關于選用真空射流泵降低大面積真空聯合堆載預壓處理耗能的分析研究

摘 要：在某工程大面積真空聯合堆載預壓處理過程中，不斷地通過在不同分區內采用不同類型和不同功率的真空射流泵進行對比試驗，分析其單位面積的耗能量，達到降低單位面積的耗能，從而使整個工程項目降能增效和成本節余明顯得到增強。

關鍵詞：真空聯合堆載預壓；真空射流泵；耗能量

某項目選址于廣東江門市新會區，占地1916畝。擬建場地在區域地貌上屬于珠三角沖積平原，自然標高為-0.8～2.9米，地勘揭示場地主要軟土層為黑色，飽和，軟塑～流塑的淤泥層，厚度14～18米，含水量70%～90%，比隙比1.9～2.3，局部夾砂層，并含少量貝殼。場區由+0.8m回填至+4.3m標高，為消除地基過大沉降，主要采用真空聯合堆載預壓進行軟基加固處理。處理區域分為24個區，其中22個區域采用真空堆載聯合預壓。

真空聯合堆載預壓采用真空射流泵抽真空使得膜下真空度不低于80kPa，現場利用網電供電，設計要求每800m2設置1臺7.5kw的真空射流泵[理論單位面積的日耗電量為225瓦時/（平方×天）]，僅抽真空的耗電成本就占整個處理成本的50%～60%。在滿足設計要求（膜下真空度不小于80kpa）不降低真空堆載聯合預壓效果的前提下，減小抽真空時單位面積的耗電量對整個工程項目降能增效和成本節余的意義重大。

1 工程地質條件

擬建場地在區域地貌上屬于珠三角沖積平原，在地貌單元屬于江門水道的河流階地，場地地表現為魚塘、稻田、菜地及芭蕉樹林等，自然標高為-0.8～2.9米，地勘揭示場地主要地層分布為：

1.1 人工填土層（Qml）

素填土：灰黃色、黃褐色等雜色，濕，硬塑。主要成分為粉質粘土及強風化砂巖組成，未完成自重固結，欠壓縮，為新近人工填土。主要分布于場地北側和西南角，層厚為1.2～7.8m，平均厚度為3.37m，層頂標高為1.86～4.08m。

吹填土：灰黃色、淺黃色，濕，飽和，松散。主要成分粉細砂，含少量淤泥質，未完成自重固結，欠壓密，為新近人工吹填土。主要分布于場地中部的東側，層厚0.4～4.4m，平均厚度為1.96m，層頂標高為1.04～2.77m。

素填土：灰黃色、褐黃色，濕，可塑。主要成分為粉質粘土和粘土，未完成自重固結，欠太壓密，為魚塘圍堰和田埂。主要分布于場地中部西側，層厚0.4～6.0m，平均厚度為1.65m，層頂標高為-0.16～2.73m。

1.2 第四系海陸交互相沉積層（Q4mc）

淤泥：深灰色、灰黑色，流～軟塑，污手，有臭味，含貝殼碎屑，局部地段含粉砂，個別地段下部含腐植質。該層分布于整個場地，層厚9.0～24.6m，平均厚度為14.27m，層頂標高為-0.435～1.78m。

粘土：褐黃色、褐紅色、黃色，可塑。土質均勻，手捏光滑細膩，切口平整。主要分布在場地南部，北部零星分布，層厚0.5～7.0m，平均厚度為3.95m，層頂標高為-22.23～-10.90m。

1.3 第四系海陸交互相沉積層（Q4mc）層頂標高為-26.89～-11.97m

粘土：灰黃色、褐黃色、褐紅色、灰白色，可塑，手捏光滑細膩，可搓細條。從上往下粉粒和砂粒逐漸增多，局部地段過渡為粉質粘土和粉土，極少量地段夾薄層砂層。主要分布在場地中部和北部，北部零星分布，層厚0.4～9.3m，平均厚度為4.67m，層頂標高為-21.87～-9.92m。

