建筑垃圾再生混合料在路基項(xiàng)目中的應(yīng)用探討

譚孝源

摘要：面對(duì)城市化的持續(xù)性推進(jìn)，如今城市道路在社會(huì)中所發(fā)揮的價(jià)值與作用變得越來(lái)越突出。路基施工意義非凡、十分關(guān)鍵。本文以路基工作區(qū)作為討論對(duì)象，利用一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)模擬輔助驗(yàn)證。圍繞路基工作區(qū)結(jié)合城市道路項(xiàng)目實(shí)際條件，分析建筑垃圾再生混合料在路基施工過(guò)程中的使用具體思路，在改良配方的前提基礎(chǔ)下通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)方式討論路基施工數(shù)據(jù)和工程項(xiàng)目的關(guān)系，希望能夠?yàn)槁坊鳂I(yè)提供合理性參照。

Abstract： With the continuous advancement of urbanization， the value and role of urban roads in society has become more and more prominent. Subgrade construction is of great significance and is very important. This paper takes the subgrade work area as the discussion object and uses some simple data simulation to assist the verification. Based on the actual conditions of the roadbed work area and combined with the urban road project， the paper analyzes the concrete ideas of the construction waste reclaimed mixture in the roadbed construction process， and discusses the relationship between the subgrade construction data and the engineering project through field test and indoor test on the premise of improving the formula. I hope to provide a reasonable reference for roadbed operations.

關(guān)鍵詞：城市道路;建筑垃圾;路基作業(yè);車(chē)輛荷載

Key words： urban road;construction waste;subgrade operation;vehicle load

中圖分類(lèi)號(hào)：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）34-0277-03

0? 引言

在城市化推進(jìn)中，交通系統(tǒng)的作用是非常關(guān)鍵的。城市道路為人們提供了出行環(huán)境、出行條件，同時(shí)也為加快經(jīng)濟(jì)互動(dòng)提供了前提保障。作為一種帶狀立體結(jié)構(gòu)，城市道路有著很大的占地寬度，施工中往往會(huì)用到非常多的砂石與土方材料。路基作為城市道路當(dāng)中最重要的一部分，路基施工需要處理好細(xì)節(jié)問(wèn)題，體現(xiàn)與發(fā)揮現(xiàn)代化節(jié)能環(huán)保施工工藝價(jià)值。城市道路是連接各個(gè)城市內(nèi)部各個(gè)組團(tuán)的重要紐帶，道路的施工會(huì)對(duì)周?chē)斐森h(huán)境層面的影響。很多施工現(xiàn)場(chǎng)不具備土方挖掘的條件，為了施工就需要考慮各種填筑資源，如其中的路基填料。在近些年，國(guó)內(nèi)各地城市發(fā)展迅速，許多建筑物都在重建和拆遷，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，這些垃圾大多采用直接填埋或是露天存放，浪費(fèi)土地資源的同時(shí)也引起了比較嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染。所以這里建議直接使用建筑垃圾作為路基填料，再生利用建筑廢棄物，減少資源浪費(fèi)最大化施工效益。

1? 路基工作區(qū)

在城市道路路基施工中所用的材料主材為石料與土。判斷路基承載力、荷載的過(guò)程中主要考慮的是交通荷載中路基受到的三維受力情況與影響。豎向應(yīng)力在路基中主要包括車(chē)輛的輪載附加應(yīng)力，這種力會(huì)導(dǎo)致路基出現(xiàn)豎向的變形情況。路基的應(yīng)力變化條件如圖1所示，其中σ指的是路基自身的重力，而σ2表示的是受到的附加豎向應(yīng)力。

在路面深度增加的過(guò)程中，路基的自重應(yīng)力會(huì)不斷擴(kuò)大。此時(shí)豎向附加應(yīng)力有不斷縮小。也就是說(shuō)在某深度范圍條件下，該交通荷載豎向附加應(yīng)力有著很大的自重力比值。路基豎向變形會(huì)受到很大的影響[2]。從相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)告中得知需要用路基工作區(qū)概念展開(kāi)交通荷載帶給路基深度影響的分析。

