CN104652404A - 一种碱渣经过物理脱水后资源化利用的工法 - Google Patents

Abstract

一种碱渣经过物理脱水后资源化利用，当做地基填充料的施工方法，主要步骤：1.在碱渣池表面铺设若干厚度固体物料，设备架在船上边施工边走；2.设备开始下钢管，到达池底上方一定距离时，开始投放固体物料；3.提升柱锤边夯击物料，边提升钢管；4.反复投料夯击，直至钢管出碱渣池表面；5.经反复操作，形成碱渣和固体物料的混合体；6.在酸不溶物等介质被固体物料挤压破坏和荷载自重双重压力作用下，地下水通过增强体物料间孔隙自然溢出碱渣池表面，引向集水井排出；7.经过深层整体置换，含水率大幅降低，用设备分片开挖，搬运出碱渣池；8.在夯填、开挖、运输和再夯填过程中，相当于起搅拌作用，混合体形成一定配合比的填充料，应用于地基处理等工程中。

Description

一种碱渣经过物理脱水后资源化利用的工法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术中的地基处理领域，特别涉及一种碱渣经过物理法脱水，将巨量的废弃碱渣资源化，用作地基处理填充料的施工方法。

背景技术

碱渣是生产纯碱过程中产生的废渣，由于碱渣含有酸不溶物和大量氯离子等介质，亲水性强，含水率高，不易干涸，往往会造成白茫茫膏状物“白海”，使得处理碱渣成为世界性难题。巨量的废液废渣不仅侵占宝贵的土地资源，所造成的环境污染触目惊心，严重制约企业发展的可持续性。在现有技术中，对于废渣处理和处理后的废渣应用方法很多，例如：真空预压法，由于属于被动吸水，不但处理周期长、处理深度不足、费用大、处理效果差；有的加入脱水剂或者固化剂，通过化学方法处理，效果不明显，容易造成“二次污染”等；有的利用机械挤压脱水，工艺流程复杂，设备投资巨大，费效比严重失调。处理后的废渣用途很多，由于存在处理难度大、费用高等客观因素，资源化利用率严重不足。往往治标不治本，“白海”问题没有从根本上得到有效解决。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明目的旨在提供一种具有简洁高效的碱渣物理脱水工法，利用发明专利ZL201310030984.3的施工方法，结合发明专利ZL201310178493.3的专用设备，采取设备架在船上行走的施工措施，先用固体物料从下到上整体置换液态碱渣，挤压破坏酸不溶物和氯离子等介质的结构，固体物料慢慢地由干变湿，直至饱和状态，使得液相和气相在被固体物料挤压和荷载自重的双重压力作用下，液相和气相遇到物料间孔隙泄压，直接溢出地表面。经过若干时间脱水，碱渣含水率大幅下降，再通过工程机械清理出碱渣池。经过处理的碱渣，直接运到工地作填充料夯入地下固化地基，消纳巨量碱渣，完全能够到达以废治废、盘活企业的目的。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种碱渣经过物理脱水后资源化利用的工法，用脱水后的碱渣当作地基处理填充料的施工方法，其主要包括以下步骤：

1)在碱渣池表面铺设若干厚度固体物料，待沉降基本稳定，专用设备架在船上边施工边行走；

2)设备开始下沉钢管，到达池底上方一定距离时，开始投放固体物料；

3)提升柱锤边夯击固体物料，边提升钢管；

4)反复投料夯击，直至钢管出碱渣池表面；

5)经过设备反复操作，形成碱渣和固体物料的混合体；

6)在酸不溶物和氯离子等介质结构被固体物料挤压破坏和荷载自重双重压力作用下，地下水通过增强体物料间的孔隙自然溢出碱渣池表面，引向集水井排出；

7)经过深层整体置换，含水率大幅降低后，用工程机械分片开挖，搬运出碱渣池；

8)在夯填、开挖、运输和再夯填过程中，相当于起搅拌作用，碱渣混合体形成一定强度和配合比的填充料，应用于软土地基处理等工程中。

在上述碱渣物理脱水工法实施前，最好在所述步骤1)中，在液态碱渣池上铺设若干厚度固体物料，便于设备行走和确保施工安全。待局部铺设完成，先设试验区，根据试验的数据和结论，通过分析和调整，再实施大面积施工；