淤泥：灰黑色，軟塑，污手，有臭味，含腐植質和少量粉砂，局部地段含少量貝殼碎屑。主要分布在場地南部，北部零星分布，層厚0.5～12.3m，平均厚度為4.93m。

細砂：淺黃色、褐黃色，飽和，中密。顆粒主要成分為石英、少量長石，含粘粒15～20%。場地內鉆孔ZK20～22、ZK24見該層，層厚1.9～3.8m，平均厚度為2.77m，層頂標高為-22.42～-18.15m。

粗砂：褐黃色、黃色、灰白色，飽和，中密～密實。顆粒主要成分為石英、少量長石，含粘粒5～15%。分布于場地大部分地段，層厚0.3～12.1m，平均厚度為2.43m，層頂標高為-26.02～-15.94m。

礫砂：褐黃色、黃色、灰白色，飽和，密實。顆粒主要成分為石英、少量長石，含粘粒5～10%，局部含卵石約5～10%，粒徑3～5cm。主要分布于場地的中部和北部，層厚0.5～14.8m，平均厚度為5.66m，層頂標高為-31.53～-16.70m。

卵石：淺黃色、灰白色，飽和，密實。顆粒主要成分為石英、少量長石，粒徑2～8cm不等，磨圓度較好，含少量粘粒。主要分布于場地的北端，層厚0.6～3.7m，平均厚度為1.82m，層頂標高為-32.03～-21.39m。

2 試驗準備及方案

采取兩種試驗方案，具體如下所示：

2.1 對先行試驗區5-10區，9區和10區采用第一代（老式）真空泵，5區、6區、7區和8區采用第二代（潛水泵）真空泵。各區抽真空時未單獨裝電表，只是采用每月變壓器的抄表讀書進行用電量的統計分析。

2.2 在后期為了更加精確地對比不同功率真空泵的加固效果，采用相同類型不同功率的潛水真空泵進行試驗。選擇在15區和18區進行試驗，兩個區的處理面積基本一致，15區面積為28560m2，18區面積為29736m2，15區選用5.5KW潛水真空泵，18區選擇7.5KW潛水真空泵，分別各自安裝電流表記錄各區的用電量。每區每天開一定數量的真空泵抽真空，實時記錄兩區每天的用電量，并實測每天的膜下真空度，用于試驗分析。

3 試驗效果分析

3.1 不同類型真空泵。根據已交驗的試驗區（10區）和先行施工段5～9區的數據進行分析，9區和10區采用第一代離心真空射流泵，單位面積的耗電量分別為240.5瓦時/（平方×天）和241.5瓦時/（平方×天），平均241瓦時/（平方×天）；5～8區采用第二代潛水真空射流泵，單位面積的耗電量分別為217瓦時/（平方×天）、201瓦時/（平方×天）、209瓦時/（平方×天）和206瓦時/（平方×天），平均208瓦時/（平方×天）。采用第二代潛水真空射流泵單位面積日耗電量有效降低，降低了33 W·h/（m2·d），與9區及10區進行比較，估算5～8區有效降低總用電量399826千瓦時，節約用電成本為599739元。其分析其原因主要是第一代真空泵采用為常規抽水泵，放置在空真排水溝旁的旱地上，不防水，如遇水侵易壞。第二代真空泵采用潛水泵抽水形成真空，潛水泵不怕水淹，且真空設備可與地基同時下降，可降低抽水泵的揚程損失，相對與第一代真空泵可形成較大的真空度，產生的真空加固效果效好，整體上單位面積的用電量較少。

3.2 不同功率真空泵。現場實時分別各自安裝電流表記錄各區的用電量，15區5.5KW潛水真空泵和18區7.5KW潛水真空泵的膜下真空度、開泵數量和累計用電量具體詳見圖1和圖2。累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖具體詳見圖3和圖4。

圖1 15區膜下真空度、開泵數量、用電量關系曲線

圖2 18區膜下真空度、開泵數量、用電量關系曲線

從圖3和圖4可得：在前期15區用1臺泵開3天，2臺泵開1天，21臺泵開1天，總計用26臺泵開1天，用電3150KW*h達到要求，18區用6臺泵開1天，16臺泵開1天，22臺泵開2天，才達到要求，合計66臺泵開1天，用電61888KW*h才達到要求，可見5.5KW潛水真空泵的效率明顯優于7.5KW。

