超低位真空預壓法快速固結軟土試驗裝置的制作方法

本實用新型涉及超低位真空預壓技術領域，特別涉及一種超低位真空預壓法快速固結軟土試驗裝置，該裝置適用于實驗室快速加固軟土。

背景技術：

近年來，國家大力發展基礎設施建設，高樁碼頭填筑等水下工程日漸增多。在處理此類需吹填后加固的水下工程地基時，傳統的自然晾曬法、強夯法、換填法等已不再適用。另外，室內模型試驗對于解決實際工程問題有著不可替代的促進作用，然而在實驗室采用傳統方式固結粘土所需時間太長。

傳統真空預壓為高位真空預壓且采用高位排水法，即在吹填土上部設置真空管網，通過覆蓋密封膜使其密封，再進行抽真空、排水。大量工程實踐表明，傳統意義上的真空預壓容易在軟粘土上方形成“硬殼”，而其下部的土體不能得到有效加固。

技術實現要素：
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本實用新型的目的就在于克服上述現有技術中存在的不足，而提供一種超低位真空預壓法快速固結軟土試驗裝置，該裝置采用低位抽真空、低位排水方法加固軟黏土，能夠有效縮短土體固結時間且達到良好的加固效果。

如上構思，本實用新型的技術方案是：一種超低位真空預壓法快速固結軟土試驗裝置，其特征在于：包括低位真空預壓系統和數據監測系統；所述低位真空預壓系統由模型槽、礫石層、真空管網、中粗砂墊層、排水板、PVC密封膜和潛水泵組成,模型槽外圍制有“凵”形密封槽，在模型槽底部鋪設礫石層，在礫石層中埋設由真空濾管組成的真空管網，在真空管網與被加固軟土層之間設置中粗砂墊層，在被加固軟土層內設置豎向排水板，其下部與真空管網相通；在被加固軟土層表面覆蓋第一層PVC密封膜且四周向下延伸入被加固軟土層側面，第二層PVC密封膜首先固定于“凵”形密封槽中，然后在“凵”形密封槽內填上防水密封膠泥；所述潛水泵通過排水管與真空管網相連，將其中的水輸送到模型槽密封膜的上面，形成堆載體，排水管從下到上依次穿過中粗砂墊層、被加固軟土層、密封法蘭形成完整的真空負壓系統；所述數據監測系統包括微型孔隙水壓計、激光位移傳感器、數據采集箱以及存貯和顯示設備，用于監測土體表面沉降的激光位移傳感器架設在模型槽上方，微型孔隙水壓計埋設在被加固軟土層內，通過數據采集箱將微型孔隙水壓力計和激光位移傳感器連入電腦。

上述模型槽采用圓筒狀。

上述真空濾管采用鋼絲螺紋管，在管道上沿鋼絲環繞方向每隔3cm劃一條長度等于管道直徑的“一”字口，并在外圍纏繞一層無紡布并用橡皮筋綁。

上述真空濾管在礫石層內呈環形布置。

上述排水板的板頂距被加固軟土層表面10cm。

上述潛水泵設置在密封膜上方的潛水泵存放箱中，其間設置壓力消散板，潛水泵存放箱中的水面距潛水泵上表面20cm。

上述密封膜上部由模型槽圓心向圓周等間距布置倒“T”型測量樁，樁身上制有用于測量排水量的分度值刻度。

上述被加固軟土層與中粗砂墊層之間、中粗砂墊層與礫石層之間鋪設土工布。

本實用新型的工作原理是：

本實用新型在土體底部抽水，土中水在重力場及滲流場雙重作用下向下滲流，軟土層在內外壓力作用下排水固結。同時，本實用新型能將排出的水作為堆載荷載施加于軟土層上部，進一步對軟土層進行預壓，加速土體固結。本實用新型的數據監測裝置能夠實時監測沉降與孔隙水壓力的變化，可建立與吹填土大變形相對應的固結模型，用來預測吹填土的沉降。

本實用新型的有益效果為：

1、本實用新型將用于傳遞真空、排水的礫石層和中粗砂墊層設置在被加固軟土層下部，水無需克服自身重力即可快速地向下滲流，使整個軟土層在內外壓力差下排水固結。同時將排出的水作為堆載體，對吹填土進行預壓，可達到更好的壓密效果。

2、本實用新型采用兩層密封的方式，下層向下延伸進入土體側面，上層通過“O”形密封圈和防水密封膠泥固定在密封槽內，保證了槽內的密閉性，能夠有效地加固軟土。

3、本實用新型中與真空管網相連的潛水泵可將砂墊層中的水輸送到密封膜上部，作為堆載體，對其下的軟土層進行預壓，加強真空預壓荷載的固結排水效果。

4、本實用新型中埋于軟土中的微型孔隙水壓力計和架設于模型槽上的激光位移傳感器，將試驗數據通過數據采集箱輸送到顯示設備上，能夠實時監控加固效果、沉降位移以及系統密閉性；

