一种渣土排水池结构及渣土的压力差电磁场耦合排水方法
技术领域
本发明属于渣土处理技术领域，特别涉及一种渣土排水池结构及渣土的压力差电磁场耦合排水方法。
背景技术
轨道交通建设促进了城市经济的发展、解决了城市交通拥堵的问题、改善了人民群众的出行条件，但是也带来一系列环境和安全问题，其中渣土处理是地铁建设过程中所面临的最突出问题。
地铁一般分为车站和区间施工，区间施工通常采用盾构法。盾构渣土多为细小颗粒，含水率较高，相比钻爆和其它机械开挖方法产生的渣土危害性更大。
首先，渣土运输过程中，经常出现各种环境和安全问题，如扬尘、撒漏、偷拉乱倒等环境问题以及超速超载等安全问题。
其次，随着大规模建设的发展，渣土堆填场地已经严重不足。以长沙为例，现有消纳场的总库容只有近800万立方米，而长沙市2015年已处理的渣土量有1800万立方米，且每年以15%的速度在增长。仅仅是长沙2号线施工，产生的渣土量就有400万立方米。
再次，盾构渣土中包含大量泡沫剂，如未做处理，易污染周边水土环境。
最后，盾构渣土含水率高，稳定性差，直接堆填容易发展成为安全隐患。2015年12月20日，位于深圳光明新区的红坳渣土受纳场发生滑坡事故造成73人死亡，4人下落不明，17人受伤，33栋建筑被损毁、掩埋，事故造成直接经济损失8.81亿元。
目前，对于盾构渣土的脱水处理已成研究热点，研究表明，盾构渣土经过脱水处理后至少可以节约44%的处治费用。
经过脱水的渣土能节约堆填场地，甚至可以资源化利用作为路基填料。
原始状态的渣土呈膏状，无法直接堆填，只能找矿坑矿洞填埋，而含水率降低到25%以下，可以堆填到数米高而不发生滑坡；而如果降低到最优含水量，就可以压实用着路基。而含水率如果低于最优含水量到一定程度，渣土就具有了可筛性。对于含泥量高达80%以上的渣土，筛分价值不大；而对于2mm以上粒径超过50%的渣土，具有较大筛分价值，筛分得到的砂石可以用来配制低强度水泥制品。
综上所述，渣土的脱水处理是渣土处治的最重要环节。
目前国内已经研发了许多类型的脱水处理设备，如板框压滤机、带式压滤机、卧螺离心机、真空带式压滤机、转筒烘干机、红外线干燥器等，利用这些设备处理渣土有一定效果，但也存在许多问题：
1、投资成本高，离心机和压滤机都属于大型设备，初期投资成本以及运营费用高；
2、设备占地面积大，盾构施工始发位置和出渣口一般都设置在地铁车站，而地铁车站一般都位于道路交叉口附近，施工场地空间有限，通常没有空间用于放置整套设备；
3、处理效率低，即便采用1000m2的压滤机，每小时也只能处理十几方干土，而盾构机正常施工时，每半小时即可掘进一环，产生渣土量达60m3，因此采用压滤机处理时，会产生大量的渣土积压。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、紧凑，占地面积小、成本低，且对渣土处理效率高的渣土排水池结构及渣土的压力差电磁场耦合排水方法。
本发明采用的技术方案是：一种渣土排水池结构，包括渣土排水池及电渗透控制仪，所述的渣土排水池侧壁上设有若干集水井，集水井竖直设置；渣土排水池下部内腔与集水井之间的侧壁采用透水材料制成；所述的渣土排水池的底板从上向下依次包括反滤透水底板、防锈钢丝网层、过滤土工布层、蓄排水板及钢筋混凝土底板；钢筋混凝土底板上设有盲沟，盲沟连通集水井；电渗透控制仪连接钢钎与防锈钢丝网层；钢钎用于插入渣土。
