关于选用真空射流泵降低大面积真空联合堆载预压处理耗能的分析研究

摘 要：在某工程大面积真空联合堆载预压处理过程中，不断地通过在不同分区内采用不同类型和不同功率的真空射流泵进行对比试验，分析其单位面积的耗能量，达到降低单位面积的耗能，从而使整个工程项目降能增效和成本节余明显得到增强。

关键词：真空联合堆载预压；真空射流泵；耗能量

某项目选址于广东江门市新会区，占地1916亩。拟建场地在区域地貌上属于珠三角冲积平原，自然标高为-0.8～2.9米，地勘揭示场地主要软土层为黑色，饱和，软塑～流塑的淤泥层，厚度14～18米，含水量70%～90%，比隙比1.9～2.3，局部夹砂层，并含少量贝壳。场区由+0.8m回填至+4.3m标高，为消除地基过大沉降，主要采用真空联合堆载预压进行软基加固处理。处理区域分为24个区，其中22个区域采用真空堆载联合预压。

真空联合堆载预压采用真空射流泵抽真空使得膜下真空度不低于80kPa，现场利用网电供电，设计要求每800m2设置1台7.5kw的真空射流泵[理论单位面积的日耗电量为225瓦时/（平方×天）]，仅抽真空的耗电成本就占整个处理成本的50%～60%。在满足设计要求（膜下真空度不小于80kpa）不降低真空堆载联合预压效果的前提下，减小抽真空时单位面积的耗电量对整个工程项目降能增效和成本节余的意义重大。

1 工程地质条件

拟建场地在区域地貌上属于珠三角冲积平原，在地貌单元属于江门水道的河流阶地，场地地表现为鱼塘、稻田、菜地及芭蕉树林等，自然标高为-0.8～2.9米，地勘揭示场地主要地层分布为：

1.1 人工填土层（Qml）

素填土：灰黄色、黄褐色等杂色，湿，硬塑。主要成分为粉质粘土及强风化砂岩组成，未完成自重固结，欠压缩，为新近人工填土。主要分布于场地北侧和西南角，层厚为1.2～7.8m，平均厚度为3.37m，层顶标高为1.86～4.08m。

吹填土：灰黄色、浅黄色，湿，饱和，松散。主要成分粉细砂，含少量淤泥质，未完成自重固结，欠压密，为新近人工吹填土。主要分布于场地中部的东侧，层厚0.4～4.4m，平均厚度为1.96m，层顶标高为1.04～2.77m。

素填土：灰黄色、褐黄色，湿，可塑。主要成分为粉质粘土和粘土，未完成自重固结，欠太压密，为鱼塘围堰和田埂。主要分布于场地中部西侧，层厚0.4～6.0m，平均厚度为1.65m，层顶标高为-0.16～2.73m。

1.2 第四系海陆交互相沉积层（Q4mc）

淤泥：深灰色、灰黑色，流～软塑，污手，有臭味，含贝壳碎屑，局部地段含粉砂，个别地段下部含腐植质。该层分布于整个场地，层厚9.0～24.6m，平均厚度为14.27m，层顶标高为-0.435～1.78m。

粘土：褐黄色、褐红色、黄色，可塑。土质均匀，手捏光滑细腻，切口平整。主要分布在场地南部，北部零星分布，层厚0.5～7.0m，平均厚度为3.95m，层顶标高为-22.23～-10.90m。

1.3 第四系海陆交互相沉积层（Q4mc）层顶标高为-26.89～-11.97m

粘土：灰黄色、褐黄色、褐红色、灰白色，可塑，手捏光滑细腻，可搓细条。从上往下粉粒和砂粒逐渐增多，局部地段过渡为粉质粘土和粉土，极少量地段夹薄层砂层。主要分布在场地中部和北部，北部零星分布，层厚0.4～9.3m，平均厚度为4.67m，层顶标高为-21.87～-9.92m。

