第四代真空射流装置节能技术改造

董志凌，黄伦超，杨振平

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

1 引言

在真空预压法施工中，施工临时用电是最大的成本消耗。如何使真空射流装置耗电最少，施工效率最高，达到降低工程成本的目的，一直是我们追求的目标。

2003年以前，在各港口及软基处理工程中广泛使用的真空预压射流装置为第三代真空泵，在结构上射流泵和射流器一同安装在射流箱中，水气不能彻底分离，抽真空阶段效率不高。改进后的第四代节能式真空预压射流装置在结构上使射流泵和射流器分开，达到水气的彻底分离，设备上采用小功率泵替代原射流泵，极大地提高抽气效率。

2 结构改进

为克服第三代产品水气不能彻底分离，抽真空阶段效率不高的缺点，2003年通过多次试验，对射流装置进行了改造设计，见图1。

图1 分体式真空射流装置结构简图（单位：mm）

经改进后的第四代分体式射流装置结构上简单合理，泵箱同射流箱彻底分离，泵箱采用锥形结构，直埋密封膜下，射流箱平卧在密封膜上，水泵在泵箱内采用直放自稳式安装方式，泵箱、射流箱和出膜装置成直角三角形结构，射流箱与出膜装置、泵箱与射流箱之间采用可调整联接方式，使新产品更加具有结构简单合理，安装方便，稳定性强，维修简单方便，运输便利等优点，使用性能有了很大提高，更加符合真空预压施工的要求。

改进后的射流装置在安装时操作简单，射流泵放置在膜上以后，其余的装置可由一个工人单独完成，大大地减少人力投入，且安装效率高，铺完膜后可以在最短的时间内进行试抽气，使密封膜短时间内得到吸附，减小铺膜后大风刮膜的风险。

在原材料的选用上，泵箱和射流箱用玻璃钢取代钢材，在价格相当的情况下，玻璃钢的耐腐蚀性强，设备的重复使用次数明显增多，预计可达10次以上，且可免维护保养费用。

2004年初在黄骅港地基加固中首次使用，在试验中使用了两套改进设备与第三代射流装置同期比较，在试抽气阶段，同等条件下第四代分体式射流装置比第三代射流装置的效率高，抽气第二天泵上真空压力便达到60 kPa，3 d可达到计时标准，而第三代射流装置要4 d才能达到该值，7 d左右方能达到计时标准。因此，第四代分体式射流装置在效率上明显高于第三代射流装置，具有一定的经济效益。

3 节能改造

第四代分体式射流装置经试验成功后，在同类工程中广泛推广使用。此产品虽然在结构上和试抽气阶段具有诸多优势，但却无法解决真空恒载阶段电耗问题。为更好地降低成品，2007年对射流系统进行了一次彻底的改造。

（1）泵的设计

图2 射流枪改造对比示意图（单位：mm）

首先对射流泵进行了改造。改造前使用的泵型号为JQ8-7.5，其主要技术参数为：功率7.5 kW、2级、流量50 m3/h、单级扬程13 m、转速2 850 r/min。

为保证泵形成真空能力，考虑必须保证在泵的电机转速不变的前提下对泵进行改造，保证扬程在20 m以上，进行泵的设计。泵的初步设计委托江苏省连云港市京源泵业公司进行研发。双星泵业在经过多次研究、调试后，根据技术要求，研制出65Q20-22-4型泵，其主要技术参数为：功率4 kW、1级、流量20 m3/h、单级扬程22 m、转速2 850 r/min，出口直径为65 mm。

（2）射流枪、喷嘴、止回阀的改进

①在射流泵的功率变小，出口半径减小，流量变小的前提下，为保证泵压的有效传递，首先对喷嘴进行改进。经过经验公式验算，将喷嘴出口直径由28 mm改为20 mm，以保证喷嘴出口流速；

②对射流枪进行改造。根据喷嘴与射流枪喉管之间的配合关系确定喉管直径由原来的50 mm改为32 mm，其他尺寸根据喉管直径按相应比例进行相应改进，见图2；

③为减少泵压在过程中的损耗，新设计了止回阀（见图3）取代闸阀和蝶阀的功能，减少了流程和压力损失。

图3 止回阀结构示意图（单位：mm）

（3）调试

泵的选型确定及射流枪、喷嘴、止回阀改进后，各方组织对泵进行现场调试，其形成真空的能力能够满足要求，可达到规范要求的96 kPa以上。

（4）试验

改进后的射流系统在经过验算和调试后，于2007—2008年在北港池三期地基处理Ⅰ标段中试验使用。

①地形地貌与地质

工程施工区域天然地基为沉积土层，天然泥面以上采用吹填方式形成陆域，属超软土地基。原泥面高程在±0.00 m左右，土层从地面往下至-14.30 m，底层为粘性土夹贝壳，其间为淤泥、淤泥质粘土层，其底标高分别为-9.80 m、-13.30 m，层厚分别为9.8 m和3.5 m，该软土层较厚，含水量较大，强度低，是本次真空预压的主要土层，其特点是压缩性大，土质条件较差，地质土层分布见图4。

图4 地质分层示意图

②工程特点分析

本工程一次真空预压施工面积约达60万m2，且在超软地基上施工。其回填工程是在刚吹填完成的淤泥上进行的，回填极不均匀，挤淤情况严重，相对于沉积时间较长的地质情况，其施工难度更大。

③使用情况

由于此套射流装置有自身的使用特点，它与其他射流装置的不同之处在于应先垒泵窝，且泵窝容积应能足够提供泵的循环用水。

第四代真空射流装置在结构上相对于第三代更简易、合理，安装更方便。

（5）效果验证

经过在北港池三期Ⅰ标段地基处理工程中的使用，其各项技术指标均能够满足设计和规范要求，特点如下：

①泵本身能够形成96 kPa以上的真空压力；

②膜下真空度均达到86 kPa以上；

③在恒载45 d后，其地基沉降速率仍保持在18～23 mm/d，孔隙水压力累积消散在4 kPa以上，各项技术指标检测均符合要求，见表1；

④在真空预压抽真空时，可使射流出的水、气混合体彻底分离，从而使潜水泵在试抽气阶段效率提高42.9%，极大地提高了工效比。恒载90 d内，可节约能耗40.6%。

表1 各主要土层加固前后物理力学指标对比汇总表

4 结论

第四代节能式真空预压射流装置在北港池三期地基处理Ⅰ标段中试验成功后，得到了推广使用。在华能热电、津能热电、蓝星化工、安玖石油等地基处理工程中再一次验证了其结构简单、综合能耗低的优越效果。该套装置既施工方便，又节能降耗，可完全取代第三代真空射流装置，广泛应用于真空预压施工中。

[1]JTS257-2008，水运工程质量检验标准[S].

[2]龚晓南.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3]天津港北港池集装箱码头三期工程地基处理标段加固效果检验报告[R].天津港湾工程质量检测中心有限公司，2007.