一种可回收渣土排水池结构及渣土的排水方法
技术领域
本发明属于渣土处理技术领域，特别涉及一种可回收渣土排水池结构及渣土的排水方法。
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。
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。
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。
总之，现有的渣土脱水技术处理效率低，现场处理成本高，而积压渣土的外运速度已经成为制约盾构工程建设速度的重要因素。
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，且对渣土脱水处理效率高，对环境低影响，使用设备可回收并重复使用的可回收渣土排水池结构及渣土的排水方法。
本发明采用的技术方案是：一种可回收渣土排水池结构，包括排水池及电渗透控制仪；
所述的排水池采用钢管桩连续墙作为排水池的侧壁，排水池的内侧壁上固定有若干竖向排列的塑料排水板，所述排水池的底板从上向下依次包括柔性树脂砂滤水层、镀锌铁丝网层、蓄排水板层及固化土层；固化土层上部设有与蓄排水板相互连通的排水盲沟。
排水池侧壁的若干钢管桩挖空，作为集水井，集水井侧壁上设有通水孔，通水孔使得集水井与排水盲沟相连通；集水井通过管道连接真空泵及抽水机；
所述的电渗透控制仪的阳极与悬浮于排水池中心区域渣土面上的空心铁球相连，而阴极与钢管桩连续墙及镀锌铁丝网层相连。
上述的可回收渣土排水池结构中，所述的柔性树脂砂滤水层浇筑或拼铺而成，其厚度为0.5-2.0cm；镀锌铁丝网层与排水池侧壁的钢管桩电连接；塑料排水板上端低于排水池顶面3-5cm，下端固定于柔性树脂砂滤水层与镀锌铁丝网层之间；排水盲沟中设有透水管。
上述的可回收渣土排水池结构中，包括两个长方形排水池，两个长方形的排水池共用一侧壁；所述的排水池的四个角处的钢管桩挖空，作为集水井，所述集水井的深度大于排水池的深度；集水井的顶部有密封盖，密封盖顶部浇筑固化土，集水井内还有抽气管和抽水管，抽气管和抽水管上端穿过密封盖与真空泵和抽水机相连接。
上述的可回收渣土排水池结构中，所述的集水井底部采用水泥砂浆或固化土封底，集水井的深度为排水池深度的1.5-2倍。
上述的可回收渣土排水池结构中，所述的排水池两侧分别设有一龙门吊轨道，龙门吊轨道沿着排水池长边方向设置；排水池长边的侧壁采用的是双排钢管桩结构，后排桩的钢管桩数量较前排桩数量少。
上述的可回收渣土排水池结构中，所述的钢管桩连续墙中的钢管桩长度为6.0~10.0m，钢管桩直径为0.6~1.0m；相邻的两钢管桩之间通过母扣和子扣连接；母扣安装在相邻两钢管桩之一上，子扣通过子扣连接板安装在相邻两钢管桩的另一个上；所述的母扣上设有一圆形的凹槽和一圆形的止水腔，止水腔位于凹槽外侧，子扣为圆管状结构，子扣插装在母扣的一凹槽内。
一种利用上述的可回收渣土排水池结构的渣土的排水方法，包括如下步骤：
1）建造渣土排水池结构，在集水井处安装真空泵及抽水机，在集水井中安装水位传感器，以实现通过管道自动抽取密闭集水井中的空气和水：
2）将需要脱水处理的盾构渣土装入渣土排水池结构的一个排水池中；
3）待渣土流平或铺满整个排水池的底部，开启真空泵（优选高功率真空泵，真空气量50升/秒），一边继续装载渣土，一边真空负压排水；
4） 当排水池中渣土装载过半后，在渣土池中心放入接通电渗透控制仪的阳极的空心铁球，电渗透控制仪的阴极连通钢管桩，开启电渗透控制仪，同时继续装载渣土至满载并始终使得空心铁球处于渣土面之上；
5）当水位传感器给出信号，即排水盲沟水位将满时，自动关闭真空泵，开启抽水机从集水井中抽水；抽水完成后自动关闭抽水机，重新开启真空泵抽气；
6）当渣土池中表面渣土含水量接近渣土塑限或渣土具有足够的承载力时，使用蛙式打夯机、捣固机或锤击对渣土进行振动加载；
7）保持电渗透控制仪处于开启状态，直至渣土进入硬塑状态；
8）关闭真空泵、抽水机和电渗透控制仪同时出渣，用高压水枪冲洗渣土排水池内腔表面。