在上述碱渣物理脱水工法实施前，最好在所述步骤1)中，先选择在碱渣池池角施工，该部位脱水后满足一定强度时再开挖，作为临时集水井排水使用；

在上述碱渣物理脱水工法实施期间，最好在所述步骤1)中，碱渣池应按以下施工顺序执行：沿池短向从池边开始，慢慢沿着纵向一片一片地扩展。

在上述碱渣物理脱水工法实施期间，最好在所述步骤1)中，一般情况下，碱渣池处于满负荷运行状态，碱渣池的围堰承载能力相对较弱。经过分片施工后，能够防止废液废渣溢出碱渣池，造成不必要的工程事故。经过一段时间排水固结，以处理若干片区，开挖已经完成的第一片区的方式，逐渐卸载，直至清场完毕。

在上述碱渣物理脱水工法实施期间，最好在所述步骤1)中，在一作业点施工完成后，设备行走方式可以选择在围堰上用卷扬机拖拽，或者设备自身安装步履式装置等完成。

在上述碱渣物理脱水工法实施期间，最好在所述步骤1)中，为了设备行走安全，设备重心必须下移，减少倾覆等安全隐患。为了降低设备高度，在钢管上下运行期间，采取加装移动装置，柱锤及钢缆临时平移离开钢管中心，利于钢管在设备型心向上空延伸，待柱锤起吊前复位。

在上述碱渣物理脱水工法实施期间，最好在所述步骤1)中，所述固体物料指：粉煤灰、矿渣、砂石、片石、煤矸石、建筑垃圾等。

在上述碱渣物理脱水工法实施期间，最好在所述步骤1)中，所述固体物料粒径应该控制在300mm以内。

在上述碱渣物理脱水工法实施期间，最好在所述步骤1)中，选择集水井位置时，为考虑排水方便和及时，尽可能选择在池角。因围堰和脱水后的碱渣强度等因素，抽排水期间，必须考虑对围堰和集水井壁等的安全影响，需要采取阶梯状或者放坡开挖，以防大面积坍塌。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤2)中，由于钢管下端呈开口状，管口下方必须留出空间用于投放固体物料。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤2)中，由于碱渣池长期处于液态或者流塑状态，投料成型困难，可选择增大孔距，减少上下管次数，增加投料量的方法施工，增加体积置换率和增强体的截面面积，增加单孔溢水量，提高施工功效。在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤3)中，选择由深及浅依次投料反复夯击的方式施工，时刻关注隆起的碱渣对施工和设备产生的影响，采取相应的施工措施。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤4)中，投料孔间距按试验结果实施，或者按最终含水率要求布孔。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤5)中，碱渣和固体物料的混合体，固体物料可按就地取材原则，结合下道工序的地质情况和地基承载能力要求选择。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤6)中，经过双重压力挤压自然排出的地下水和雨水，应该及时采取有组织排水措施，尽快从集水井中排出。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤7)中，经过脱水后的碱渣，含水率控制在20％上下，该碱渣固结后凝结强度和可塑性最佳。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤8)中，经过脱水后的碱渣和固体物料的混合体填充料的配合比，应该根据不同的场地地质情况和不同的地基承载力设计值要求，以碱渣混合体作为填充料施工的地基处理工程，应该通过调整不同的施工参数选择合理的配合比，满足设计和施工规范要求。

在上述碱渣物理脱水工法实施过程中，最好在所述步骤8)中，应用本发明工艺流程施工，将填充料夯入地下。由于置换深度比现有技术深，可控性好，需要消纳巨量的碱渣混合物。将碱渣资源化利用后，不论消纳的速度和消纳的量，现有技术无法比拟。

在上述碱渣物理脱水工法实施后，碱渣池上部空间可以用于新能源开发利用，充分将巨量宝贵的土地资源化，比如建太阳能发电站等。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例