5、本實用新型通過量激光位移傳感器可測出土體的排水量，用以計算吹填土的含水率，還可測出土體的沉降量，計算實時固結度。

附圖說明

圖1是本實用新型的立面布置示意圖。

圖2是本實用新型真空管網布置示意圖。

圖3為模型槽膜上平面布置圖。

圖4為倒“T”型測量樁示意圖。

圖5為密封槽密封施工示意圖。

圖6為真空濾管與排水板連接接頭示意圖。

圖7為真空濾管施工示意圖。

圖8是真空濾管的示意圖。

圖中：1—模型槽；2—土工布；3—礫石層；4—中粗砂層；5—真空管網；6—吹填土層；7—塑料排水板；8—PVC密封膜；9—“凵”形密封槽；10—壓力消散板；11—潛水泵存放箱；12—潛水泵；13—倒“T”型樁；14—激光位移傳感器；15—法蘭；16—密封膠泥；17—濾管與排水板連接接頭；18—鉚釘；19—微型孔隙水壓力計；20—數據采集箱；21—存儲與顯示設備；22—彈性橡膠圈；23-“一”字口；24-無紡布。

具體實施方式：

如圖所示：一種超低位真空預壓法快速固結軟土試驗裝置，包括低位真空預壓系統和數據監測系統。

一、低位真空預壓系統由圓筒形模型槽、礫石層、真空管網、中粗砂墊層、排水板、PVC密封膜和潛水泵組成。

1、圓筒形模型槽外圍制有“凵”形密封槽9，在槽底部鋪設礫石層3。

2、在礫石層中埋設由真空濾管組成的真空管網5，真空濾管采用鋼絲螺紋管(TS06)且在礫石層內呈環形布置，在真空濾管管道上沿鋼絲環繞方向每隔3cm劃一條長度等于管道直徑的“一”字口23，并在外圍纏繞一層無紡布24，并采用橡皮筋綁。

3、在真空管網5與被加固軟土層6之間設置20cm厚中粗砂墊層4。

4、在被加固軟土層內設置豎向排水板7，板頂距吹填土表面10cm，下部與真空管網5通過連接接頭14連接，并通過鉚釘18固定。

5、在被加固軟土層表面覆蓋第一層PVC密封膜8且四周向下延伸入土層側面50cm，第二層PVC密封膜8首先通過彈性橡膠圈22固定于密封槽9中，然后在密封槽內填上防水密封膠泥。

6、連接潛水泵12與真空管網5的排水管從下到上依次穿過中粗砂墊層4、被加固軟土層6、密封法蘭15形成完整的真空負壓系統。潛水泵12通過排水管與真空管網5相連，將其中的水輸送到圓筒狀模型槽密封膜8的上面，形成堆載體。所述潛水泵12設立在密封膜上方的潛水泵存放箱11中，其間設置壓力消散板10，潛水泵存放箱中的水面距潛水泵上表面20cm。

7、密封膜8上部由模型槽1圓心向圓周等間距布置倒“T”型測量樁13，樁身上設分度值為1mm的刻度，用于量測排水量。

8、上述被加固軟土層與中粗砂墊層之間、中粗砂墊層與礫石層之間鋪設土工布2。

二、數據監測系統由微型孔隙水壓計19、激光位移傳感器14、數據采集箱20以及存貯和顯示設備21組成。用于監測土體表面沉降的激光位移傳感器4架設在倒“T”型測量樁13上方，微型孔隙水壓計19埋設在被加固軟土層6內，通過數據采集箱將微型孔隙水壓力計和激光位移傳感器連入電腦。

本實用新型的施工過程是：

1、圓筒形模型槽1中先鋪入適量礫石層3，在礫石層中鋪設真空管網，真空濾管采用鋼絲螺紋管，環形排列。連接潛水泵與真空管網的排水管從下到上依次穿過中粗砂、吹填土、密封法蘭形成完整的真空負壓系統。與此同時，進形排水板的搭接和吹填土的鋪設，排水板下部與砂墊層相通，上部預留10cm厚土層以保護密封膜，并在合適深度處埋設微型孔隙水壓力計19。用一層PVC密封膜覆蓋于吹填土表面，并延伸進入其側面50cm，再通過“O”形密封圈和防水密封膠泥將第二層PVC密封膜固定于其上，形成密閉空間。在模型槽上架設激光位移傳感器，通過數據采集箱，將微型孔隙水壓力計和激光位移傳感器連入電腦。

2、首先啟動數據采集系統，監測、記錄試驗數據。

3、啟動真空負壓堆載系統后，軟土層底部先在內外壓力差作用下，開始排水固結，排水板將底部的真空荷載傳遞到土層中，軟土層中的水向下滲流，經潛水泵抽到密封膜上部，對吹填土進行預壓，這樣就形成了一套連續完整的真空預壓聯合堆載系統。

本實用新型將埋有真空管網的礫石層設置在需加固軟土層的最底部，土體內的水在重力場及由吸力引起滲流場雙重作用下快速向下滲流。相對于傳統真空預壓而言，本實用新型更有利于排水固結且加固的土體強度從上到下依次增加，避免頂部形成“硬殼”。潛水泵將砂墊層中的水抽到PVC密封膜上部形成堆載體，進一步加強土體擠密效果。這種聯合超低位真空預壓、低位排水、堆載預壓于一體的試驗裝置，能夠快速加固土體，達到十分理想的壓密效果，且工法簡單、周期短，可節約能源，對于室內模型試驗快速加固軟土，縮短試驗周期有很現實的意義，同時也能推廣到高樁碼頭填筑等水下地基處理的實際工程中去。