9）对于渣土排水池结构的另一个排水池重复上述步骤2）-8），保持二个排水池连续装渣和出渣状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、常规盾构渣土池的侧壁及底板均采用不透水的钢筋混凝土结构，使用完成后难以回收，即使回收再利用价值也不大；本发明的渣土池不仅具有传统渣土池的全部功能，还能在装卸载的同时实现排水脱水，减少了渣土的外运成本以及外运渣土的处治成本。
2、本发明建造排水池的所有设备均可回收并重复使用。
3、本发明的渣土排水池内腔底板采用可回收透水性材料装配组合而成，底部表层为透水性柔性树脂砂层，由亲水性树脂、柔性树脂和粉细粒径的硅砂配制而成，使得透水结构的亲水性能、抗开裂性能大大提高，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的亲水性所破坏，透水效果得到加强。
4、本发明的渣土排水池侧壁设置了较为密集的塑料排水板，当排水系统在真空泵抽气水泵抽水后产生负压排水作用，有利于渣土在水平方向的进行排水。
5、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。在电磁场的作用下，渣土颗粒表层的电离层遭到一定程度的破坏，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。
6、本发明采用挖空的支护结构钢管桩作为集水井，实现了一桩二用，减少了设置集水井的工作量；同时在排水池的长边方向采用双排桩支护结构形式，龙门吊轨道设置在双排桩结构之上，双排桩结构与土体组合成复合桩基为龙门吊轨道提供充足的地基承载力，同时有利于排水池侧壁的稳定性。
7、本发明的渣土池侧壁同时具有止水功能，通过在钢管桩母扣件的止水腔中注入低强度高粘度水溶性高分子聚合物水溶液，可以实现钢管桩连续墙的止水功能。
8、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。
9、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是本发明的可回收渣土排水池结构侧壁局部俯视图。
图2是本发明的可回收渣土排水池结构的俯视图。
图3是图2中的A-A的剖视图。
图4是图2中的B-B的剖视图。
图中：1—集水井；2—钢管桩；3—子扣件连接板；4—子扣；5—母扣；6—止水腔；7—排水盲沟；8—龙门吊轨道；9—塑料排水板；10—集水井密封盖；11—固化土；12—集水井真空泵抽气管；13—集水井水泵抽水管；14—地基土；15—盾构渣土；16—柔性树脂砂滤水层；17—镀锌铁丝网；18—蓄排水板；19—透水管；20—排水池底板顶面位置标高线。
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1-4所示，本发明的可回收渣土排水池结构,包括两个长方形的排水池、电渗透控制仪，所述的两个排水池共用一侧壁，形成日字形排列结构。所述的排水池采用钢管桩连续墙作为排水池的侧壁，所述的钢管桩连续墙中的钢管桩长度为6.0~10.0m，钢管桩直径为0.6~1.0m，相邻的两钢管桩之间通过母扣5和子扣4连接；母扣5安装在相邻两钢管桩之一上，子扣4通过子扣连接板3安装在相邻两钢管桩的另一个上。所述的母扣5上设有一圆形的凹槽和一圆形的止水腔6，止水腔6位于凹槽外侧，子扣4为圆管状结构，子扣4插装在母扣5的凹槽内，实现相邻两钢管桩的连接。
每个排水池的四个角的钢管桩挖空，作为集水井1。所述的集水井1的底部采用水泥砂浆或固化土封底，集水井1的顶部有密封盖10，密封盖10顶部浇筑固化土11，集水井1内设有抽气管12和抽水管13，抽气管12和抽水管13上端穿过密封盖10分别与排水池外部的真空泵和抽水机相连接。集水井1的深度是排水池深度的1.5-2倍。
为减少土方开挖及降水工作量，所述的排水池侧壁顶部高出地面约1.0m；为了便于装渣和出渣，在排水池的两侧沿排水池长边方向设置有龙门吊轨道8，为确保排水池侧壁的稳定性龙门吊轨道8地基由足够的地基承载力，排水池长边方向的侧壁采用的是双排桩结构，后排钢管桩2的数量较前排钢管桩的数量少，且桩顶标高低于前排钢管桩2的桩顶标高约1.0m。