從圖5和圖6可得：15區用電量194875KW*h，沉降量達1372mm，18區用電量182768KW*h，沉降量達964mm，而15區沉降量達906mm時，累計用電量才為144200 KW*h，可見15區5.5KW潛水真空泵的用電效率明顯高于18區7.5KW的，單位面積的耗能量明顯較低。

圖3 15區累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖

圖4 18區累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖

綜上所述在確保了真空聯合堆載預壓的膜下真空度都達到預定目標，經對比采用5.5KW潛水真空泵可有效降低了抽真空成本。因目前這兩區還未卸真空交驗，還無法對深層軟土的真空加固效果（含鉆孔抽芯進行室內試驗及現場原位測試等）進行比效。

4 結語

（1）選擇不同類型和功率的真空射流泵對大面積真空聯合堆載預壓單位面積的能耗量影響較為顯著。（2）經生產科研對比分析發現第二代潛水真空泵的性能好于第一代老式離心真空泵。（3）經15區和18區前期抽真空試驗，在達到相同的膜下真空度時，5.5KW真空泵的能耗量明顯低于7.5KW的。（4）15區和18區還未卸真空交驗，還無法對其真空加固效果（含鉆孔抽芯進行室內試驗及現場原位測試等）進行比效，特別是對深層軟土加固效果的評價還有待進一步研究探討。

參考文獻

[1] 中國中鐵第一勘察設計院.廣東省南車修造基地地質勘察資料， 2010年10月.

[2] 中鐵建港航局集團巖土工程有限公司.廣東省南車車輛修造基地大面積真空預壓科研試驗報告[R].2012年10月.

[3] 夏振軍，尹敬澤，魏建年.真空堆載聯合預壓法加固高速公路軟土地基施工技術[J].廣東公路交通，2009（C00）.

[4] 王景蕓.真空—堆載法處理大面積軟基的工程特性與效果[D].華中科技大學，2008.

[5] 李明英.真空聯合堆載預壓法軟基處理的固結特性及沉降研究[D].華東石油大學，2008.

作者簡介：盧永波（1980- ），男，廣東惠來人，路橋工程師，從事公路施工。

3.2 不同功率真空泵。現場實時分別各自安裝電流表記錄各區的用電量，15區5.5KW潛水真空泵和18區7.5KW潛水真空泵的膜下真空度、開泵數量和累計用電量具體詳見圖1和圖2。累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖具體詳見圖3和圖4。

圖1 15區膜下真空度、開泵數量、用電量關系曲線

圖2 18區膜下真空度、開泵數量、用電量關系曲線

從圖3和圖4可得：在前期15區用1臺泵開3天，2臺泵開1天，21臺泵開1天，總計用26臺泵開1天，用電3150KW*h達到要求，18區用6臺泵開1天，16臺泵開1天，22臺泵開2天，才達到要求，合計66臺泵開1天，用電61888KW*h才達到要求，可見5.5KW潛水真空泵的效率明顯優于7.5KW。

從圖5和圖6可得：15區用電量194875KW*h，沉降量達1372mm，18區用電量182768KW*h，沉降量達964mm，而15區沉降量達906mm時，累計用電量才為144200 KW*h，可見15區5.5KW潛水真空泵的用電效率明顯高于18區7.5KW的，單位面積的耗能量明顯較低。

圖3 15區累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖

圖4 18區累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖

綜上所述在確保了真空聯合堆載預壓的膜下真空度都達到預定目標，經對比采用5.5KW潛水真空泵可有效降低了抽真空成本。因目前這兩區還未卸真空交驗，還無法對深層軟土的真空加固效果（含鉆孔抽芯進行室內試驗及現場原位測試等）進行比效。

4 結語

（1）選擇不同類型和功率的真空射流泵對大面積真空聯合堆載預壓單位面積的能耗量影響較為顯著。（2）經生產科研對比分析發現第二代潛水真空泵的性能好于第一代老式離心真空泵。（3）經15區和18區前期抽真空試驗，在達到相同的膜下真空度時，5.5KW真空泵的能耗量明顯低于7.5KW的。（4）15區和18區還未卸真空交驗，還無法對其真空加固效果（含鉆孔抽芯進行室內試驗及現場原位測試等）進行比效，特別是對深層軟土加固效果的評價還有待進一步研究探討。

參考文獻

[1] 中國中鐵第一勘察設計院.廣東省南車修造基地地質勘察資料， 2010年10月.

