第四代真空射流裝置節(jié)能技術(shù)改造

董志凌，黃倫超，楊振平

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南 長(zhǎng)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(shí)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(dá)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(jìn)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(kāi)，達(dá)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(jìn)

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(diǎn)，2003年通過(guò)多次試驗(yàn)，對(duì)射流裝置進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖1。

圖1 分體式真空射流裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（單位：mm）

經(jīng)改進(jìn)后的第四代分體式射流裝置結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)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(jiǎn)單合理，安裝方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，維修簡(jiǎn)單方便，運(yùn)輸便利等優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)后的射流裝置在安裝時(shí)操作簡(jiǎn)單，射流泵放置在膜上以后，其余的裝置可由一個(gè)工人單獨(dú)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(shí)間內(nèi)進(jìn)行試抽氣，使密封膜短時(shí)間內(nèi)得到吸附，減小鋪膜后大風(fēng)刮膜的風(fēng)險(xiǎn)。

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

2004年初在黃驊港地基加固中首次使用，在試驗(yàn)中使用了兩套改進(jìn)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(dá)到60 kPa，3 d可達(dá)到計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，而第三代射流裝置要4 d才能達(dá)到該值，7 d左右方能達(dá)到計(jì)時(shí)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(jì)效益。

3 節(jié)能改造

第四代分體式射流裝置經(jīng)試驗(yàn)成功后，在同類(lèi)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(shì)，但卻無(wú)法解決真空恒載階段電耗問(wèn)題。為更好地降低成品，2007年對(duì)射流系統(tǒng)進(jìn)行了一次徹底的改造。

（1）泵的設(shè)計(jì)

圖2 射流槍改造對(duì)比示意圖（單位：mm）

首先對(duì)射流泵進(jìn)行了改造。改造前使用的泵型號(hào)為JQ8-7.5，其主要技術(shù)參數(shù)為：功率7.5 kW、2級(jí)、流量50 m3/h、單級(jí)揚(yáng)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(jī)轉(zhuǎn)速不變的前提下對(duì)泵進(jìn)行改造，保證揚(yáng)程在20 m以上，進(jìn)行泵的設(shè)計(jì)。泵的初步設(shè)計(jì)委托江蘇省連云港市京源泵業(yè)公司進(jìn)行研發(fā)。雙星泵業(yè)在經(jīng)過(guò)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(jí)、流量20 m3/h、單級(jí)揚(yáng)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(jìn)

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(duì)噴嘴進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)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(duì)射流槍進(jìn)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(lái)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(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，見(jiàn)圖2；

③為減少泵壓在過(guò)程中的損耗，新設(shè)計(jì)了止回閥（見(jiàn)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(jìn)后，各方組織對(duì)泵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，其形成真空的能力能夠滿足要求，可達(dá)到規(guī)范要求的96 kPa以上。

（4）試驗(yàn)

改進(jìn)后的射流系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)驗(yàn)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(yàn)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(qiáng)度低，是本次真空預(yù)壓的主要土層，其特點(diǎn)是壓縮性大，土質(zhì)條件較差，地質(zhì)土層分布見(jiàn)圖4。

圖4 地質(zhì)分層示意圖

②工程特點(diǎn)分析

本工程一次真空預(yù)壓施工面積約達(dá)60萬(wàn)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(jìn)行的，回填極不均勻，擠淤情況嚴(yán)重，相對(duì)于沉積時(shí)間較長(zhǎng)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(diǎn)，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(duì)于第三代更簡(jiǎn)易、合理，安裝更方便。

（5）效果驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)在北港池三期Ⅰ標(biāo)段地基處理工程中的使用，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，特點(diǎn)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(dá)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)均符合要求，見(jiàn)表1；

④在真空預(yù)壓抽真空時(shí)，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(duì)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(yàn)成功后，得到了推廣使用。在華能熱電、津能熱電、藍(lán)星化工、安玖石油等地基處理工程中再一次驗(yàn)證了其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)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(yàn)報(bào)告[R].天津港灣工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，2007.