1 真空负压复合管井降水技术特点

　　真空负压降水采用真空负压集水方式，结合管井潜水泵抽水复合降水法，将真空泵抽气集水系统与传统深井管井井点形成降水整体系统，密封井管上部保持真空度，下部滤管正常滤水，真空井管与真空泵吸气管相连，连接的真空泵所有管线均密不透气，将井管置于土层中，通过真空泵不断抽气，使井管内及周边土体形成一定真空度，弱透水土层孔隙水在大气压及土体重力作用下由高压向低压渗透，增加径流水向井内汇集的速度，受真空负压作用，迅速增加降水井的影响半径，变被动抽水为主动抽水(见图1)。该技术在地层中形成小降水漏斗，有效降低地下水位，降低基坑内土层含水率，土内孔隙水在压力差作用下流入井管，最后通过水泵排出井管内积水，以降低地下水位，疏干土层，满足基坑土方开挖条件。

　　图1 真空负压复合管井降水  

　　在工程应用中，该降水技术分2个阶段。

　　1)第1阶段土方开挖阶段的真空管井施工，实施降水及分层土方开挖。可加速基坑土方疏干，加快土方开挖施工进度，降低施工成本。

　　2)第2阶段土方开挖到垫层底标高后，重新布设真空泵，布设水管在垫层底土层内，真空化改造管井，形成真空负压管井系统，实施降水直到需要停止降水。基底真空负压复合管井降水技术将管井封井提前到垫层施工前(非常规封井)，排水管线全部暗埋在垫层下的土层内，直达基坑边缘后，顺基坑壁引至基坑外侧，真空泵布设于基坑外侧地面上，抽水管线在封井及真空管井施工中预留于管井内。在垫层施工、基础施工及后续施工中，无外露垫层和基础管井，无纵横交错的水管和电线线路，不仅降低施工费用，还提高施工安全和现场文明施工程度，也减少基础施工阶段需增加止水钢护筒施工的内容，减少垫层以上需要封井的各道工序。适用于渗透系数小的粉土、粉质黏土，桩基施工后受扰动桩间土及分层开挖、面积较大和较深的基坑。

　　2 工程概况

　　太原某科研楼项目基坑深9.5m，长90m，宽60m。场地地层主要由素填土、粉土构成，场地地下水实测静止水位埋深介于1.2～2.6m，水位较高，年水位变幅0.5m，基坑场地土质符合灵敏土特征，实测标贯击数介于2.0～5.0击，平均值为3.1击，静探锥尖阻力平均值q_c=0.64MPa，侧壁摩阻力平均值f_s=10.9k Pa。

　　项目所在地区灵敏土场地地形地貌属汾河二级阶地，场地土质主要为粉土及粉质黏土，土质较差。土层主要构成如下:(1)场地表面不同厚度的填土层，厚约3m;(2)湿陷性粉质黏土地层，平均厚约6m;(3)粉质黏土地层，平均厚约3m。场地土属于高灵敏度土质，灵敏度S_t为4.5。场地实测初见地下水位埋深约为自然地坪下2m，属孔隙潜水，年水位变幅0.5m，地基土含水饱和，土体渗透性差，属弱透水土层。

　　3 施工工艺流程与实施要点

　　经专家对基坑设计方案进行论证，确定采用真空负压复合管井降水技术，该工艺流程前5步与常规深井管井施工工艺相同，真空负压工艺从井口封闭开始。工艺流程如下:井位放样→成孔→井管制作安装→回填滤料→洗井→井口密封→安装排水管线→真空泵与管井连接→试抽水→分层挖土、分层封井降水→土方开挖至基底后，基底下真空负压管井降水→停止降水。实施要点如下。

　　1)井点布置降水井布置时避开桩位、塔式起重机等，有利于井管保护和挖土等施工。根据基坑施工工艺、地质条件和类似工程经验，结合本基坑开挖面附近以粉土为主的特点，取基坑内每口井有效降水面积≤200m²，基坑内共布置48口真空降水管井，以降低地下水位，确保开挖时地下水位面低于开挖面1m以下，满足基坑施工要求。

　　2)井位放样准确定位设计的管井位置，因土方开挖至基底后，将实施基底下真空负压复合管井降水，在垫层以下进行封井，故不考虑避让基础梁等结构，该降水系统不影响地下结构施工。

