劉宏偉，陳明，梁愛華，李衛(wèi)，于建

（1.天津臨港工業(yè)區(qū)建設開發(fā)有限責任公司，天津 300452；2.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456；3.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術交通行業(yè)重點實驗室，天津市港口巖土工程重點實驗室，天津 300222）

0 引言

在真空預壓施工中常用的抽真空設備主要為射流泵。其中射流泵一般由射流噴槍，水泵和射流水箱3部分組成。水泵主要采用潛水泵，其功率一般為7.5 kW和5.5 kW；常用的射流噴槍主要為φ50×φ25（喉管直徑×噴嘴直徑）、φ50×φ22、φ50×φ20、φ40×φ22、φ40×φ20、φ30×φ20等，其中φ30×φ20的射流噴槍在北方港區(qū)應用非常廣泛。

JTS147-2—2009《真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程》主要規(guī)定了潛水泵的功率、單泵控制面積、形成真空能力及抽真空過程中的開泵率，對于射流噴槍的型號尺寸的規(guī)定甚少，而射流噴槍的工作效率對工程造價、加固工期及加固效果影響很大。

為了了解北方港區(qū)常用射流泵的工作效率、形成真空能力等，通過常用功率的潛水泵和現(xiàn)場常用的不同型號的射流噴槍匹配，進行室內吸水試驗及試驗數據分析，以有助于對真空預壓抽真空設備的選擇。

1 射流泵吸水試驗方法及內容

1.1 射流泵產生負壓的工作原理

潛水泵形成具有一定能量（壓力和流量）的工作流體，經過射流噴槍噴嘴噴出，形成高速水流，使射流噴槍側壁壓力降低。由于射流和空氣之間產生的黏滯作用，把吸入室內的空氣帶走，使該處產生負壓（真空），在外界大氣壓力以及液體的靜壓力作用下，將被吸流體吸入吸入室，并隨同高速工作液流帶入喉管內，進行能量交換。在喉管內，由于液體分子的紊動作用，工作流體將一部分動能傳給吸入流體。這樣，工作流體的流速逐步減慢，被吸液體逐步加快，到達喉管末端，兩股液流的速度漸趨一致，混合過程基本完成。然后進入擴散管，在擴散管內，流速逐步降低，壓力上升，最后排出管外。

真空預壓就是利用射流泵的工作原理，膜下濾管通過出膜裝置和射流噴槍的吸入室相連，靠射流泵的連續(xù)工作，把膜下的水氣混和物排出，在地基土中形成負壓，使土體固結。射流噴槍的工作效率和真空預壓加固效果、工程造價息息相關。

研究表明，射流噴槍的各結構參數對其性能有不同程度的影響。其中對性能影響最顯著的參數是面積比[1-2]，面積比m計算式為：

1.2 試驗方法

在真空預壓施工中，射流噴槍的吸入室單位時間的吸入量（水、氣）、以及在吸入過程在膜下形成真空度的高低是射流泵工作性能的體現(xiàn)。根據抽真空設備在真空預壓施工中的工作原理，設計了室內吸水試驗，見圖1。通過吸水試驗，可以了解不同型號的射流噴槍單位時間的吸水量，形成真空壓力值、單位時間耗電量等，這些實驗數據對現(xiàn)場真空預壓抽真空設備的選擇很有幫助。

圖1 室內射流泵吸水試驗示意圖

1.3 試驗設備

根據天津港地區(qū)常用的潛水泵，選擇了占有天津市場份額較多的兩個廠家：天津甘泉集團公司生產的7.5 kW和5.5 kW的甘泉牌潛水泵，見圖2。江蘇連云港倍力特科技有限公司生產的倍力特牌7.5 kW和5.5 kW潛水泵，見圖3。泵的參數見表1。射流噴槍選用北方港區(qū)常用噴槍。射流噴槍具體參數見表2。實驗主要設備除了潛水泵和射流噴槍外，還有單相潛水泵、計量罐、壓力表、真空表、秒表等。真空表、壓力表精度等級為0.4級。

圖2 甘泉牌潛水泵

圖3 倍力特牌潛水泵

表1 試驗用潛水泵參數表

表2 射流噴槍參數

2 試驗結果分析

2.1 射流泵單位時間吸水量分析

射流噴槍單位時間吸水量是射流泵工作效率的體現(xiàn)，根據試驗數據做射流泵單位時間吸水量隨射流噴槍面積比變化曲線見圖4?？梢钥闯觯?/p>

圖4 單位時間吸水量隨面積比變化曲線

1）射流噴槍面積比在3～6之間是高效區(qū)，單位時間吸水量大。

當代中國憲法學的發(fā)展不僅具有人類政治文明進步的一般性意義，更有著非同尋常的特殊歷史意蘊。黨的十九大作出中國特色社會主義進入新時代的重大政治判斷，為憲法學進一步繁榮發(fā)展提供了新的重大契機，也為憲法學研究確立了新的歷史方位和時代使命。

2）不管是接7.5 kW的潛水泵還是接5.5 kW的潛水泵，噴嘴直徑為25mm、22mm，喉管直徑為50mm的射流噴槍單位時間吸水量優(yōu)于喉管直徑為40mm、30mm的射流噴槍。