這里所說(shuō)的路基工作區(qū)實(shí)際上指的就是在特定范圍條件下，此時(shí)的交通荷載帶來(lái)的豎向應(yīng)力和路基自重之間的比重關(guān)系。確定路基工作區(qū)的過(guò)程中首先要考慮的就是明確計(jì)算自重應(yīng)力與豎向附加應(yīng)力的關(guān)系[3]。根據(jù)這些條件的數(shù)據(jù)比值判斷工作區(qū)深度、工作區(qū)范圍。

1.1 應(yīng)力計(jì)算

在考慮有交通荷載的條件下，計(jì)算其應(yīng)力屬性時(shí)，可以先假設(shè)車(chē)輪的荷載是圓形的垂直荷載。此時(shí)路基有著彈性均質(zhì)半空間屬性。

1.2 深度計(jì)算

參照路基應(yīng)力計(jì)算給出的條件可以確定的是σ與σ2的比為 ，這里的Za就是在該路基工作區(qū)中體現(xiàn)的深度條件。而P表示的是垂直荷載，K是系數(shù)，在判斷中選擇應(yīng)用3/2π的方式。

在計(jì)算以上這比值過(guò)程中，1/n實(shí)際上非常小，一般來(lái)說(shuō)該數(shù)值在1/10至1/5區(qū)間。這里所表示的是路基中交通荷載應(yīng)力和路基自重比值關(guān)系能夠忽略交通荷載帶來(lái)的影響，滿足了深度要求。參照前面公式得出這樣的條件 。根據(jù)對(duì)這個(gè)公式的分析與討論我們所能夠了解和獲知的是交通荷載和工作區(qū)深度、路基剛度關(guān)系密切[4]。設(shè)計(jì)道路結(jié)構(gòu)過(guò)程中，必須要充分保證路基工作區(qū)剛度與強(qiáng)度、穩(wěn)定性，這樣才能夠控制整個(gè)道路工程自身的屬性與質(zhì)量。

2? 結(jié)構(gòu)性能研究

2.1 參數(shù)模型

為了充分判斷與分析填方路基使用中的路基受力情況、問(wèn)題和條件，使用MIDASGTS專(zhuān)業(yè)分析軟件，在軟件平臺(tái)模擬操作路基在受理過(guò)程中的靜力狀態(tài)情況。此時(shí)路基擁有了可以無(wú)限延伸的能力，在延伸中路基的斷面保持相同，這樣就可以采用二維平面模擬路基相關(guān)受力條件和環(huán)境變化情況。隨后對(duì)道路的結(jié)構(gòu)做深度劃分，設(shè)置高度與寬度對(duì)應(yīng)的模型。在實(shí)踐中應(yīng)用C20混凝土材料，這種材料主要用在對(duì)道路工程防水層的模擬。路基的構(gòu)成部分則使用了莫爾庫(kù)材料，在單元模擬中解決問(wèn)題。最后利用點(diǎn)荷載手段模擬道路運(yùn)行中車(chē)輛的荷載情況。表1是結(jié)構(gòu)物的力學(xué)參數(shù)表。

2.2 邊界條件

路基的邊界條件為：頂面為自由表面，兩邊為橫向約束，底面為固定約束，在實(shí)踐中還需要將模型的左面、右面、下面三個(gè)區(qū)域作為參照點(diǎn)，使用法向約束。此外上部要進(jìn)行自由約束。另外使用和二維模型保持垂直的平面，用轉(zhuǎn)動(dòng)約束與法向約束，這么做能夠規(guī)避模擬面在運(yùn)行中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果[6]。在這里需要先做假定計(jì)算，先將路基的每一個(gè)層看作是有著均勻性、連續(xù)性的彈性體，此時(shí)沒(méi)有滑移現(xiàn)象。初始應(yīng)力除了要考慮路基自重以外，還要考慮測(cè)向靜止土壓力[5]。在多次嘗試、多次實(shí)踐加工操作以后發(fā)現(xiàn)測(cè)向靜止土壓力并沒(méi)有對(duì)材料造成過(guò)多的彈塑性參數(shù)干擾和影響。

