方法步骤如下：
步骤一、组装气垫式分层真空管井
步骤二、施打管井：
3.1、施打管井根据常用施工规范进行施工；
3.2、根据规范要求施打管井完成后投入潜水泵，试运行，在管井运行正常的条件下，进
入下一步骤；
步骤三、分层真空降水
确定分层部位：根据地勘资料或根据打井过程的施工经验，确定渗透系数较差的土层
位置，投入气垫圈，当气垫圈到达管井内确定的位置后，对气垫圈进行充气，使气垫圈卡在
所需部位；
投入内圈盖板：经检查所有管路连接牢固后，将内圈盖板投入至气垫圈并盖在气垫圈
上，当内圈盖板盖在气垫圈上后，打开内圈盖板上的滑块，滑块外挡张开并卡在管井壁上，
完成内圈盖板安装后，连接真空泵，进行抽真空。
群井施工：在大面积降水施工时，有必要多口管井降水形成群井施工，这时，根据
设计要求在完成多口管井降水的条件下，对不同管井所处降水范围内不同层厚的土质条
件，采用气垫式分层真空管井进行分层抽真空，在此条件下，根据真空泵的功率确定使用真
空泵的台数，每台真空泵通过主管连接各气垫式分层真空管井。
对于气垫式分层真空管井多层降水：在实际施工过程中，如遇到多层渗透系数小
于20m/d的土层，则根据渗透系数确定设置多层气垫密封进行真空降水，其方法由下往上设
置，在所需气垫分层的部位按步骤3.1和3.2连接相应的管路，并经气垫密封后进行抽真空，
对不同深度的渗透系数小的土层进行真空降水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、实施简单，适用范围广
利用传统的降水管井，对渗透系数较差的土层，通过在管井内设置气垫式分层，形成一
管两用的功能，既利用重力降水又利用真空汲水，使需降水区域通过不同的降水方式，达到
土体含水率均匀，满足软土降排水需要。而气垫分层可根据土质的不同层，任意设置其真空
负压发生范围，扩大了管井降水的适用范围，保证了不同层厚不同土质的降水效果。
2、施工时间短，速度快，成本低
本发明与现有传统管井相比，扩大了管井降水对土质的适用性，传统管井降水适用于
土层渗透系数为20~200m/d，对渗透系数小于20m/d的土质，特别是淤泥质土根本无效，主要
原因是管井降水是依靠重力释水。采用气垫式分层管井，由于对渗透系数小于20m/d的土质
通过真空降水，且通过分层，真空负压集中于渗透系数小于20m/d的土质，因此其管井降水
的效果明显，比重力释水降水速度更快。
本发明与真空管井相比，由于真空管井降水一般用于渗透系数小于20m/d的土质，
在所需降深的范围内，土质不尽相同，当局部渗透系数较大，则大量的真空负压会由此泄
漏，造成真空管井无真空局面，使现有真空管井并无效果。而本发明通过在管井内设置分
层，对渗透系数大于20m/d的土质采用重力释水（即管井降水），对渗透系数小于20m/d的土
质采用分层隔离，进行真空负压降水。从而保证了真空管井降水仅用于渗透系数小的土层，
从而减少了降水时间，提高了降水质量。
3、环保无污染，施工场地文明
气垫式分层管井降水，所设计的分层降水装置为可重复使用装置，使用时充气，不用时
放气后即可回收，为文明施工创造条件。
4、深层降水，效率高
本发明的气垫式真空管井分层降水装置，可根据管井入土深度任意调整，不受限制，特
别是在大面积降水施工中，对群井所处不同土层，可因井而异，对各井入土范围不同深度进
行不同的设置，特别是对夹层土的加固处理，其降水效果更加明显。其真空负压可通过分层
盖板上设置的真空表显示，便于施工过程的监督和管理。因此，该方法不仅可用于土建工
程，还可用于道路、场地、地下管道等的加固处理。
本发明气垫式分层真空管井及其施工方法步骤简单，通过对不同的土层采取不同
的降水方法，达到了一井两用，既可满足不同土层的降水效果，又能对复杂地层进行多层真
空降水。因此可适应不同土质降排水施工，解决了现行管井降水、真空管井降水无法逾越的
障碍，为降低地下水位、降低土体含水量奠定了基础。
附图说明
图1为本发明气垫式分层真空管井的结构示意图。
图2为内圈盖板的示意图。
图3为气垫圈的示意图。
其中：