3）喉管直徑為30mm的射流噴槍，面積比最小，單位時間吸水量也最小，是其他射流噴槍的單位時間吸水量的一半甚至更少。

真空預壓施工抽真空初期，地基土中含有大量自由水和氣體，需要迅速排出，在常用的這幾種射流噴槍接7.5 kW、5.5 kW的潛水泵中，φ30×φ20的吸水效率顯然是最低的，φ50×φ25、φ50×φ22吸水效率最高，喉管直徑為40 mm的射流噴槍吸水效果居中。

2.2 閥門打開狀態(tài)真空度變化分析

試驗發(fā)現(xiàn)甘泉5.5 kW、倍力特5.5 kW潛水泵和φ50×φ20射流噴槍相連接時，泵前閥門關閉狀態(tài)下，真空度值為-0.089 MPa、-0.087 MPa，真空度值不能滿足JTS147-2—2009《真空預壓加固軟土地基技術規(guī)程》要求。

吸入室閥門為打開狀態(tài)時，射流噴槍從計量罐內吸水，計量罐非密閉容器，水體表面承受了一個大氣壓，吸入室形成的真空負壓不能達到-0.1MPa，但是仍然能夠說明各種匹配情況效率的高低。不同面積比的射流噴槍接不同功率的潛水泵真空度隨面積比變化曲線見圖5。從這些可以看出：

圖5 真空度隨面積比變化曲線

1）對于形成的真空度而言，面積比在3～6之間是高效區(qū)，形成的真空負壓最低。

2）在吸入敞開狀態(tài)下計量罐的水過程中，喉管直徑為50mm噴嘴直徑為22mm、25mm的射流噴槍形成真空度的效果最好；喉管直徑為40mm的射流噴槍形成真空度的效果居中；喉管直徑為30mm的射流噴槍，形成真空度的效果最差。

2.3 射流泵單位能耗工作效率分析

真空預壓施工中，臨時用電費在工程造價中占有很大的比重[3]，射流泵的單位能耗工作效率和工程造價關系很大。同一臺潛水泵，射流噴槍不同，單位能耗的吸水量是不一樣的，選擇一款高效的射流噴槍來降低能耗、提高單位能耗的工作效率，進而降低工程造價是至關重要的。潛水泵單位能耗吸水量隨射流噴槍面積比變化曲線見圖6?？梢钥闯觯?/p>

圖6 單位能耗吸水量隨面積比變化曲線

1）對于同一臺潛水泵接不同的射流噴槍，面積比在3～6之間單位能耗吸水量是高效區(qū)。

2）甘泉7.5 kW、5.5 kW，倍力特7.5 kW潛水泵接噴嘴直徑為25mm、22mm，喉管直徑為50mm的射流噴槍單位能耗吸水量優(yōu)于喉管直徑為40mm、30mm的射流噴槍。喉管直徑為30mm的射流噴槍，面積比最小，單位能耗吸水量也最小，是非常不經濟的。

3）倍力特5.5 kW的潛水泵接喉管直徑為40mm，噴嘴直徑為20mm的射流噴槍單位能耗吸水量工作效率最高。

把同一廠家的兩臺潛水泵放在一起做單位能耗吸水量隨面積比變化曲線，并添加趨勢線，見圖7?？梢钥闯觯?/p>

圖7 單位能耗吸水量隨面積比變化曲線

1）在沒有滿負荷工作條件下，甘泉7.5 kW、5.5 kW兩臺潛水泵分別接不同的射流噴槍，單位能耗吸水量工作效率相差不多，兩條趨勢線基本重合。倍力特5.5 kW的潛水泵接不同射流噴槍單位能耗吸水量工作效率優(yōu)于7.5 kW的潛水泵。

2）從趨勢線上來看，兩個廠家的潛水泵接不同的射流噴槍，面積比在5附近時，是單位能耗工作效率高效區(qū)，φ50×φ22的射流噴槍單位能耗吸水量工作效率相對較高。

3 結論

抽真空設備在真空預壓施工中起到至關重要的作用，它的優(yōu)劣、工作效率的高低直接決定施工能否順利進行、工程造價高低以及地基加固效果的好壞。如何選擇抽真空設備尤其是射流噴槍非常重要。通過北方港區(qū)常用功率的潛水泵和常用的不同型號的射流噴槍相匹配，分別進行單位時間吸水量、能耗、泵出水口壓力、真空度等方面的測試和數據分析，得到如下結論：

1）功率為7.5 kW、5.5 kW的潛水泵接不同型號的射流噴槍，射流噴槍面積比在3～6之間是高效區(qū)，單位時間吸水量大，形成真空負壓低，單位能耗吸水量大。

2）噴嘴直徑為25mm、22mm，喉管直徑為50mm的射流噴槍工作效率基本優(yōu)于喉管直徑為40mm、30mm的射流噴槍。

3）φ30×φ20射流噴槍從單位時間吸水量、單位能耗吸水量、形成真空負壓3個方面，效率都非常低，在真空預壓施工中可能會造成資源浪費，不建議采用。

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[3] 董志凌.第四代真空射流裝置節(jié)能技術改造[J].中國港灣建設，2010（3）：72-74.