2.3 結(jié)果分析

車(chē)輛荷載過(guò)程中路基發(fā)生的豎向位移情況詳見(jiàn)圖2。

從圖給出的數(shù)據(jù)可以看到，在路面荷載作用下，此時(shí)的路基發(fā)生了很明顯的變化，其中最大的部分就是靠近地面的部分，發(fā)生了非常明顯的變形現(xiàn)象，有的甚至達(dá)到了5.9毫米。并且其沉降還以放射狀條件四散分布。

在車(chē)輛荷載作用下，此時(shí)的路基就會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定性位移。隨后深入分析得到的是，路面荷載作用會(huì)讓路基呈現(xiàn)出受力變化現(xiàn)象，這里所指的變形實(shí)際上就是路基此時(shí)受到了很大的應(yīng)力變形。假設(shè)路基和路面保持很近的距離，那么這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)變形程度更加嚴(yán)重化。必須說(shuō)明的是，實(shí)踐中雖然有多個(gè)地區(qū)都有明顯沉降變形，但是最明顯的還是路面5米以下，如果深度超過(guò)5米，到了5至7米區(qū)間時(shí)，那么沉降量問(wèn)題就能夠得到有效控制。如果深度超過(guò)了7米。那么此時(shí)的沉降量就能夠被控制在1毫米范圍當(dāng)中。從中得知的是路基沉降位移的主要發(fā)生點(diǎn)為路面與路基上部。

在車(chē)輛荷載作用下路基發(fā)生了豎向應(yīng)力變化，如圖3所示。

在深度增加的過(guò)程中應(yīng)力會(huì)逐漸變小。通過(guò)調(diào)查最深地區(qū)的應(yīng)力有1.12MPa。在最后的分析中獲知，該區(qū)域車(chē)輪荷載受到的垂直力在它的下方1至2米左右。在深度超過(guò)3米的時(shí)候，其應(yīng)力值有不斷減小。這也充分證明了路基在較深處所承受的附加應(yīng)力帶來(lái)的荷載振動(dòng)會(huì)很小，而在路基淺層部位就相對(duì)來(lái)講荷載振動(dòng)大很多。這些規(guī)律性衰減現(xiàn)象可能是因?yàn)槁坊恼w部分對(duì)應(yīng)力帶來(lái)的荷載振動(dòng)具有吸收消化功能，對(duì)往下傳播的應(yīng)力傳遞起到一個(gè)衰減作用。

3? 改良路基填料配方的做法

在我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展過(guò)程中，城市道路成為了一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。有城市發(fā)展的地方就有城市道路的建設(shè)，當(dāng)然不同地區(qū)的自然條件和水土條件不同，引發(fā)了各種各樣的施工結(jié)果。有些地區(qū)含水量很大，所以在路基碾壓后發(fā)生了彈簧效應(yīng)問(wèn)題。對(duì)此，施工過(guò)程中可以采用很多種施工方案，比如土工格柵、拋石擠淤等等。但在選擇這些方案時(shí)需要考慮一些敏感因素，如地質(zhì)水文、地基深度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等因素。以前傳統(tǒng)施工中所用的土工格柵與拋石擠淤實(shí)際上是不環(huán)保、不節(jié)能的。為此就需要應(yīng)用新型的解決辦法，那就是建筑垃圾。如某城市道路項(xiàng)目在施工前拆除了原地址大量建筑物，留下大量廢棄建筑垃圾。清除與搬運(yùn)這些建筑垃圾會(huì)投入大量人力、物力資源。搬運(yùn)中很有可能會(huì)導(dǎo)致清運(yùn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)大量揚(yáng)塵、灰塵引起環(huán)境污染問(wèn)題發(fā)生。這勢(shì)必會(huì)影響到工程整體進(jìn)度，對(duì)工程造成巨大的負(fù)面影響。這就需要利用建筑垃圾再生混合料作為就近城市道路的路基施工，這樣以來(lái)，不僅把建筑垃圾就地消化了，還節(jié)約成本，同時(shí)還能體現(xiàn)環(huán)保的價(jià)值。正因?yàn)橛羞@樣非常好的正面效果，故在近些年我國(guó)項(xiàng)目工程中都得了廣泛應(yīng)用。

