超低位真空预压法快速固结软土试验装置技术领域
本发明涉及超低位真空预压技术领域，特别涉及一种超低位真空预压法快速固结
软土试验装置，该装置适用于实验室快速加固软土。
背景技术
近年来，国家大力发展基础设施建设，高桩码头填筑等水下工程日渐增多。在处理
此类需吹填后加固的水下工程地基时，传统的自然晾晒法、强夯法、换填法等已不再适用。
另外，室内模型试验对于解决实际工程问题有着不可替代的促进作用，然而在实验室采用
传统方式固结粘土所需时间太长。
传统真空预压为高位真空预压且采用高位排水法，即在吹填土上部设置真空管
网，通过覆盖密封膜使其密封，再进行抽真空、排水。大量工程实践表明，传统意义上的真空
预压容易在软粘土上方形成“硬壳”，而其下部的土体不能得到有效加固。
发明内容：
本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种超低位真空预
压法快速固结软土试验装置，该装置采用低位抽真空、低位排水方法加固软黏土，能够有效
缩短土体固结时间且达到良好的加固效果。
如上构思，本发明的技术方案是：一种超低位真空预压法快速固结软土试验装置，
其特征在于：包括低位真空预压系统和数据监测系统；所述低位真空预压系统由模型槽、砾
石层、真空管网、中粗砂垫层、排水板、PVC密封膜和潜水泵组成,模型槽外围制有“凵”形密
封槽，在模型槽底部铺设砾石层，在砾石层中埋设由真空滤管组成的真空管网，在真空管网
与被加固软土层之间设置中粗砂垫层，在被加固软土层内设置竖向排水板，其下部与真空
管网相通；在被加固软土层表面覆盖第一层PVC密封膜且四周向下延伸入被加固软土层侧
面，第二层PVC密封膜首先固定于“凵”形密封槽中，然后在“凵”形密封槽内填上防水密封胶
泥；所述潜水泵通过排水管与真空管网相连，将其中的水输送到模型槽密封膜的上面，形成
堆载体，排水管从下到上依次穿过中粗砂垫层、被加固软土层、密封法兰形成完整的真空负
压系统；所述数据监测系统包括微型孔隙水压计、激光位移传感器、数据采集箱以及存贮和
显示设备，用于监测土体表面沉降的激光位移传感器架设在模型槽上方，微型孔隙水压计
埋设在被加固软土层内，通过数据采集箱将微型孔隙水压力计和激光位移传感器连入电
脑。
上述模型槽采用圆筒状。
上述真空滤管采用钢丝螺纹管，在管道上沿钢丝环绕方向每隔3cm划一条长度等
于管道直径的“一”字口，并在外围缠绕一层无纺布并用橡皮筋绑。
上述真空滤管在砾石层内呈环形布置。
上述排水板的板顶距被加固软土层表面10cm。
上述潜水泵设置在密封膜上方的潜水泵存放箱中，其间设置压力消散板，潜水泵
存放箱中的水面距潜水泵上表面20cm。
上述密封膜上部由模型槽圆心向圆周等间距布置倒“T”型测量桩，桩身上制有用
于测量排水量的分度值刻度。
上述被加固软土层与中粗砂垫层之间、中粗砂垫层与砾石层之间铺设土工布。
本发明的工作原理是：
本发明在土体底部抽水，土中水在重力场及渗流场双重作用下向下渗流，软土层
在内外压力作用下排水固结。同时，本发明能将排出的水作为堆载荷载施加于软土层上部，
进一步对软土层进行预压，加速土体固结。本发明的数据监测装置能够实时监测沉降与孔
隙水压力的变化，可建立与吹填土大变形相对应的固结模型，用来预测吹填土的沉降。
本发明的有益效果为：
1、本发明将用于传递真空、排水的砾石层和中粗砂垫层设置在被加固软土层下
部，水无需克服自身重力即可快速地向下渗流，使整个软土层在内外压力差下排水固结。同
时将排出的水作为堆载体，对吹填土进行预压，可达到更好的压密效果。
2、本发明采用两层密封的方式，下层向下延伸进入土体侧面，上层通过“O”形密封
圈和防水密封胶泥固定在密封槽内，保证了槽内的密闭性，能够有效地加固软土。
3、本发明中与真空管网相连的潜水泵可将砂垫层中的水输送到密封膜上部，作为
堆载体，对其下的软土层进行预压，加强真空预压荷载的固结排水效果。
4、本发明中埋于软土中的微型孔隙水压力计和架设于模型槽上的激光位移传感
器，将试验数据通过数据采集箱输送到显示设备上，能够实时监控加固效果、沉降位移以及
系统密闭性；
5、本发明通过量激光位移传感器可测出土体的排水量，用以计算吹填土的含水
率，还可测出土体的沉降量，计算实时固结度。
附图说明
图1是本发明的立面布置示意图。
图2是本发明真空管网布置示意图。
图3为模型槽膜上平面布置图。