实施例1

某碱厂碱渣池占地面积达350公顷，经过几十年的持续排放，基本处于超负荷运行状态，严重影响企业持续发展，企业面对生存和环保双重的压力，面临停产或者倒闭边缘。随着美日等西方国家碱厂因环境污染纷纷停产或者倒闭，纯碱出口形势较好，形成产销背离现象。

该厂2^#碱渣池，原方案选用真空预压法施工，周期长、费用大、效果差，治标不治本的施工措施，难以解决企业的根本问题和燃眉之急，尤其是面对深达18m的碱渣池，现有技术更加束手无策。本发明从2^#碱渣池入手，临时集水井设置在碱渣池端部两角，采用沿碱渣池四周等处开挖明沟集中排放措施，用于聚集溢出的地下水和雨水。本发明从最远端开始施工，沿着碱渣池的短向池边先施工，慢慢地沿着纵向一片一片扩展。采取每片处理宽度～10m，每处理若干区域，经过一段时间排水固结，再开挖已经完成的第一片区的方式，逐渐减少碱渣池负荷，直至清场完毕。

本发明依次用长臂挖机开挖碱渣混合体，用于某港口集装箱码头的新吹填工程，吹填海淤深度～20m。集装箱码头原方案选用真空预压法施工，预压工期180天以上，二次处理采用现有技术，施工周期长、费用大、变形大，防腐和抗水平荷载难以解决。本发明方案，选择相对较好的土层作持力层，增强体按桩径≥Φ20002500以长短桩布桩，有效桩长10～20m，按地基承载力设计值要求调整好相应的施工参数，用碱渣添加建筑垃圾等混合体作填充物，直接夯填到该持力层，一次性完成该项目的地基处理工程，满足设计要求。利用废渣治淤，工期、质量、费用、沉降量等控制都比现有技术优势大得多。使得碱厂生产运营逐渐步入正常轨道，使得集装箱码头提前一年多时间投入运营，实现多赢局面。

实施例2

某企业选址于沿海的盐碱地，勘察结果显示，地表以下16～20m淤泥地基承载能力为45kPa，地表硬壳层缺失，②层以下粉质粘土地基承载能力为160kPa。按现有技术：真空预压+管桩等工序施工，存在工序多、工期长、费用大、变形大等缺陷。由于管桩长期浸泡在含腐蚀性的淤泥内，管桩接头焊接部位和锤击产生的裂缝受到严重侵蚀，使用寿命缩短，安全隐患增加。调研结果显示，使用～6年的管桩废弃开挖后，从锤击裂缝处自身劈裂，剩下混凝土灌芯斜立原地，混凝土灌芯内钢筋清晰可见；管桩接头处焊接和管桩钢端板基本仅留痕迹；承台主筋只剩下类似于棋盘状痕迹，令人触目惊心。另外，由于管桩沉降量较大，建筑物和构筑物沉降引起的门窗洞口等开裂现象较普遍；抗水平荷载承载能力普遍较弱。

本发明使用碱渣混合体作填充料施工增强体，以③_-1层粉质粘土层作持力层，增强体按桩径≥Φ1000～12001800布桩，有效桩长16～20m。施工后经第三方检测结果显示，单位面积地基承载能力≥200kPa，复合地基的桩土共同作用效果较好。本发明不仅解决了防腐问题和抗水平承载能力问题，由于透水性较好，排水固结效果好，变形相对减小。如果按设计要求局部地基承载能力≥250kPa，本发明方案实施添加碱渣等填充料复夯、强夯或者用素混凝土夯填，能够满足设计要求。

实施例3

某罐区位于海边滩涂地，新建直径Φ60m，50000m³储罐若干，勘察结果显示，地表以下～18m淤泥地基承载能力为50kPa，②_-1层以下粉砂层，地基承载能力为150kPa。原方案：真空预压+Φ500管桩+厚1200钢筋混凝土承台，桩长35m，工期＞1年。本发明采用满堂布桩方案，用碱渣的混合体置换至持力层，增强体按桩径≥Φ1800满堂布桩，有效桩长～22m，置换罐底以下直径≥78m。经过第三方检测结果显示，单位面积地基承载能力≥280kPa，软弱下卧层等能够满足规范和设计要求。在平整后的场地上铺设厚300褥垫层，上部结构直接在褥垫层上施工。本发明基本不用高耗能材料，节省工期过半，节约费用30％以上。