3.1 建筑垃圾改良

從當(dāng)前我國(guó)的大環(huán)境來(lái)看，最常見(jiàn)的建筑垃圾就是各種磚渣土，由于這些磚渣土材料有著較大的壓縮性與滲透性，如果將這些磚渣土直接用于路基當(dāng)中肯定會(huì)對(duì)質(zhì)量造成一定負(fù)面影響。在使用這些磚渣土材料的過(guò)程中要充分考慮避免其壓縮性與滲透性的擴(kuò)大化，要從根本上提高路基填方整體穩(wěn)定性。為了減少這一負(fù)面影響，就需要處理好材料配合比的關(guān)系。我們采用石灰土和粉煤灰作為改良附加材料，具體實(shí)踐結(jié)果與配合比關(guān)系如表2所示。

在實(shí)踐中將控制路基填料含水量作為首要任務(wù)，要確保填料含水量始終處于最佳穩(wěn)定狀態(tài)。通過(guò)實(shí)踐得到證明，當(dāng)改良材料在4%至8%的時(shí)候有著較好的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)配合比做合理、充分改良，保障壓實(shí)度始終穩(wěn)定在0.96。結(jié)束實(shí)踐以后，用為期4d的澆水措施對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，隨后做性能試驗(yàn)，結(jié)果與條件如下。

3.2 室內(nèi)試驗(yàn)

首先是壓縮試驗(yàn)，也就是展開(kāi)對(duì)各種配合比條件下的路基填料性能數(shù)據(jù)的分析工作，重點(diǎn)是壓縮系數(shù)。在粉煤灰與石灰的添加量達(dá)到3%的時(shí)候可以看到，這時(shí)候路基填料壓縮系數(shù)最小。從中可以判斷的填料的壓縮性最小時(shí)的穩(wěn)定性最好、最不容易受應(yīng)力影響變形。

其次是滲透試驗(yàn)。我們從建筑垃圾磚渣土路基填料中去部分樣品，用附加材料石灰土和粉煤灰作為配料，附加材料為細(xì)粒土狀態(tài)。在操作中使用變水頭滲透操作，用這種做法能夠有效掌握填料滲透的系數(shù)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果看到的是粉煤灰與石灰如果達(dá)到了3%的添加量時(shí)，那么這時(shí)候的填料平均滲透系數(shù)就達(dá)到最小數(shù)值。該系數(shù)為1.07074*10-6。從該數(shù)據(jù)我們所能夠得知的是，該組有著理想的滲透改良效果。

最后是CBR試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)前面各種數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，使用其中的一個(gè)數(shù)據(jù)組做CBR試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中取得CBR值。該值將會(huì)作為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與工程規(guī)范是否相統(tǒng)一的條件。這里的CBR具體值用到的是CBR=P1/P2*100%。在這一公式中可以看到，如果貫入量為2.5mm，那么它所對(duì)應(yīng)的荷載壓強(qiáng)就會(huì)到達(dá)763.9kPa，使用前面所說(shuō)到的公式能夠獲知路基填料上路床CBR為10.91。根據(jù)道路工程相關(guān)規(guī)范路基路床CBR≥8%的要求，確定該組數(shù)據(jù)滿足需要。