淤泥：灰黑色，软塑，污手，有臭味，含腐植质和少量粉砂，局部地段含少量贝壳碎屑。主要分布在场地南部，北部零星分布，层厚0.5～12.3m，平均厚度为4.93m。

细砂：浅黄色、褐黄色，饱和，中密。颗粒主要成分为石英、少量长石，含粘粒15～20%。场地内钻孔ZK20～22、ZK24见该层，层厚1.9～3.8m，平均厚度为2.77m，层顶标高为-22.42～-18.15m。

粗砂：褐黄色、黄色、灰白色，饱和，中密～密实。颗粒主要成分为石英、少量长石，含粘粒5～15%。分布于场地大部分地段，层厚0.3～12.1m，平均厚度为2.43m，层顶标高为-26.02～-15.94m。

砾砂：褐黄色、黄色、灰白色，饱和，密实。颗粒主要成分为石英、少量长石，含粘粒5～10%，局部含卵石约5～10%，粒径3～5cm。主要分布于场地的中部和北部，层厚0.5～14.8m，平均厚度为5.66m，层顶标高为-31.53～-16.70m。

卵石：浅黄色、灰白色，饱和，密实。颗粒主要成分为石英、少量长石，粒径2～8cm不等，磨圆度较好，含少量粘粒。主要分布于场地的北端，层厚0.6～3.7m，平均厚度为1.82m，层顶标高为-32.03～-21.39m。

2 试验准备及方案

采取两种试验方案，具体如下所示：

2.1 对先行试验区5-10区，9区和10区采用第一代（老式）真空泵，5区、6区、7区和8区采用第二代（潜水泵）真空泵。各区抽真空时未单独装电表，只是采用每月变压器的抄表读书进行用电量的统计分析。

2.2 在后期为了更加精确地对比不同功率真空泵的加固效果，采用相同类型不同功率的潜水真空泵进行试验。选择在15区和18区进行试验，两个区的处理面积基本一致，15区面积为28560m2，18区面积为29736m2，15区选用5.5KW潜水真空泵，18区选择7.5KW潜水真空泵，分别各自安装电流表记录各区的用电量。每区每天开一定数量的真空泵抽真空，实时记录两区每天的用电量，并实测每天的膜下真空度，用于试验分析。

3 试验效果分析

3.1 不同类型真空泵。根据已交验的试验区（10区）和先行施工段5～9区的数据进行分析，9区和10区采用第一代离心真空射流泵，单位面积的耗电量分别为240.5瓦时/（平方×天）和241.5瓦时/（平方×天），平均241瓦时/（平方×天）；5～8区采用第二代潜水真空射流泵，单位面积的耗电量分别为217瓦时/（平方×天）、201瓦时/（平方×天）、209瓦时/（平方×天）和206瓦时/（平方×天），平均208瓦时/（平方×天）。采用第二代潜水真空射流泵单位面积日耗电量有效降低，降低了33 W·h/（m2·d），与9区及10区进行比较，估算5～8区有效降低总用电量399826千瓦时，节约用电成本为599739元。其分析其原因主要是第一代真空泵采用为常规抽水泵，放置在空真排水沟旁的旱地上，不防水，如遇水侵易坏。第二代真空泵采用潜水泵抽水形成真空，潜水泵不怕水淹，且真空设备可与地基同时下降，可降低抽水泵的扬程损失，相对与第一代真空泵可形成较大的真空度，产生的真空加固效果效好，整体上单位面积的用电量较少。

3.2 不同功率真空泵。现场实时分别各自安装电流表记录各区的用电量，15区5.5KW潜水真空泵和18区7.5KW潜水真空泵的膜下真空度、开泵数量和累计用电量具体详见图1和图2。累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图具体详见图3和图4。

图1 15区膜下真空度、开泵数量、用电量关系曲线

图2 18区膜下真空度、开泵数量、用电量关系曲线

从图3和图4可得：在前期15区用1台泵开3天，2台泵开1天，21台泵开1天，总计用26台泵开1天，用电3150KW*h达到要求，18区用6台泵开1天，16台泵开1天，22台泵开2天，才达到要求，合计66台泵开1天，用电61888KW*h才达到要求，可见5.5KW潜水真空泵的效率明显优于7.5KW。

