董志凌，黃倫超，楊振平

（1.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114；2.中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

1 引言

在真空預(yù)壓法施工中，施工臨時用電是最大的成本消耗。如何使真空射流裝置耗電最少，施工效率最高，達到降低工程成本的目的，一直是我們追求的目標(biāo)。

2003年以前，在各港口及軟基處理工程中廣泛使用的真空預(yù)壓射流裝置為第三代真空泵，在結(jié)構(gòu)上射流泵和射流器一同安裝在射流箱中，水氣不能徹底分離，抽真空階段效率不高。改進后的第四代節(jié)能式真空預(yù)壓射流裝置在結(jié)構(gòu)上使射流泵和射流器分開，達到水氣的徹底分離，設(shè)備上采用小功率泵替代原射流泵，極大地提高抽氣效率。

2 結(jié)構(gòu)改進

為克服第三代產(chǎn)品水氣不能徹底分離，抽真空階段效率不高的缺點，2003年通過多次試驗，對射流裝置進行了改造設(shè)計，見圖1。

圖1 分體式真空射流裝置結(jié)構(gòu)簡圖（單位：mm）

經(jīng)改進后的第四代分體式射流裝置結(jié)構(gòu)上簡單合理，泵箱同射流箱徹底分離，泵箱采用錐形結(jié)構(gòu)，直埋密封膜下，射流箱平臥在密封膜上，水泵在泵箱內(nèi)采用直放自穩(wěn)式安裝方式，泵箱、射流箱和出膜裝置成直角三角形結(jié)構(gòu)，射流箱與出膜裝置、泵箱與射流箱之間采用可調(diào)整聯(lián)接方式，使新產(chǎn)品更加具有結(jié)構(gòu)簡單合理，安裝方便，穩(wěn)定性強，維修簡單方便，運輸便利等優(yōu)點，使用性能有了很大提高，更加符合真空預(yù)壓施工的要求。

改進后的射流裝置在安裝時操作簡單，射流泵放置在膜上以后，其余的裝置可由一個工人單獨完成，大大地減少人力投入，且安裝效率高，鋪完膜后可以在最短的時間內(nèi)進行試抽氣，使密封膜短時間內(nèi)得到吸附，減小鋪膜后大風(fēng)刮膜的風(fēng)險。

在原材料的選用上，泵箱和射流箱用玻璃鋼取代鋼材，在價格相當(dāng)?shù)那闆r下，玻璃鋼的耐腐蝕性強，設(shè)備的重復(fù)使用次數(shù)明顯增多，預(yù)計可達10次以上，且可免維護保養(yǎng)費用。

2004年初在黃驊港地基加固中首次使用，在試驗中使用了兩套改進設(shè)備與第三代射流裝置同期比較，在試抽氣階段，同等條件下第四代分體式射流裝置比第三代射流裝置的效率高，抽氣第二天泵上真空壓力便達到60 kPa，3 d可達到計時標(biāo)準(zhǔn)，而第三代射流裝置要4 d才能達到該值，7 d左右方能達到計時標(biāo)準(zhǔn)。因此，第四代分體式射流裝置在效率上明顯高于第三代射流裝置，具有一定的經(jīng)濟效益。

3 節(jié)能改造

第四代分體式射流裝置經(jīng)試驗成功后，在同類工程中廣泛推廣使用。此產(chǎn)品雖然在結(jié)構(gòu)上和試抽氣階段具有諸多優(yōu)勢，但卻無法解決真空恒載階段電耗問題。為更好地降低成品，2007年對射流系統(tǒng)進行了一次徹底的改造。

（1）泵的設(shè)計

圖2 射流槍改造對比示意圖（單位：mm）

首先對射流泵進行了改造。改造前使用的泵型號為JQ8-7.5，其主要技術(shù)參數(shù)為：功率7.5 kW、2級、流量50 m3/h、單級揚程13 m、轉(zhuǎn)速2 850 r/min。

為保證泵形成真空能力，考慮必須保證在泵的電機轉(zhuǎn)速不變的前提下對泵進行改造，保證揚程在20 m以上，進行泵的設(shè)計。泵的初步設(shè)計委托江蘇省連云港市京源泵業(yè)公司進行研發(fā)。雙星泵業(yè)在經(jīng)過多次研究、調(diào)試后，根據(jù)技術(shù)要求，研制出65Q20-22-4型泵，其主要技術(shù)參數(shù)為：功率4 kW、1級、流量20 m3/h、單級揚程22 m、轉(zhuǎn)速2 850 r/min，出口直徑為65 mm。