基于以上條件與數(shù)據(jù)選擇其中一段城市道路進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)。最后得到的結(jié)果是按照以上配合比混合參配生產(chǎn)得到的填料并沒(méi)有對(duì)路基造成負(fù)面影響，沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重沉降變形現(xiàn)象。通過(guò)這種混合料參配保證的路基的整體穩(wěn)定性，也保證了良好的車(chē)輛通行條件，同時(shí)路基的排水效果也起到改善效果。

從全文的數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果可以看到的是路基、交通荷載、工作區(qū)深度之間相互關(guān)聯(lián)是非常密切的，三者對(duì)于路基最后的穩(wěn)定性影響非常突出。在路基工作區(qū)中，車(chē)輛荷載帶給路基結(jié)構(gòu)的影響最為突出。設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)時(shí)一定要充分考慮路基工作的剛度、強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

此外根據(jù)本文所敘述的結(jié)果可以看到的是，路基工作區(qū)建筑垃圾再生混合料以及道路工程相關(guān)規(guī)范報(bào)表對(duì)于路基路床的CBR值有著明確性能要求。為了讓這些建筑垃圾填料可以在使用中發(fā)揮實(shí)際作用，需要使用二灰改良混合料。如添加3%的粉煤灰、石灰，用這種附加材料來(lái)保障路基工作區(qū)的剛度、強(qiáng)度與穩(wěn)定性，以確保車(chē)輛通行平穩(wěn)，為人們創(chuàng)造更穩(wěn)定的道路環(huán)境。

4? 使用建筑垃圾再生混合料注意事項(xiàng)

建筑垃圾在使用過(guò)程中雖然有很大的優(yōu)勢(shì)所在，但在實(shí)際施工中還有幾點(diǎn)值得我們注意的。

4.1 提前展開(kāi)土壤適配性條件與材料化學(xué)屬性分析

因?yàn)楹芏嘟ㄖ谑褂门c常年累計(jì)作用中存在高濃度化學(xué)成分，這些化學(xué)成分包含很多有害物質(zhì)。如果直接拿來(lái)使用很有可能會(huì)污染水源、土地資源。所以在使用建筑垃圾過(guò)程中需要提前做好土壤適配性以及建筑材料化學(xué)數(shù)據(jù)判斷工作。

4.2 搭配使用各種材料

通過(guò)對(duì)建筑垃圾的化學(xué)屬性進(jìn)行科學(xué)分析后，對(duì)不符合回填的建筑垃圾要采用合適的途徑改變材料性能、屬性。通過(guò)和其他材料的搭配使用，以消除建筑垃圾原本的不利化學(xué)成分，減少對(duì)環(huán)境的污染。

4.3 提前進(jìn)行再生材料的篩選與分類(lèi)

使用不同材料時(shí)候一定要嚴(yán)格按照其材料特征進(jìn)行作業(yè)。比如混凝土、石塊、廢土等資源的混合使用時(shí)，需要認(rèn)真的考慮這些資源條件的特征，采用不同的作業(yè)方式。所以，在使用前一定要慎重篩選與分類(lèi)材料，同時(shí)做好材料清洗工作，減少垃圾雜質(zhì)污染。

5? 結(jié)語(yǔ)

從國(guó)家大數(shù)據(jù)網(wǎng)中我們可以看出，當(dāng)前我國(guó)有著數(shù)量非常龐大的建筑垃圾資源，這些建筑垃圾資源的隨意堆放勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)土地資源造成很大的負(fù)面影響，并且會(huì)危害當(dāng)?shù)丨h(huán)境。為了減少對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響，可以充分使用建筑垃圾資源作為路基施工填料。通過(guò)合理的篩選與分類(lèi)，搭配穩(wěn)定性良好的配方附加材料，制成既穩(wěn)定又安全的高質(zhì)量建筑垃圾再生混合料。在保障與滿足工程要求的前提下，把建筑垃圾變廢為寶，為人們的生活創(chuàng)造福祉。

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