本发明涉及港口工程中的淤泥软基的排水固结的一种方法，特别是一种适用于淤泥软基的快速固结方法。
背景技术
港口工程建设中，关键技术之一是淤泥处理和淤泥利用，它是工程质量、工期和造价的主要影响因素之一。淤泥颗粒细、含水量高，物理力学指标差，港口建设中，必须对淤泥进行处理，将淤泥挖除或排水固结后作为地基使用。现有技术中常用的淤泥加固技术和工艺有：
抛石置换：采用机械挖泥将淤泥挖除后抛石，形成抛填地基，或采用爆破挤淤专利技术，将淤泥置换，形成建筑物的稳定基础。优点是：地基承载力高，沉降小。缺点是：需要大量的抛填石料，造成自然资源的浪费；机械挖除的淤泥和爆破挤淤挤出的淤泥造成二次搬运和污染。
真空预压：港口工程中的淤泥软基多用真空预压技术进行加固，优点是：实现淤泥的原位加固，可以加固吹填淤泥和原状淤泥，实现了淤泥的废物利用。缺点是：淤泥的颗粒太细，渗透系数太低，抽真空时间太长（如连云港港口，淤泥厚度18米时，抽真空时间需要9个月），严重影响了工程进度，工程造价也高；真空预压加固淤泥地基后，淤泥的含水量仍然很高，约50～60％，强度低，承载力小，后期沉降量大。
堆载预压：采用超载的办法进行淤泥的排水固结，优点是：加大堆载量并延长压载时间，可以达到较高的淤泥强度。缺点是：分级堆载时间更长，需要大量的堆载料，堆载料的转运需要较大费用。
淤泥搅拌：采用水泥、石灰或其他新型外加剂进行淤泥的现场搅拌加固，吸收淤泥中的水分，并产生化学反应，把淤泥变硬，形成掺加剂和淤泥的硬性骨架。优点是：淤泥固结快，3个月的强度基本接近最大值。缺点是：外加剂掺加量大，费用高，仅应用于工程的重点部位；工程质量不易保证，很多地区已经取消该工艺。
吹填淤泥的表层处理一直是工程的难点：淤泥吹填结束后，表层为稀粥状，含水量150～300％，依自重沉淀，速度很慢。吹填区表面为锅底状，中间低，沉淀水难以排出。常用的做法是：沉淀、晾晒4个月，铺设编织布、竹芭后，用山皮土作为工作垫层，不但大大提高了工程造价，还带来很大的施工风险。如果采用本法进行吹填淤泥的表层加固，则大大提高工效，降低造价。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种方法更为合理、排水固结速度快且彻底、节能、环保的淤泥软基的碱渣快速固结法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的。本发明是一种适用于淤泥软基的快速固结方法，其特点是，其步骤如下：在待处理的浅层吹填淤泥的原位上，向吹填淤泥中添加制碱废渣、碳渣和非离子表面活性剂，搅拌，在自然温度下发生反应；制碱废渣的加入量为吹填淤泥的重量的8%－12%，非离子表面活性剂的加入量为制碱废渣的3‰-5‰；所述碳渣的加入量为吹填淤泥的重量的3%－6%，吹填淤泥的加固深度为1－2米；反应结束后，采用真空射流泵进行真空吸水，完成淤泥软基的快速固结，土体固结后的场地作为工作垫层使用；所述的制碱废渣是指纯碱生产产生的废渣，含有ca离子。
本发明所述的适用于淤泥软基的快速固结方法，其进一步优选的技术方案是：制碱废渣的加入量为吹填淤泥的重量的10%，所述碳渣的加入量为吹填淤泥的重量的5%，非离子表面活性剂的加入量为制碱废渣的4‰。
本发明所述的适用于淤泥软基的快速固结方法，其进一步优选的技术方案是：采用真空射流泵进行真空吸水时，射流泵的吸上流量为10m3/h－15m3/h，射流泵扬程为30－40m。
本发明方法固结后可以用作形成吹填稀泥上的工作垫层，支撑施工人员和设备荷载；方便淤泥加固的后续工程施工。
本发明所述的制碱废渣（碱渣）是指纯碱生产产生的废渣，含有ca离子。一般的纯碱生产原料为氯化钠和碳酸钙，生产后产生的制碱废渣主要成份为氯化钙，也含有少量的硫酸钙、氧化钙与未反应完全的碳酸钙。本发明利用的是其中的ca离子。本发明所述的碳渣为煤燃烧之后形成的废渣。
淤泥依照其电荷效应吸附大量的薄膜水，颗粒直径增加数倍，并形成蜂窝状结构，并包裹了大量的自由水。由于其排水路径细小、且弯曲，造成排水路径很长，所以渗透系数很小，排水固结困难。但是在非离子表面活性剂的催化作用下，淤泥与碱渣、碳渣搅拌，碱渣的碱性改变了淤泥的固有特性，碱渣中的钙离子被淤泥颗粒吸附，起到了“架桥”的作用，将淤泥颗粒或颗粒群吸附到一起，产生物理反应和化学反应。碳渣则加以加强反应效果。反应后的淤泥呈现飘絮状、树枝状，不但改变了淤泥的薄膜水厚度，而且极大的放出了被包裹的自由水。因此，在自重、堆载或真空压力下，具有很好的排水固结效果。本发明所述的非离子表面活性剂可以为现有技术中公开的任何一种可适用于本发明的非离子表面活性剂。优选的非离子表面活性剂为高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或者脂肪酸聚氧乙烯酯。