（2）射流槍、噴嘴、止回閥的改進

①在射流泵的功率變小，出口半徑減小，流量變小的前提下，為保證泵壓的有效傳遞，首先對噴嘴進行改進。經(jīng)過經(jīng)驗公式驗算，將噴嘴出口直徑由28 mm改為20 mm，以保證噴嘴出口流速；

②對射流槍進行改造。根據(jù)噴嘴與射流槍喉管之間的配合關(guān)系確定喉管直徑由原來的50 mm改為32 mm，其他尺寸根據(jù)喉管直徑按相應(yīng)比例進行相應(yīng)改進，見圖2；

③為減少泵壓在過程中的損耗，新設(shè)計了止回閥（見圖3）取代閘閥和蝶閥的功能，減少了流程和壓力損失。

圖3 止回閥結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

（3）調(diào)試

泵的選型確定及射流槍、噴嘴、止回閥改進后，各方組織對泵進行現(xiàn)場調(diào)試，其形成真空的能力能夠滿足要求，可達到規(guī)范要求的96 kPa以上。

（4）試驗

改進后的射流系統(tǒng)在經(jīng)過驗算和調(diào)試后，于2007—2008年在北港池三期地基處理Ⅰ標(biāo)段中試驗使用。

①地形地貌與地質(zhì)

工程施工區(qū)域天然地基為沉積土層，天然泥面以上采用吹填方式形成陸域，屬超軟土地基。原泥面高程在±0.00 m左右，土層從地面往下至-14.30 m，底層為粘性土夾貝殼，其間為淤泥、淤泥質(zhì)粘土層，其底標(biāo)高分別為-9.80 m、-13.30 m，層厚分別為9.8 m和3.5 m，該軟土層較厚，含水量較大，強度低，是本次真空預(yù)壓的主要土層，其特點是壓縮性大，土質(zhì)條件較差，地質(zhì)土層分布見圖4。

圖4 地質(zhì)分層示意圖

②工程特點分析

本工程一次真空預(yù)壓施工面積約達60萬m2，且在超軟地基上施工。其回填工程是在剛吹填完成的淤泥上進行的，回填極不均勻，擠淤情況嚴(yán)重，相對于沉積時間較長的地質(zhì)情況，其施工難度更大。

③使用情況

由于此套射流裝置有自身的使用特點，它與其他射流裝置的不同之處在于應(yīng)先壘泵窩，且泵窩容積應(yīng)能足夠提供泵的循環(huán)用水。

第四代真空射流裝置在結(jié)構(gòu)上相對于第三代更簡易、合理，安裝更方便。

（5）效果驗證

經(jīng)過在北港池三期Ⅰ標(biāo)段地基處理工程中的使用，其各項技術(shù)指標(biāo)均能夠滿足設(shè)計和規(guī)范要求，特點如下：

①泵本身能夠形成96 kPa以上的真空壓力；

②膜下真空度均達到86 kPa以上；

③在恒載45 d后，其地基沉降速率仍保持在18～23 mm/d，孔隙水壓力累積消散在4 kPa以上，各項技術(shù)指標(biāo)檢測均符合要求，見表1；

④在真空預(yù)壓抽真空時，可使射流出的水、氣混合體徹底分離，從而使?jié)撍迷谠嚦闅怆A段效率提高42.9%，極大地提高了工效比。恒載90 d內(nèi)，可節(jié)約能耗40.6%。

表1 各主要土層加固前后物理力學(xué)指標(biāo)對比匯總表

4 結(jié)論

第四代節(jié)能式真空預(yù)壓射流裝置在北港池三期地基處理Ⅰ標(biāo)段中試驗成功后，得到了推廣使用。在華能熱電、津能熱電、藍星化工、安玖石油等地基處理工程中再一次驗證了其結(jié)構(gòu)簡單、綜合能耗低的優(yōu)越效果。該套裝置既施工方便，又節(jié)能降耗，可完全取代第三代真空射流裝置，廣泛應(yīng)用于真空預(yù)壓施工中。

[1]JTS257-2008，水運工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]龔曉南.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3]天津港北港池集裝箱碼頭三期工程地基處理標(biāo)段加固效果檢驗報告[R].天津港灣工程質(zhì)量檢測中心有限公司，2007.