上述的渣土排水池结构中，所述的反滤透水底板包括反滤透水底板I和反滤透水底板Ⅱ，反滤透水底板I位于反滤透水底板Ⅱ上方，反滤透水底板I采用微纳米级透水树脂砂制成，反滤透水底板Ⅱ采用透水混凝土制成。
上述的渣土排水池结构中，所述的渣土排水池截面为方形，渣土排水池方形截面的每个角处分别设有一个集水井，所述的渣土排水池每个侧壁下分别设有一盲沟，盲沟的两端连通相邻的两集水井。
上述的渣土排水池结构中，所述的渣土排水池下部内腔与集水井之间的侧壁包括透水层I和透水层Ⅱ，透水层I位于透水层Ⅱ内侧，透水层I采用微纳米级透水树脂砂制成，透水层Ⅱ采用透水混凝土制成。
上述的渣土排水池结构中，所述的透水树脂粉砂由粉细砂和透水树脂混合而成，粉细砂粒径采用的是0.07mm-1.5mm的石英砂，树脂采用的是亲水性环氧树脂；透水混凝土的骨料的粒径为2mm-10mm
上述的渣土排水池结构中，所述的集水井的井壁由生态砂基透水砖砌筑而成。
一种利用上述的渣土排水池结构的渣土的压力差电磁场耦合排水方法，包括如下步骤：
1）建造渣土排水池，安装真空泵，真空泵的进水口通过管道与集水井连接：
2）将需要脱水处理的渣土，装入渣土排水池直至渣土排水池的内腔装满；
3）开启真空泵开始真空负压排水；
4）开启电渗透控制仪，在渣土中插入钢钎，钢钎与防锈钢丝网之间形成脉冲电磁场；
5）当出现排水量明显减小甚至无水排出时，使用蛙式打夯机或捣固机对渣土进行振动加载；
6）保持电渗透控制仪处于开启状态，直至渣土进入只有少量结合水而无自由水的硬塑状态；
7）出渣，用高压水枪冲洗渣土排水池内腔表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明无需使用昂贵的处治设备，降低了成本，而且对渣土处治效率高；一次处治渣土方量没有上限。
2、本发明的渣土排水池下部内腔与集水井之间的侧壁采用透水材料制成，底部设有反滤透水底板，渣土排水池下部内腔与集水井之间的侧壁和反滤透水底板的表层材料为亲水性树脂和粉细粒径的石英砂，并在骨料中添加有亲水性无机材料，使得透水结构的亲水性能大大提高，从而能够保证透水结构表面的致密、透水快、堵塞少，在透水结构表层，水分子的表面张力被树脂和无机材料的亲水性所破坏，透水效果得到加强。
3、本发明的渣土排水池下部侧壁和底部的底板都可以透水，透水通道的面积大，渣土排水池的下部内壁及底板均为表面致密、透水快、堵塞少的透水结构，排水速度快，排水系统在真空泵抽水抽气后产生负压，渣土在蛙式打夯机或捣固机的振动冲击下形成较高的孔隙水正压力，从而在透水结构的表层形成较大的压力差，进一步加快了渣土排水的速度。
4、本发明采用电渗透控制仪在排水系统及池内腔渣土中形成脉冲电磁场；可以间隙性消除透水结构表层泥皮的堵塞效应，保证透水结构的排水效果，同时在电磁场的作用下，渣土颗粒表层的电离层遭到部分程度的破坏，部分结合水向自由水发生转变，极性水分子会主动向着排水系统的透水结构层移动，而渣土颗粒对透水结构表层的粘附作用被消弱，提高了排水效率。
5、本发明采用反滤层结构集水井，真空泵通过该集水井抽出的水不含颗粒杂质及有机物，渣土中的污水可以回收再利用。
6、采用本发明获得的渣土，含水率可以降低到塑限以下，可以大大降低运输成本。对于砂性渣土可以直接筛分，获得有价值的砂石、黏土；粘性渣土可以作路基填料或用来做黏土砖等，实现了渣土资源的再利用。