实施例4

某滨海公路原方案基层以下采用Φ6001500，桩长≥18m满堂布灌注桩，造价很高。本发明改用碱渣混合体作填充料，选择相对较好的土层作持力层，按Φ12001800，桩长～15m满堂布桩，检测结果表明，复合地基的桩土共同作用和防腐效果都优于灌注桩方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种碱渣经过物理脱水后资源化利用的工法，是将脱水后的碱渣当做填充料，用于软土地基深层置换处理的施工方法，其主要设备有：专用桩机、柱锤和钢管壁设有投料口的护筒等，施工方法包括专用桩机现场安装就位、反复下压钢管、投料夯填和提升钢管等，其特征在于包括以下步骤：

1)在碱渣池表面铺设若干厚度固体物料，待沉降基本稳定，专用设备架在船上边施工边行走；

2)设备开始下沉钢管，到达池底上方一定距离时，开始投放固体物料；

3)提升柱锤边夯击固体物料，边提升钢管；

4)反复投料夯击，直至钢管出碱渣池表面；

5)经过反复操作，形成碱渣和固体物料的混合体；

6)在酸不溶物和氯离子等介质结构被固体物料挤压破坏和荷载自重压力双重作用下，地下水通过增强体物料之间的孔隙自然溢出碱渣池表面，引向集水井排出；

7)经过深层整体置换，含水率大幅降低后，用工程机械分片开挖，搬运出碱渣池；

8)在夯填、开挖、运输和再夯填过程中，相当于起搅拌作用，碱渣混合体形成一定强度和配合比的填充料，应用于软土地基处理等工程中。

2.根据权利要求1所述的碱渣物理脱水工法，其特征在于，所述步骤1)中，碱渣池应按以下施工顺序执行：

a.在液态碱渣池表面铺设固体物料，便于设备行走和确保施工安全；

b.设试验区，根据试验的数据和结论，通过分析和调整，再实施大面积施工；

c.沿碱渣池短向从池边开始，慢慢沿着纵向一片一片地扩展；

d.经过一段时间排水固结，以处理若干片区，开挖已经完成的第一片区的方式，逐渐卸载，直至清场完毕；

e.施工期间，尽快采取有组织排水措施。

3.根据权利要求1所述的碱渣物理脱水工法，其特征在于，所述步骤2)中，碱渣池长期处于液态或者流塑状态，投料成型困难，可选择增大孔距，减少上下管次数，增加投料量的方法施工，增加体积置换率和增强体的截面面积，增加单孔溢水量，提高施工功效。

4.根据权利要求1所述的碱渣物理脱水工法，其特征在于，所述步骤7)中，在碱渣池清理完成后，碱渣池上部空间可以用于新能源开发利用，充分将巨量宝贵的土地 资源化，比如建太阳能发电站等。

5.根据权利要求1所述的碱渣物理脱水工法，其特征在于，所述步骤8)中，碱渣和固体物料的混合体的质量控制：

a.固体物料可按就地取材原则，结合下道工序的地质情况和地基承载能力要求选择；

b.通过夯填、开挖、运输和再夯填，形成最终填充料的配合比，可先通过实验室实验确认，或者现场试验得出；

c.排水固结周期应该结合相应地基处理工程合理安排，但不得少于半个月；

d.骨料粒径≤300mm，粗细合理搭配；

e.经过脱水后的碱渣，含水率控制在20％上下，该碱渣固结后凝结强度和可塑性最佳。

6.根据权利要求2所述的碱渣物理脱水工法，其特征在于，所述步骤a.中，设备行走方式可选择：

a.设备架在船上，用设在围堰上卷扬机拖拽；

b.设备自身安装步履式装置等。