本實用新型涉及超低位真空預(yù)壓技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超低位真空預(yù)壓法快速固結(jié)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(shù)：

近年來，國家大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，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(tǒng)的自然晾曬法、強夯法、換填法等已不再適用。另外，室內(nèi)模型試驗對于解決實際工程問題有著不可替代的促進(jìn)作用，然而在實驗室采用傳統(tǒng)方式固結(jié)粘土所需時間太長。

傳統(tǒng)真空預(yù)壓為高位真空預(yù)壓且采用高位排水法，即在吹填土上部設(shè)置真空管網(wǎng)，通過覆蓋密封膜使其密封，再進(jìn)行抽真空、排水。大量工程實踐表明，傳統(tǒng)意義上的真空預(yù)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(shù)實現(xiàn)要素：
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本實用新型的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種超低位真空預(yù)壓法快速固結(jié)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(jié)時間且達(dá)到良好的加固效果。

如上構(gòu)思，本實用新型的技術(shù)方案是：一種超低位真空預(yù)壓法快速固結(jié)軟土試驗裝置，其特征在于：包括低位真空預(yù)壓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)；所述低位真空預(yù)壓系統(tǒng)由模型槽、礫石層、真空管網(wǎng)、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(shè)礫石層，在礫石層中埋設(shè)由真空濾管組成的真空管網(wǎng)，在真空管網(wǎng)與被加固軟土層之間設(shè)置中粗砂墊層，在被加固軟土層內(nèi)設(shè)置豎向排水板，其下部與真空管網(wǎng)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(cè)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(nèi)填上防水密封膠泥；所述潛水泵通過排水管與真空管網(wǎng)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(fù)壓系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)包括微型孔隙水壓計、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)采集箱以及存貯和顯示設(shè)備，用于監(jiān)測土體表面沉降的激光位移傳感器架設(shè)在模型槽上方，微型孔隙水壓計埋設(shè)在被加固軟土層內(nèi)，通過數(shù)據(jù)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(huán)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(nèi)呈環(huán)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(shè)置在密封膜上方的潛水泵存放箱中，其間設(shè)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(shè)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(nèi)外壓力作用下排水固結(jié)。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(jìn)一步對軟土層進(jìn)行預(yù)壓，加速土體固結(jié)。本實用新型的數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置能夠?qū)崟r監(jiān)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(yīng)的固結(jié)模型，用來預(yù)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(shè)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(nèi)外壓力差下排水固結(jié)。同時將排出的水作為堆載體，對吹填土進(jìn)行預(yù)壓，可達(dá)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(jìn)入土體側(cè)面，上層通過“O”形密封圈和防水密封膠泥固定在密封槽內(nèi)，保證了槽內(nèi)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(wǎng)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(jìn)行預(yù)壓，加強真空預(yù)壓荷載的固結(jié)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(shè)于模型槽上的激光位移傳感器，將試驗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集箱輸送到顯示設(shè)備上，能夠?qū)崟r監(jiān)控加固效果、沉降位移以及系統(tǒng)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(jié)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(wǎng)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(wǎng)；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(shù)據(jù)采集箱；21—存儲與顯示設(shè)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(yù)壓法快速固結(jié)軟土試驗裝置，包括低位真空預(yù)壓系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。

一、低位真空預(yù)壓系統(tǒng)由圓筒形模型槽、礫石層、真空管網(wǎng)、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(shè)礫石層3。

2、在礫石層中埋設(shè)由真空濾管組成的真空管網(wǎng)5，真空濾管采用鋼絲螺紋管(TS06)且在礫石層內(nèi)呈環(huán)形布置，在真空濾管管道上沿鋼絲環(huán)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(wǎng)5與被加固軟土層6之間設(shè)置20cm厚中粗砂墊層4。

4、在被加固軟土層內(nèi)設(shè)置豎向排水板7，板頂距吹填土表面10cm，下部與真空管網(wǎng)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(cè)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(nèi)填上防水密封膠泥。

6、連接潛水泵12與真空管網(wǎng)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(fù)壓系統(tǒng)。潛水泵12通過排水管與真空管網(wǎng)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(shè)立在密封膜上方的潛水泵存放箱11中，其間設(shè)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(shè)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(shè)土工布2。

二、數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)由微型孔隙水壓計19、激光位移傳感器14、數(shù)據(jù)采集箱20以及存貯和顯示設(shè)備21組成。用于監(jiān)測土體表面沉降的激光位移傳感器4架設(shè)在倒“T”型測量樁13上方，微型孔隙水壓計19埋設(shè)在被加固軟土層6內(nèi)，通過數(shù)據(jù)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(shè)真空管網(wǎng)，真空濾管采用鋼絲螺紋管，環(huán)形排列。連接潛水泵與真空管網(wǎng)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(fù)壓系統(tǒng)。與此同時，進(jìn)形排水板的搭接和吹填土的鋪設(shè)，排水板下部與砂墊層相通，上部預(yù)留10cm厚土層以保護(hù)密封膜，并在合適深度處埋設(shè)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(jìn)入其側(cè)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(shè)激光位移傳感器，通過數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，監(jiān)測、記錄試驗數(shù)據(jù)。

3、啟動真空負(fù)壓堆載系統(tǒng)后，軟土層底部先在內(nèi)外壓力差作用下，開始排水固結(jié)，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(jīng)潛水泵抽到密封膜上部，對吹填土進(jìn)行預(yù)壓，這樣就形成了一套連續(xù)完整的真空預(yù)壓聯(lián)合堆載系統(tǒng)。

本實用新型將埋有真空管網(wǎng)的礫石層設(shè)置在需加固軟土層的最底部，土體內(nèi)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(tǒng)真空預(yù)壓而言，本實用新型更有利于排水固結(jié)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(jìn)一步加強土體擠密效果。這種聯(lián)合超低位真空預(yù)壓、低位排水、堆載預(yù)壓于一體的試驗裝置，能夠快速加固土體，達(dá)到十分理想的壓密效果，且工法簡單、周期短，可節(jié)約能源，對于室內(nèi)模型試驗快速加固軟土，縮短試驗周期有很現(xiàn)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。