与已有技术相比，本发明的优点和技术效果为：
1、它实现了碱厂废渣和工业碳渣的废物利用：生产纯碱的废渣具有较强的碱性，主要成分是氯化钙，溶解于水。在海滩的围堰内堆存数十年，占地数百万平米，尚无良好的处理和应用办法。本发明实现了废弃碱渣的有效利用，既解决了环保问题，又变废为宝。
2、它实现了淤泥的废物利用：港口建设中，需要挖除大量的淤泥。以前，挖除的淤泥都是倒在外海，运距长，造价高，在风浪、潮流作用下，淤泥二次回淤。吹填的淤泥很稀，表面呈稀粥状，含水量达100～300％，为吹填淤泥的排水固结和场地使用，造成工程成本的大幅度提高。严重制约了该项技术的发展，吹填淤泥的快速固结一直是工程界的追求。本发明采用吹填淤泥造陆，实现废物利用。
3、本发明利用了碱渣的碱性改变淤泥的固有特性，并在非离子表面活性剂的作用下，利用碱渣中钙离子的架桥作用，使淤泥颗粒或淤泥颗粒集团重新组合，释放薄膜水和自由水，在自重或外加压力作用下快速排水固结。
4、本发明方法排水量大、速度快：充分反应后的淤泥在2吨/平米的压力作用下，一个小时的排水时间，淤泥的含水量可以从114％降低到45％左右。
5、本发明方法固结后的淤泥强度高，含水量低，空隙少，淤泥的颗粒重新组合，所以淤泥的强度大幅度提高，反应后的试样在2吨压力下排水一个小时后的强度从0提高到70千帕左右。在真空预压条件下，短期内的强度可以达到几十千帕。
6、本发明方法施工速度快，发生反应的时间为5～30分钟左右。堆载预压或真空吸水的排水时间也很短，一般不超过3天，仅占传统施工时间的5％左右。
7、本发明方法可以实现流水作业：淤泥搅拌和真空吸水或堆载排水可以形成流水作业，由于排水固结速度加快了，软基处理和后续工程可以形成流水作业，达到提高建设速度。
8优选的非离子表面活性剂用量少，效果好。
9、本发明可以实现有效的节能：深层真空预压的抽真空时间为9个月，需要大量的电能，而本发明却不需要多少能源。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种适用于淤泥软基的快速固结方法，其步骤如下：在待处理的浅层吹填淤泥的原位上，向吹填淤泥中添加制碱废渣、碳渣和非离子表面活性剂，搅拌，在自然温度下发生反应；制碱废渣的加入量为吹填淤泥的重量的8%，非离子表面活性剂的加入量为制碱废渣的3‰；所述碳渣的加入量为吹填淤泥的重量的3%，吹填淤泥的加固深度为1－2米；反应结束后，采用真空射流泵进行真空吸水，完成淤泥软基的快速固结，土体固结后的场地作为工作垫层使用；所述的制碱废渣是指纯碱生产产生的废渣，含有ca离子。采用真空射流泵进行真空吸水时，射流泵的吸上流量为10m3/h－15m3/h，射流泵扬程为30－40m。所述的非离子表面活性剂为高碳脂肪醇聚氧乙烯醚。
实施例2，一种适用于淤泥软基的快速固结方法，其步骤如下：在待处理的浅层吹填淤泥的原位上，向吹填淤泥中添加制碱废渣、碳渣和非离子表面活性剂，搅拌，在自然温度下发生反应；制碱废渣的加入量为吹填淤泥的重量的12%，非离子表面活性剂的加入量为制碱废渣的5‰；所述碳渣的加入量为吹填淤泥的重量的6%，吹填淤泥的加固深度为1－2米；反应结束后，采用真空射流泵进行真空吸水，完成淤泥软基的快速固结，土体固结后的场地作为工作垫层使用；所述的制碱废渣是指纯碱生产产生的废渣，含有ca离子。采用真空射流泵进行真空吸水时，射流泵的吸上流量为10m3/h－15m3/h，射流泵扬程为30－40m。所述的非离子表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯。
实施例3，一种适用于淤泥软基的快速固结方法，其步骤如下：在待处理的浅层吹填淤泥的原位上，向吹填淤泥中添加制碱废渣、碳渣和非离子表面活性剂，搅拌，在自然温度下发生反应；制碱废渣的加入量为吹填淤泥的重量的10%，非离子表面活性剂的加入量为制碱废渣的4‰；所述碳渣的加入量为吹填淤泥的重量的5%，吹填淤泥的加固深度为1－2米；反应结束后，采用真空射流泵进行真空吸水，完成淤泥软基的快速固结，土体固结后的场地作为工作垫层使用；所述的制碱废渣是指纯碱生产产生的废渣，含有ca离子。采用真空射流泵进行真空吸水时，射流泵的吸上流量为10m3/h－15m3/h，射流泵扬程为30－40m。所述的非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。