图4为倒“T”型测量桩示意图。
图5为密封槽密封施工示意图。
图6为真空滤管与排水板连接接头示意图。
图7为真空滤管施工示意图。
图8是真空滤管的示意图。
图中：1—模型槽；2—土工布；3—砾石层；4—中粗砂层；5—真空管网；6—吹填土
层；7—塑料排水板；8—PVC密封膜；9—“凵”形密封槽；10—压力消散板；11—潜水泵存放
箱；12—潜水泵；13—倒“T”型桩；14—激光位移传感器；15—法兰；16—密封胶泥；17—滤管
与排水板连接接头；18—铆钉；19—微型孔隙水压力计；20—数据采集箱；21—存储与显示
设备；22—弹性橡胶圈；23-“一”字口；24-无纺布。
具体实施方式：
如图所示：一种超低位真空预压法快速固结软土试验装置，包括低位真空预压系
统和数据监测系统。
一、低位真空预压系统由圆筒形模型槽、砾石层、真空管网、中粗砂垫层、排水板、
PVC密封膜和潜水泵组成。
1、圆筒形模型槽外围制有“凵”形密封槽9，在槽底部铺设砾石层3。
2、在砾石层中埋设由真空滤管组成的真空管网5，真空滤管采用钢丝螺纹管
(TS06)且在砾石层内呈环形布置，在真空滤管管道上沿钢丝环绕方向每隔3cm划一条长度
等于管道直径的“一”字口23，并在外围缠绕一层无纺布24，并采用橡皮筋绑。
3、在真空管网5与被加固软土层6之间设置20cm厚中粗砂垫层4。
4、在被加固软土层内设置竖向排水板7，板顶距吹填土表面10cm，下部与真空管网
5通过连接接头14连接，并通过铆钉18固定。
5、在被加固软土层表面覆盖第一层PVC密封膜8且四周向下延伸入土层侧面50cm，
第二层PVC密封膜8首先通过弹性橡胶圈22固定于密封槽9中，然后在密封槽内填上防水密
封胶泥。
6、连接潜水泵12与真空管网5的排水管从下到上依次穿过中粗砂垫层4、被加固软
土层6、密封法兰15形成完整的真空负压系统。潜水泵12通过排水管与真空管网5相连，将其
中的水输送到圆筒状模型槽密封膜8的上面，形成堆载体。所述潜水泵12设立在密封膜上方
的潜水泵存放箱11中，其间设置压力消散板10，潜水泵存放箱中的水面距潜水泵上表面
20cm。
7、密封膜8上部由模型槽1圆心向圆周等间距布置倒“T”型测量桩13，桩身上设分
度值为1mm的刻度，用于量测排水量。
8、上述被加固软土层与中粗砂垫层之间、中粗砂垫层与砾石层之间铺设土工布2。
二、数据监测系统由微型孔隙水压计19、激光位移传感器14、数据采集箱20以及存
贮和显示设备21组成。用于监测土体表面沉降的激光位移传感器4架设在倒“T”型测量桩13
上方，微型孔隙水压计19埋设在被加固软土层6内，通过数据采集箱将微型孔隙水压力计和
激光位移传感器连入电脑。
本发明的施工过程是：
1、圆筒形模型槽1中先铺入适量砾石层3，在砾石层中铺设真空管网，真空滤管采
用钢丝螺纹管，环形排列。连接潜水泵与真空管网的排水管从下到上依次穿过中粗砂、吹填
土、密封法兰形成完整的真空负压系统。与此同时，进形排水板的搭接和吹填土的铺设，排
水板下部与砂垫层相通，上部预留10cm厚土层以保护密封膜，并在合适深度处埋设微型孔
隙水压力计19。用一层PVC密封膜覆盖于吹填土表面，并延伸进入其侧面50cm，再通过“O”形
密封圈和防水密封胶泥将第二层PVC密封膜固定于其上，形成密闭空间。在模型槽上架设激
光位移传感器，通过数据采集箱，将微型孔隙水压力计和激光位移传感器连入电脑。
2、首先启动数据采集系统，监测、记录试验数据。
3、启动真空负压堆载系统后，软土层底部先在内外压力差作用下，开始排水固结，
排水板将底部的真空荷载传递到土层中，软土层中的水向下渗流，经潜水泵抽到密封膜上
部，对吹填土进行预压，这样就形成了一套连续完整的真空预压联合堆载系统。
本发明将埋有真空管网的砾石层设置在需加固软土层的最底部，土体内的水在重
力场及由吸力引起渗流场双重作用下快速向下渗流。相对于传统真空预压而言，本发明更
有利于排水固结且加固的土体强度从上到下依次增加，避免顶部形成“硬壳”。潜水泵将砂
垫层中的水抽到PVC密封膜上部形成堆载体，进一步加强土体挤密效果。这种联合超低位真
空预压、低位排水、堆载预压于一体的试验装置，能够快速加固土体，达到十分理想的压密
效果，且工法简单、周期短，可节约能源，对于室内模型试验快速加固软土，缩短试验周期有
很现实的意义，同时也能推广到高桩码头填筑等水下地基处理的实际工程中去。