城市道路建筑渣土三級分類體系試驗研究

范勁松， 柳炳康， 扈惠敏

（合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

隨著當(dāng)前我國各地舊城區(qū)改造步伐不斷加快，城市道路翻新擴(kuò)建過程中產(chǎn)生了大量的建筑渣土。這種道路建筑渣土是一種典型的路基雜填土，屬于淺層地表覆蓋土，一般混雜有數(shù)量不等的建筑廢棄物和生活垃圾，如混凝土與砂漿碎塊、碎磚塊、碎石塊、木屑及塑料等建筑材料［1］。其化學(xué)成分主要是硅酸鹽、氧化物、氫化物、碳酸鹽、硫化物、硫酸鹽及少量的金屬和有機(jī)物等［2］。構(gòu)成土粒與石塊主體結(jié)構(gòu)的硅酸與碳酸化合物性質(zhì)通常較為穩(wěn)定，即使在潮濕、高壓環(huán)境下，其中的無機(jī)化學(xué)反應(yīng)也不明顯，工程性質(zhì)也較為優(yōu)良。但因處置或堆積地點不利而可能引起的滲流物對環(huán)境的污染，諸如重金屬污染或有機(jī)物發(fā)酵等卻不應(yīng)被忽視。

同時，此類雜填土亦具有組成不均勻、強(qiáng)度低、壓縮性大、欠密實且具有濕陷性等特點［3－4］，工程指標(biāo)難以控制，因而實際工程通常對其進(jìn)行外運(yùn)丟棄并置換新土。這一處置過程不僅提高了建設(shè)成本，還衍生出一系列的環(huán)境問題。其實這類建筑渣土亦具有較好的物理及化學(xué)穩(wěn)定性［5］，如遇水不凍漲、不收縮、土體顆粒大、比表面積小、含薄膜水少、透水性好，能夠阻斷毛細(xì)水上升等。在潮濕狀態(tài)和潮濕環(huán)境下，建筑渣土強(qiáng)度變化不大，可作基礎(chǔ)墊層。國內(nèi)外相關(guān)研究表明［6］，此類建筑渣土經(jīng)分揀處理并加入適當(dāng)改性材料如石灰、粉煤灰改良后，可達(dá)到相關(guān)規(guī)范中的路用性能指標(biāo)，從而成為理想的路基填筑材料。

若要經(jīng)濟(jì)、合理、高效地再利用此類建筑渣土，就需要選取合適的分類指標(biāo)對不同地區(qū)道路建筑渣土進(jìn)行適當(dāng)分類以便評價其路用價值，同時確定可加入的改性材料、施工器械及工序。鑒于土體自身的不均勻性，長期以來相關(guān)領(lǐng)域一直缺少全面、系統(tǒng)和便于實際操作的分類體系。本文針對建筑渣土自身材料特性，通過對本地區(qū)具有典型代表性的路基開挖中產(chǎn)生的雜填土進(jìn)行多項性能試驗，結(jié)合現(xiàn)行的公路土工試驗規(guī)程［7］建立了一套較為實用的三級分類體系。

1 分類體系指標(biāo)的選取

此類建筑渣土分類指標(biāo)的選取需要充分考慮到土體自身的特性以及實際工程取用土的特點。分類指標(biāo)應(yīng)當(dāng)緊密聯(lián)系道路建設(shè)規(guī)范，選取較為直觀便捷且具有廣泛適用性的的測試項目，適應(yīng)不同地域及現(xiàn)場條件，同時由分類指標(biāo)得出的測試結(jié)果應(yīng)當(dāng)精確有效且可以直接指導(dǎo)工程應(yīng)用。另外，分類體系的確定也應(yīng)具有層遞性，各級分類體系要有明確的目的與指導(dǎo)意義。

1.1 一級體系

通過現(xiàn)場走訪調(diào)查和實際觀察，可按產(chǎn)生位置與來源對其進(jìn)行分類，如混凝土板，瀝青混合料，路面磚、路緣石及砂漿塊，沙石，土，生活垃圾等。具體可分為：以建筑垃圾為主的雜填土（代號J）；以生活垃圾為主的雜填土（代號S）；以工業(yè)垃圾為主的雜填土（代號G）；前三者的混合（代號H）。一級分類體系可以大致區(qū)分某類雜填土的組成，進(jìn)而粗略評估其再利用價值。