　　3)管井成孔采用正循环回转钻机成孔。成孔直径和降水井深度根据设计要求进行，成孔直径为700mm。孔口设置护筒防止孔口塌方，设泥浆循环系统。成孔垂直度偏差≤1%，深度偏差≤200mm。当钻至设计深度后，应立即清孔至孔内泥浆相对密度≤1.05。

　　4)井管安装井管采用无砂混凝土滤水管或钢质孔状滤水管，钢质孔状滤水管外侧包60目滤网，采用焊接方法连接井管。换浆清孔完成后，起吊井管扶正安装入孔，保证井管垂直度且位于井孔中间。最下层井管底部采用自制圆形盖板进行封闭，在厚度方向呈锥形，牢固安装于井管底部，防止底部淤泥涌入。

　　5)回填滤料井管安装完毕后，孔壁与井管外壁间的空隙采用圆磨度好、粒径5～10mm的砾石料进行填充，用铁锹均匀低抛填在井管四周，保证滤料均匀、密实，严禁整车倾倒，开始时速度不宜过快，待井管内出水后再适当加快填料速度。井口以下2m处使用塑料膜垫包裹井管，封闭后用黏土填至地面。

　　6)洗井将空压机风管和排水管连体下入孔底，循环冲洗井壁及含水层后洗通井周渗水层。洗井结束后，应立即抽水，同时接通水源补充清水，直至洗清。

　　7)井口密封井口采用钢套筒进行封闭，将潜水泵下至井管底部2m处，在井管顶部安装钢套筒。连接真空抽气管与真空泵，钢套筒上的真空抽气管、水泵出水管连接结合处进行密封，钢套筒高出地面0.2m，顶部以下2m处用黏土加塑料薄膜密封。真空泵机组设置分配阀门，水泵排水管设单向阀。

　　8)试抽水井口密封安装后进行试抽水，检验真空管井出水量的大小，抽水量不小于管的设计出水量，且稳定抽水6～8h。井管内真空度≥0.065MPa，井水含砂率≤1/10 000。

　　9)分层挖土，分层封井降水工期较紧时，在土方开挖阶段即实施真空负压复合管井降水。每层挖土后因需要截取上部管井，故需重复封井施工。采用此技术后，通过负压主动集水，可加速基坑土方疏干，相比单一管井降水，可提前约20d开始挖土，且土层疏干效果较好。

　　根据抽气速率配置真空泵，每台真空泵可带4～5口井，真空度保持在0.065MPa。第1层土方开挖前，在自然地坪处封井进行降水，土层疏干后开始挖土。首层土方开挖完成后，在第2层土方开挖工作面上进行封井降水。接着开挖第2层土方，以此类推开挖至基坑底(见图2)。

　　图2 真空管井降水分层土方开挖  

　　10)基底下真空降水土方开挖至基底标高后，进行基底真空管井施工。将包缠密目网的井点钢管安装在井管中，井管内满填滤料至地面下2m，然后切割滤料之上的井管，填黏土加塑料薄膜后分3层进行封闭。即填0.7m厚黏土后铺1层塑料薄膜，再填0.7m厚黏土铺1层塑料薄膜，再填0.6m厚黏土，每层填土应密实，如有个别漏气点，在周围浇水踩实即可。埋设集水管时，抽水管与集水管密封相连，接通真空泵后将抽出的水导入集水坑，再使用水泵排出基坑外(见图3)。该技术不需设止水钢套筒，在垫层、防水保护层、基础施工阶段均消除每个套筒的施工干扰，在后续施工阶段，基坑内完全没有水管、电线线路，施工方便。

　　4 效益分析

　　1)经济效益真空管井分层降水工艺相比普通管井降水，可缩短基坑开挖降水周期。普通管井降水20d才可开挖，而本工艺只需7d即可正常开挖。

　　图3 基底真空管井降水  

　　2)社会效益基底提前封井，真空降水避免与基础施工的相互影响，方便基础施工，大大提高安全文明施工程度。采用真空负压集水、深井泵抽水复合降水技术，可解决降水深度内不透水夹层使上层滞水及弱透水层中的饱和含水层界面残留水难以疏干，及弱透水层中饱和水、桩间土扰动降水难题。

　　5 结语

　　该技术充分发挥真空负压集水管井抽水复合降水的优势，在弱透水地层中使用最经济的方法达到降水要求，可在一定范围内推广应用。