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[3] 夏振軍，尹敬澤，魏建年.真空堆載聯合預壓法加固高速公路軟土地基施工技術[J].廣東公路交通，2009（C00）.

[4] 王景蕓.真空—堆載法處理大面積軟基的工程特性與效果[D].華中科技大學，2008.

[5] 李明英.真空聯合堆載預壓法軟基處理的固結特性及沉降研究[D].華東石油大學，2008.

作者簡介：盧永波（1980- ），男，廣東惠來人，路橋工程師，從事公路施工。

3.2 不同功率真空泵。現場實時分別各自安裝電流表記錄各區的用電量，15區5.5KW潛水真空泵和18區7.5KW潛水真空泵的膜下真空度、開泵數量和累計用電量具體詳見圖1和圖2。累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖具體詳見圖3和圖4。

圖1 15區膜下真空度、開泵數量、用電量關系曲線

圖2 18區膜下真空度、開泵數量、用電量關系曲線

從圖3和圖4可得：在前期15區用1臺泵開3天，2臺泵開1天，21臺泵開1天，總計用26臺泵開1天，用電3150KW*h達到要求，18區用6臺泵開1天，16臺泵開1天，22臺泵開2天，才達到要求，合計66臺泵開1天，用電61888KW*h才達到要求，可見5.5KW潛水真空泵的效率明顯優于7.5KW。

從圖5和圖6可得：15區用電量194875KW*h，沉降量達1372mm，18區用電量182768KW*h，沉降量達964mm，而15區沉降量達906mm時，累計用電量才為144200 KW*h，可見15區5.5KW潛水真空泵的用電效率明顯高于18區7.5KW的，單位面積的耗能量明顯較低。

圖3 15區累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖

圖4 18區累計用電量-累計真空度-累計沉降量關系曲線圖

綜上所述在確保了真空聯合堆載預壓的膜下真空度都達到預定目標，經對比采用5.5KW潛水真空泵可有效降低了抽真空成本。因目前這兩區還未卸真空交驗，還無法對深層軟土的真空加固效果（含鉆孔抽芯進行室內試驗及現場原位測試等）進行比效。

4 結語

（1）選擇不同類型和功率的真空射流泵對大面積真空聯合堆載預壓單位面積的能耗量影響較為顯著。（2）經生產科研對比分析發現第二代潛水真空泵的性能好于第一代老式離心真空泵。（3）經15區和18區前期抽真空試驗，在達到相同的膜下真空度時，5.5KW真空泵的能耗量明顯低于7.5KW的。（4）15區和18區還未卸真空交驗，還無法對其真空加固效果（含鉆孔抽芯進行室內試驗及現場原位測試等）進行比效，特別是對深層軟土加固效果的評價還有待進一步研究探討。

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[1] 中國中鐵第一勘察設計院.廣東省南車修造基地地質勘察資料， 2010年10月.

[2] 中鐵建港航局集團巖土工程有限公司.廣東省南車車輛修造基地大面積真空預壓科研試驗報告[R].2012年10月.

[3] 夏振軍，尹敬澤，魏建年.真空堆載聯合預壓法加固高速公路軟土地基施工技術[J].廣東公路交通，2009（C00）.

[4] 王景蕓.真空—堆載法處理大面積軟基的工程特性與效果[D].華中科技大學，2008.

[5] 李明英.真空聯合堆載預壓法軟基處理的固結特性及沉降研究[D].華東石油大學，2008.

作者簡介：盧永波（1980- ），男，廣東惠來人，路橋工程師，從事公路施工。