7、本发明还具有结构简单、实施方便，一次投资及后期维护、运营费用少，渣土处治效率高的优点。
附图说明
图1是本发明的渣土排水池结构的俯视图。
图2是本发明的渣土排水池结构的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1-2所示，本发明的渣土排水池结构包括渣土排水池1及电渗透控制仪，所述的渣土排水池1的截面为方形，渣土排水池1截面的四个角处分别设有一个集水井2，集水井2竖直设置。集水井2的井壁由生态砂基透水砖按反滤层方向摆放砌筑而成。所述的渣土排水池1下部内腔与集水井之间的侧壁采用透水材料制成；所述的渣土排水池1下部内腔与集水井2之间的侧壁包括透水层I31和透水层Ⅱ32，透水层I31位于透水层Ⅱ32内侧，透水层I31采用微纳米级透水树脂砂制成，透水层Ⅱ32采用透水混凝土制成。透水树脂砂中由粉细砂和树脂混合而成，粉细砂优选粒径为0.07mm-1.5mm的石英砂，树脂采用的是亲水性环氧树脂。透水混凝土的骨料的粒径为2mm-10mm。所述透水层I31和透水层Ⅱ32可现浇也可采用生态砂基透水砖砌筑。
所述的渣土排水池1的底板从上向下依次包括反滤透水底板、防锈钢丝网层5、过滤土工布层6、蓄排水板8及钢筋混凝土底板7；钢筋混凝土底板7上设有盲沟9，渣土排水池1每个侧壁的下方分别设有一盲沟9，盲沟9连通两个相邻的集水井2。所述的反滤透水底板包括反滤透水底板I41和反滤透水底板Ⅱ42，反滤透水底板I41位于反滤透水底板Ⅱ42上方，反滤透水底板I41采用微纳米级透水树脂砂制成，反滤透水底板Ⅱ采用透水混凝土制成。透水树脂砂中由粉细砂和树脂混合而成，粉细砂优选粒径为0.07mm-1.5mm的石英砂，树脂采用的是亲水性环氧树脂。透水混凝土的骨料的粒径为2mm-10mm。所述透水结构层可现浇也可采用砂基生态透水砖砌筑。电渗透控制仪的阳极和阴极分别连接钢钎与防锈钢丝网层6；钢钎用于插入渣土。本发明能对泥水平衡盾构渣土以及土压平衡盾构渣土进行处理。
本发明的渣土的压力差电磁场耦合排水方法，包括如下步骤：
1）建造渣土排水池结构，并安装真空泵；真空泵的进水口通过管道与集水井连接；
所述渣土排水池结构的建造工艺为：
A. 挖地基，平整场地；
B. 在渣土排水池1的四个角打井孔，用生态砂基透水砖砌筑4个用来排水的集水井2；
C. 浇筑不透水的钢筋混凝土底板7；
D. 在渣土排水池1底部4个侧壁下方位置设置排水盲沟9，用中粗砂填平；
E. 铺设凹凸型塑料蓄排水板8，依次向上铺设过滤土工布6及防锈钢丝网5；
F. 在防锈钢丝网5上现浇或砌筑反滤透水底板I41和反滤透水底板Ⅱ42，再采用砂基生态透水砖砌筑渣土排水池的内壁下部的透水层I31和透水层Ⅱ32；
G. 在渣土排水池1内腔的上部及池外壁支模板浇筑不透水的钢筋混凝土。
2）将需要脱水处理的渣土装入渣土排水池1，直至其内腔装满；
3）开启连接4个集水井2的真空泵开始真空负压排水；
4）开启电渗透控制仪，在渣土中插入钢钎，钢钎与防锈钢丝网5之间形成脉冲电磁场；
5）当出现排水量明显减小甚至无水排出时，使用蛙式打夯机或捣固机对渣土进行振动加载；
6）继续保持电渗透控制仪的开启状态，直到渣土进入只有少量结合水而无自由水的硬塑状态；
7）出渣，用高压水枪冲洗排水池内腔表面；
8）重复上述步骤2）~7），直至所有渣土处理完毕。