从图5和图6可得：15区用电量194875KW*h，沉降量达1372mm，18区用电量182768KW*h，沉降量达964mm，而15区沉降量达906mm时，累计用电量才为144200 KW*h，可见15区5.5KW潜水真空泵的用电效率明显高于18区7.5KW的，单位面积的耗能量明显较低。

图3 15区累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图

图4 18区累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图

综上所述在确保了真空联合堆载预压的膜下真空度都达到预定目标，经对比采用5.5KW潜水真空泵可有效降低了抽真空成本。因目前这两区还未卸真空交验，还无法对深层软土的真空加固效果（含钻孔抽芯进行室内试验及现场原位测试等）进行比效。

4 结语

（1）选择不同类型和功率的真空射流泵对大面积真空联合堆载预压单位面积的能耗量影响较为显著。（2）经生产科研对比分析发现第二代潜水真空泵的性能好于第一代老式离心真空泵。（3）经15区和18区前期抽真空试验，在达到相同的膜下真空度时，5.5KW真空泵的能耗量明显低于7.5KW的。（4）15区和18区还未卸真空交验，还无法对其真空加固效果（含钻孔抽芯进行室内试验及现场原位测试等）进行比效，特别是对深层软土加固效果的评价还有待进一步研究探讨。

参考文献

[1] 中国中铁第一勘察设计院.广东省南车修造基地地质勘察资料， 2010年10月.

[2] 中铁建港航局集团岩土工程有限公司.广东省南车车辆修造基地大面积真空预压科研试验报告[R].2012年10月.

[3] 夏振军，尹敬泽，魏建年.真空堆载联合预压法加固高速公路软土地基施工技术[J].广东公路交通，2009（C00）.

[4] 王景芸.真空—堆载法处理大面积软基的工程特性与效果[D].华中科技大学，2008.

[5] 李明英.真空联合堆载预压法软基处理的固结特性及沉降研究[D].华东石油大学，2008.

作者简介：卢永波（1980- ），男，广东惠来人，路桥工程师，从事公路施工。

3.2 不同功率真空泵。现场实时分别各自安装电流表记录各区的用电量，15区5.5KW潜水真空泵和18区7.5KW潜水真空泵的膜下真空度、开泵数量和累计用电量具体详见图1和图2。累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图具体详见图3和图4。

图1 15区膜下真空度、开泵数量、用电量关系曲线

图2 18区膜下真空度、开泵数量、用电量关系曲线

从图3和图4可得：在前期15区用1台泵开3天，2台泵开1天，21台泵开1天，总计用26台泵开1天，用电3150KW*h达到要求，18区用6台泵开1天，16台泵开1天，22台泵开2天，才达到要求，合计66台泵开1天，用电61888KW*h才达到要求，可见5.5KW潜水真空泵的效率明显优于7.5KW。

从图5和图6可得：15区用电量194875KW*h，沉降量达1372mm，18区用电量182768KW*h，沉降量达964mm，而15区沉降量达906mm时，累计用电量才为144200 KW*h，可见15区5.5KW潜水真空泵的用电效率明显高于18区7.5KW的，单位面积的耗能量明显较低。

图3 15区累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图

图4 18区累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图

综上所述在确保了真空联合堆载预压的膜下真空度都达到预定目标，经对比采用5.5KW潜水真空泵可有效降低了抽真空成本。因目前这两区还未卸真空交验，还无法对深层软土的真空加固效果（含钻孔抽芯进行室内试验及现场原位测试等）进行比效。

4 结语

（1）选择不同类型和功率的真空射流泵对大面积真空联合堆载预压单位面积的能耗量影响较为显著。（2）经生产科研对比分析发现第二代潜水真空泵的性能好于第一代老式离心真空泵。（3）经15区和18区前期抽真空试验，在达到相同的膜下真空度时，5.5KW真空泵的能耗量明显低于7.5KW的。（4）15区和18区还未卸真空交验，还无法对其真空加固效果（含钻孔抽芯进行室内试验及现场原位测试等）进行比效，特别是对深层软土加固效果的评价还有待进一步研究探讨。

参考文献

[1] 中国中铁第一勘察设计院.广东省南车修造基地地质勘察资料， 2010年10月.