真空发生管1、真空表管2、电缆线和吊泵绳管3、排水管4、管井5、内圈盖板6、真空泵接
管孔6.1、电缆线和吊泵绳孔6.2、排水管孔6.3、滑道6.4、滑板6.5、气垫圈7、充气门7.1、泄
水管8、排水连接管9、潜水泵10。
具体实施方式
参见图1-图3，本发明涉及的一种气垫式分层真空管井，它包括管井5，所述管井5
的中部设置有气垫式真空管井分层降水装置，气垫式真空管井分层降水装置包括内圈盖板
6和橡胶材质的气垫圈7，所述内圈盖板6上设置有十字交叉布置的四个滑道6.4，每个滑道
6.4上均设置有一块滑板6.5，使用时只需人工将滑板通过滑道打开，顶住管井内圈即可，其
主作用是支撑内圈盖板，特别是在抽真空的条件下，当真空负压达60KPa时，该滑板支撑管
井壁，可防止巨大的吸力将内圈盖板吸脱，破坏抽真空，不使用时可将滑板通过人工操作将
滑板通过滑道收缩于内圈。
内圈盖板6上设置真空泵接管孔6.1、真空表接管孔（图中无标号）、电缆线和吊泵
绳孔6.2以及排水管孔6.3，其中真空泵接管孔6.1向上连接真空发生管1，真空表接管孔向
上连接真空表管2，电缆线和吊泵绳孔6.2向上连接电缆线和吊泵绳管3，排水管孔6.3向下
连接排水连接管9；潜水泵10位于管井5的底部，排水管孔6.3向上连接排水管4，在内圈盖板
6两侧向下设置有泄水管8，其主要作用是当气垫式真空管井分层降水装置设置在中间部位
时，上部土体内汇聚管井内的地下水，则通过该管路流入下部管井内，泄水管8其长度根据
潜水泵位置确定，使其没入水中，不受抽真空的影响（即采取水密封的方式）。
内圈盖板6上连接的真空发生管1、真空表管2、电缆线和吊泵绳管3以及排水管4；
可统一采用相同管径的管材制作，以使施工时不必认定，相互通用。
所述气垫圈7采用橡胶制作。形状如日常所用的游泳圈，所述气垫圈7设置于内圈
盖板6下方，所述气垫圈7外径稍大于管井5的内径，当管井抽真空时，内圈盖板6与气垫圈7
紧密结合，以防止漏气。同时还可利用气垫圈7卡在管井5的井壁上。气垫圈7内径可根据内
圈盖板6确定，一般可定为150mm。气垫圈上设置充气门7.1，气垫圈的作用一是对管井进行
分层用，因此充气门7.1的长度根据气垫圈入管井的深度确定，二是利用其充气后与内圈盖
板形成密封层。
应用气垫式分层真空管井的软弱地基降排水方法步骤如下：
步骤一、组装气垫式分层真空管井
步骤二、施打管井：
2.1、施打管井根据常用施工规范进行施工；
2.2、根据规范要求施打管井完成后投入潜水泵，试运行，在管井运行正常的条件下，进
入下一步骤；
步骤三、分层真空降水
3.1、确定分层部位：根据地勘资料或根据打井过程的施工经验，确定渗透系数较差的
土层位置，投入气垫圈，当气垫圈到达管井内确定的位置后，即可对气垫圈进行充气，使气
垫圈卡在所需部位；然后将管井下部的潜水泵及潜水泵电缆线穿过气垫圈，并且连接内圈
盖板上相对应的电缆线、吊泵绳管3，内圈盖板上连接真空发生管1，与内圈盖板连接的管路
均须用铁丝扎紧，以防管路脱落造成返工。
3.2、投入内圈盖板：经检查所有管路连接牢固后，将内圈盖板投入至气垫圈并盖
在气垫圈上，由于气垫圈设置有内、外圈，当内圈盖板盖在气垫圈上后，打开内圈盖板上的
滑块，外挡张开并卡在管井壁上，完成内圈盖板安装后，即可连接真空泵，进行抽真空。
3.3、群井施工：在大面积降水施工时，有必要多口管井降水形成群井施工，这时，
可根据设计要求在完成多口管井降水的条件下，对不同管井所处降水范围内不同层厚的土
质条件，采用气垫式分层真空管井进行分层抽真空，在此条件下，根据真空泵的功率确定使
用真空泵的台数，每台真空泵通过主管连接各气垫式分层真空管井。在抽真空的过程中，应
注意各井真空表的读数，确保真空负压满足降排水要求。
3.4、气垫式分层真空管井多层降水：在实际施工过程中，如遇到多层渗透系数小
于20m/d的土层，则可根据渗透系数确定设置多层气垫密封进行真空降水，其方法可由下往
上设置，在所需气垫分层的部位按本步骤3.1和3.2连接相应的管路，并经气垫密封后进行
抽真空，对不同深度的渗透系数小的土层进行真空降水。