排水池底板下为地基土层14，排水池底板从下向上依次为0.8m厚度的固化土层11、蓄排水板18、镀锌铁丝网层17及柔性树脂砂滤水层16，所述的固化土层11的上部设置有格形排列的排水盲沟7，排水盲沟7的截面尺寸为0.5m×0.5m，排水盲沟7中埋设透水管19，透水管19周围与排水盲沟7之间的空间用粗砂填实。
镀锌铁丝网层17在周边与钢管桩通过点焊连接，排水池内腔侧壁钢管桩表面竖向固定有若干塑料排水板9，平均每根钢管桩1-2个，塑料排水板9上端固定于排水池顶面下3-5cm，下端固定于柔性树脂砂滤水层16与镀锌铁丝网层17之间。
柔性树脂砂滤水层16由粉细砂和树脂混合而成，粉细砂优选粒径为0.07mm-1.5mm的硅砂。所述树脂采用的是ME-2型水性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂和聚砜改性环氧树脂混合物。柔性树脂砂滤水层16按一定的重量比取树脂、固化剂TX-5501和硅砂混合均匀得到的拌合物，现场浇筑而成，也可预制然后现场拼铺而成，其厚度优选0.5-2.0cm。如采用现场浇筑的方式，浇筑前应先铺设一层土工滤布。
电渗透控制仪的阳极连接放置于排水池中央的渣土面之上，其阴极与排水池侧壁内的钢管桩2相连。
本发明的渣土的排水方法，包括如下步骤：
1）建造可回收渣土排水池结构，并在集水井处安装真空泵及抽水机，安装电渗透控制仪；所述渣土排水池结构的建造工艺为：
A. 平整场地，按设计图纸要求画出排水池平面布置轮廓线；
B. 沿渣土排水池平面布置轮廓线依次打入钢管桩构件单元，组合成钢管桩连续墙，钢管桩连续墙顶面高出地面1.0m，双排桩部分的后排钢管桩2及其连接板3的顶面标高与地面持平；
C. 挖除排水池内腔土体，超挖深度为0.9m，必要时可采取措施降低地下水位；
D. 在渣土排水池底部浇筑0.8m厚度的预拌流态固化土，即固化土层11，所述预拌流态固化土是以就地获取的土为主要材料，以土体固化剂普通硅酸盐水泥和水玻璃作为次要材料和满足流动性和水化反应过程所需要的水以及发泡剂，经过搅拌的可固化拌合物；
E. 按设计图所标示的位置挖截面为0.5×0.5m的排水盲沟7，放入透水管19，透水管19采用的是外径0.40m的桥式滤水管；挖除充当集水井1的钢管桩2内腔中的土体，并采用上述预拌流态固化土进行封底，封底厚度0.5m，然后在与排水盲沟7中桥式滤水管相对接的位置开孔，开孔直径0.4m，与透水管19连通对接；
F. 采用粗砂砾石将排水盲沟7填平压实，铺设透水型凹凸型塑料蓄排水板18，依次向上铺设镀锌铁丝网17，镀锌铁丝网17的周边与钢管桩2或连接板3通过点焊固定；
G. 在排水池侧壁的钢管桩2或连接板3表面安装固定塑料排水板9，其下端固定于镀锌铁丝网17之上；
H. 铺设或浇筑柔性树脂砂滤水层16。
I. 安装真空泵、抽水机、抽气管12和抽水管13，抽水管13的下端位置高于底端封底固化土层顶面0.2m，并在集水井内壁进水口附近位置安装水位传感器。
J. 在排水池侧壁的钢管桩母扣5的止水腔6中灌入防渗高分子聚合物水溶液，该聚合物水溶液由高分子聚丙烯酸钠与水按重量比1:1000混合得到。
K. 在双排桩钢管桩结构之上铺设龙门吊轨道8的垫层及轨道。
2）将需要脱水处理的盾构渣土装入一排水池；
3）待渣土流平或铺满整个排水池的底部，开启真空泵，一边继续装载渣土，一边真空负压排水；
4） 当该排水池中渣土装载过半后，在渣土池中心放入接通电渗透控制仪的阳极的空心铁球，电渗透控制仪的阴极连通钢管桩，开启电渗透控制仪，同时继续装载渣土至满载并始终使得空心铁球处于渣土面之上；
5）当水位传感器给出信号，即排水盲沟19水位将满时，自动关闭真空泵，开启抽水泵从集水井1中抽水；抽水完成后自动关闭抽水泵，重新开启真空泵抽气。
6）当渣土池中表面渣土含水量接近渣土塑限或渣土具有足够的承载力时，使用蛙式打夯机或捣固机或锤击对渣土进行振动加载；
7）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；通过调节电渗透控制仪的输出电压及渣土振动加载功率来控制出渣时间直至符合设计要求。
8）关闭真空泵、水泵和电渗透控制仪同时出渣，用高压水枪冲洗渣土排水池内腔表面。
9）将需要脱水处理的盾构渣土装入另一个排水池，重复上述步骤3）-8），保持二个排水池处于连续装渣和出渣状态。