1.2 二級體系

在一級體系的基礎(chǔ)上，按照塊狀物（石塊、混凝土塊、砂漿塊等）與土的比例將其劃分為2類：以塊狀物為主的雜填土（w塊狀物≥50%）（代號SK）；以土為主的雜填土（w塊狀物＜50%）（代號TT）。塊狀物的分揀處理是此類雜填土循環(huán)再利用的關(guān)鍵步驟，了解塊狀物所占比例將有助于確定破碎器械種類，進(jìn)而分析再利用的成本。

1.3 三級體系

三級分類體系包含一系列具體的土體材料性能指標(biāo)，按照土的物理力學(xué)性質(zhì)分類，即依據(jù)天然含水率、粒徑、液塑限、塑性指數(shù)、最佳含水量、CBR值等指標(biāo)，結(jié)合路用性能對其進(jìn)行工程分類。

具體的測試結(jié)果將可以直觀揭示各類雜填土的路用性能，以幫助工程人員進(jìn)一步判定其是否達(dá)到道路建設(shè)所用路基填土的相關(guān)規(guī)范要求，確定再次使用的具體位置以及在未能達(dá)到應(yīng)用要求時需采用何種改性措施對其進(jìn)行處理、改良。

2 三級分類體系應(yīng)用實例

本文選取合肥地區(qū)幾處具有代表性的道路翻新過程中產(chǎn)生的渣土，通過實地走訪調(diào)查、取樣初處理和實驗室測試分析，依據(jù)所提出的三級分類指標(biāo)，建立了一套較為具體、客觀的分類體系。該分類體系對不同地區(qū)同類型建筑渣土的回收再利用將具有一定指導(dǎo)意義。

2.1 一級體系的分析與確定

在4處取土地點采取渣土土樣，均為城市道路改擴(kuò)建過程產(chǎn)生的建筑垃圾與土體的混雜物，其外觀與組成描述見表1所列。

表1 土樣組成外觀描述

按照產(chǎn)生的來源與位置劃分，4種土樣均屬于混雜有建筑垃圾的城市道路雜填土，其分類代號為J，通常此種雜填土填料的物質(zhì)成分不一，所含的雜質(zhì)較多，堆積分布也不均勻。

2.2 二級體系的分析與確定

二級體系分類采用篩分法獲取雜填土中土和塊狀垃圾的比例。篩分結(jié)果見表2所列。其中粒徑大于6cm的塊狀石塊或垃圾（依據(jù)文獻(xiàn)［7］將其列入巨粒組范圍），由于對土體性質(zhì)影響有限，為方便試驗，將其棄除。

表2 雜填土成分

由表2中4組土樣分揀結(jié)果可以看出：B、D土樣中土的含量較多，均可達(dá)到95%，塊狀物的含量極少；A土樣土含量也較大，但所含塊狀雜物不可忽略，3種土樣均屬于TT類，其分類代號為J－TT；C土樣塊狀物比例超過50%，素土的含量較少，基本屬于SK類，其分類代號為J－SK。同時各組土樣中塊狀垃圾和土的比例分布較離散，說明雜填土堆積組分及分布具有顯著不均勻性。

對于劃歸SK類的土體，因塊狀垃圾所占比例較大，其工程性質(zhì)更加難以把握。在實際工程中，對于磚塊、混凝土塊等密實度較大的物塊通常采取機(jī)械破碎的方式對其進(jìn)行回收利用。

2.3 三級體系的測試、分析與確定

按照材料物理性質(zhì)建立第3級分類體系，通過篩分后粒徑小于6cm剩余土體的實驗數(shù)據(jù)得出具體的第3級分類指標(biāo)，用以指導(dǎo)其在路基填土工程中應(yīng)用。本試驗采用的第3級指標(biāo)有：天然含水率、自由膨脹率、土樣的液塑限、粒徑及CBR值等。4種土樣的部分實驗室測試結(jié)果見表3所列。

圖1為利用甲種密度計對去除粒徑大于6cm塊狀物后剩余土體測得的粒徑分配曲線。

表3 土樣分析測試結(jié)果

圖1 土樣粒徑分配曲線

（1）依據(jù)文獻(xiàn)［8］的相關(guān)規(guī)定，利用膨脹率建立第3級分類體系。4類土樣均屬于弱膨脹潛勢土（自由膨脹率＜65%）［9］，不需進(jìn)行特殊處理。針對多雨地區(qū)或重載交通路段，應(yīng)摻加水泥或石灰做改性處理，以改變土的脹縮性能，提高土體強(qiáng)度，增加路基穩(wěn)定性。