[2] 中铁建港航局集团岩土工程有限公司.广东省南车车辆修造基地大面积真空预压科研试验报告[R].2012年10月.

[3] 夏振军，尹敬泽，魏建年.真空堆载联合预压法加固高速公路软土地基施工技术[J].广东公路交通，2009（C00）.

[4] 王景芸.真空—堆载法处理大面积软基的工程特性与效果[D].华中科技大学，2008.

[5] 李明英.真空联合堆载预压法软基处理的固结特性及沉降研究[D].华东石油大学，2008.

作者简介：卢永波（1980- ），男，广东惠来人，路桥工程师，从事公路施工。

3.2 不同功率真空泵。现场实时分别各自安装电流表记录各区的用电量，15区5.5KW潜水真空泵和18区7.5KW潜水真空泵的膜下真空度、开泵数量和累计用电量具体详见图1和图2。累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图具体详见图3和图4。

图1 15区膜下真空度、开泵数量、用电量关系曲线

图2 18区膜下真空度、开泵数量、用电量关系曲线

从图3和图4可得：在前期15区用1台泵开3天，2台泵开1天，21台泵开1天，总计用26台泵开1天，用电3150KW*h达到要求，18区用6台泵开1天，16台泵开1天，22台泵开2天，才达到要求，合计66台泵开1天，用电61888KW*h才达到要求，可见5.5KW潜水真空泵的效率明显优于7.5KW。

从图5和图6可得：15区用电量194875KW*h，沉降量达1372mm，18区用电量182768KW*h，沉降量达964mm，而15区沉降量达906mm时，累计用电量才为144200 KW*h，可见15区5.5KW潜水真空泵的用电效率明显高于18区7.5KW的，单位面积的耗能量明显较低。

图3 15区累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图

图4 18区累计用电量-累计真空度-累计沉降量关系曲线图

综上所述在确保了真空联合堆载预压的膜下真空度都达到预定目标，经对比采用5.5KW潜水真空泵可有效降低了抽真空成本。因目前这两区还未卸真空交验，还无法对深层软土的真空加固效果（含钻孔抽芯进行室内试验及现场原位测试等）进行比效。

4 结语

（1）选择不同类型和功率的真空射流泵对大面积真空联合堆载预压单位面积的能耗量影响较为显著。（2）经生产科研对比分析发现第二代潜水真空泵的性能好于第一代老式离心真空泵。（3）经15区和18区前期抽真空试验，在达到相同的膜下真空度时，5.5KW真空泵的能耗量明显低于7.5KW的。（4）15区和18区还未卸真空交验，还无法对其真空加固效果（含钻孔抽芯进行室内试验及现场原位测试等）进行比效，特别是对深层软土加固效果的评价还有待进一步研究探讨。

参考文献

[1] 中国中铁第一勘察设计院.广东省南车修造基地地质勘察资料， 2010年10月.

[2] 中铁建港航局集团岩土工程有限公司.广东省南车车辆修造基地大面积真空预压科研试验报告[R].2012年10月.

[3] 夏振军，尹敬泽，魏建年.真空堆载联合预压法加固高速公路软土地基施工技术[J].广东公路交通，2009（C00）.

[4] 王景芸.真空—堆载法处理大面积软基的工程特性与效果[D].华中科技大学，2008.

[5] 李明英.真空联合堆载预压法软基处理的固结特性及沉降研究[D].华东石油大学，2008.

作者简介：卢永波（1980- ），男，广东惠来人，路桥工程师，从事公路施工。