（2）依據(jù)文獻(xiàn)［7］中塑性圖的劃分標(biāo)準(zhǔn)，利用土樣的液塑限值建立第3級分類體系。A、B、C土樣屬于低液限范疇（自由膨脹率≤50%），可稱為低液限黏土，記為CL。D土樣屬于高液限范疇（自由膨脹率＞50%），可稱為高液限黏土，記為CH。

（3）依據(jù)文獻(xiàn)［7］中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，利用土樣粒徑分布建立第3級分類體系。4種土樣均可判別為細(xì)粒粉質(zhì)土或黏質(zhì)土。4種土樣在各粒徑范圍內(nèi)分配較為均勻，其中原狀土樣C中因為含有較大比例的塊狀垃圾，使得利用現(xiàn)行土工試驗標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行精確分析歸類具有一定難度，本試驗僅考慮其中素土部分的工程性質(zhì)。

（4）依據(jù)文獻(xiàn)［10］中對路基填料的控制指標(biāo)，利用CBR值建立第3級分類體系。B、C土樣（CBR＞8%）可滿足公路上路堤或路床填料控制指標(biāo)，屬于高承載力土，可直接應(yīng)用于實際工程；D土樣（CBR≥5%）基本滿足公路上路堤或路床填料控制指標(biāo)，屬于中承載力，可直接應(yīng)用于實際工程，或進(jìn)行適當(dāng)改性處理后投入實際工程；A土樣（CBR＜5%）不能滿足控制指標(biāo)，屬于低承載力土，必須采取適當(dāng)改性措施［11］或冷再生技術(shù)［12］。

2.4 分類體系之間的聯(lián)系

該三級分類體系自身是一個整體，每一級分類的目的與分類指標(biāo)各不相同但又相互協(xié)調(diào)。應(yīng)用各級分類指標(biāo)不僅可以對現(xiàn)場土樣進(jìn)行快速定性命名，還能夠提供較為精確的材料性質(zhì)與路用性能檢測內(nèi)容，從而為現(xiàn)場踏勘、取樣分析、工程評估和后期施工各階段提供詳實、直觀、準(zhǔn)確的分類判據(jù)。

3 結(jié)束語

當(dāng)前各地舊路改擴(kuò)建工程日漸增多，合理選取分類體系及其技術(shù)指標(biāo)，對其中產(chǎn)生的建筑渣土的回收再利用將具有重大工程實踐價值和指導(dǎo)意義。本文確定的三級分類體系及其技術(shù)指標(biāo)能夠緊密結(jié)合現(xiàn)場工程實際，根據(jù)相關(guān)工程規(guī)范要求確定具體檢測項目及判斷標(biāo)準(zhǔn)，具有較強(qiáng)的適用性和規(guī)范性。本文通過測試、分析對選取土樣進(jìn)行三級分類，過程清晰，結(jié)論明確，證實該分類體系簡便易行。

［1］萬惠文，楊淑雁，潘智生.建筑廢棄物再生工藝及在路基中的應(yīng)用研究［J］.國外建材科技，2007，28（6）：47－50.

［2］楊定國，吳瑞潛，王秋蘋.雜填土地基的評價與利用［J］.紹興文理學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，25（8）：68－71.

［3］Frempong E M，Yanful E K.Interactions between three tropical soils and municipal solid waste landfill leachate［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2009，134（3）：379－396.

［4］Chen Y M，Zhan T L T，Wei H Y，et al.Aging and compressibility of municipal solid wastes［J］.Waste Management，2009，29（1）：86－95.

［5］Stark T D，Huvaj－Sarihan N，Li Guocheng.Shear strength of municipal solid waste for stability analyses［J］.Environmental Geology，2009，57（8）：1911－1923.

［6］李 寧.建筑渣土作為路基填料的改性實驗研究［J］.山西建筑，2005，31（5）：105－106.

［7］JTGE 40－2007，公路土工試驗規(guī)程［S］.

［8］GBJ 112－87，膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范［S］.

［9］陳新苗.引江濟(jì)淮膨脹土工程特性研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，32（7）：1072－1075.

［10］JTGF 10－2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［11］陳淵召，劉曉南，閆婷婷.二灰混合料組成設(shè)計研究及強(qiáng)度形成機(jī)理分析［J］.徐州工程學(xué)院學(xué)報，2007，22（4）：60－65.

［12］張鐵志，宋力和，費(fèi)永亮.就地冷再生技術(shù)在舊路改造中的應(yīng)用［J］.鞍山科技大學(xué)學(xué)報，2007，30（1）：49－52.