建筑廢料在公路工程中的再生利用及造價(jià)對(duì)比分析

黎 穎

（廣州市交通工程造價(jià)管理站，廣東 廣州 510000）

1.引言

施工建設(shè)單位在新建、改建、擴(kuò)建及拆除各類建筑物、構(gòu)筑物等過程中，產(chǎn)生的大量棄土、棄料和其它廢棄物，即建筑廢料。近年來我國建筑業(yè)房屋施工面積呈總體上升趨勢(shì)，隨著城市的發(fā)展，建筑垃圾生產(chǎn)存量在將突破30 億噸。相較于德國、日本、新西蘭等國家高于75%的建筑垃圾再生利用率[1-3]，我國在對(duì)廢舊建筑材料的研究領(lǐng)域仍處于初步階段，大多數(shù)的建筑廢料僅對(duì)其做填埋或隨意堆放處理[4]，易造成廢料越積越多、用于堆放的公共場(chǎng)地面積越來越少的局面。因此，如何在有限的城市內(nèi)部空間中實(shí)現(xiàn)該部分建筑資源的再生利用，將成為日后現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程中亟待解決的難題。公路工程項(xiàng)目施工中，將建筑廢料作為墊層、基層填料使用是實(shí)現(xiàn)消納建筑廢料的高效途徑。本文通過工程實(shí)例，論述建筑廢料在公路施工再生利用的可行性。

2.建筑廢料在施工中的應(yīng)用

南部沿海某市高速公路項(xiàng)目因工程變更需要，需對(duì)路基邊側(cè)場(chǎng)地進(jìn)行軟基換填后作臨時(shí)橋梁吊裝場(chǎng)地使用?？紤]當(dāng)?shù)厥┕みM(jìn)度及地方材料價(jià)格波段性上漲的影響，決定利用建筑廢料作為軟基換填材料。施工前選取標(biāo)段內(nèi)的部分路段進(jìn)行試驗(yàn)，考察建筑廢料換填工藝的可行性。

2.1 室內(nèi)試驗(yàn)

本次路基換填施工利用的建筑廢料主要為磚渣及混凝土碎塊。施工中采用的建筑廢料通過采購方式收集。采購所得的建筑廢料需統(tǒng)一堆放在堆料場(chǎng)，并對(duì)混雜其中的生活垃圾、腐殖物、金屬材料等非適用性雜質(zhì)進(jìn)行初步篩分，對(duì)大粒徑集料進(jìn)行機(jī)械破碎解小，至最大粒徑不超過37.5mm。

實(shí)驗(yàn)中取建筑廢料磚集料、混凝土集料配比依次為0%∶100%、20%∶80%、40%∶60%、60%∶40%、80%∶20%、100%∶0%的六種情況下的混合料分別進(jìn)行CBR 試驗(yàn) 。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程，采用Ⅱ-2 重型擊實(shí)試驗(yàn)方式進(jìn)行測(cè)試，然后將裝有式樣的試筒放在路強(qiáng)儀上進(jìn)行承載比試驗(yàn)，通過多組試驗(yàn)結(jié)果均值對(duì)比后，決定選取貫入量為5mm 的承載比[5]。按不同的建筑廢料摻量比例可得到不同的平均CBR 值情況（見圖1）。從試驗(yàn)結(jié)果可知，各種配比下混合填料的CBR 值均滿足上路床承載比值≥8%的要求[6]，并且在磚渣摻量大于40%情況下CBR 值下降速率有所加快，承載能力加速減弱。

圖1 不同建筑廢料配合比下的CBR值

壓碎值是衡量集料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)，反映了集料抵抗壓碎的能力。試驗(yàn)取粒徑為9.5-13.2mm 的不同建筑廢料摻量比例的混合填料進(jìn)行集料壓碎值試驗(yàn)[7]，壓碎值情況如圖2 所示。從數(shù)據(jù)可知，混合料壓碎值隨著磚集料摻入量的增多而逐漸增大，當(dāng)達(dá)到40%左右時(shí)壓碎值出現(xiàn)拐點(diǎn)，說明當(dāng)摻量大于該值時(shí)材料抵抗壓碎的能力降低速度加快，集料破碎程度增加，驗(yàn)證了CBR 試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 不同建筑廢料摻量下的壓碎值

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝

結(jié)合實(shí)際施工過程，此次建筑廢料軟基換填處理試驗(yàn)段施工流程圖如圖3 所示。

圖3 建筑廢料軟基換填段施工流程圖

2.3 場(chǎng)地處理

施工前需對(duì)軟基路段進(jìn)行場(chǎng)地清理，開挖臨時(shí)排水溝排水。測(cè)量人員對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行施工放樣并撒白灰標(biāo)記相鄰邊樁，便于后續(xù)的換填施工。在換填路段內(nèi)使用挖掘機(jī)挖出換填深度內(nèi)的淤泥，并取樣品進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)其中各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均合格的可作為換填料使用。

2.4 布料及碾壓

施工場(chǎng)地初步處理后，用自卸車將上述摻量比例的混合填料分別撒布在劃分好的6 處相鄰的5.47m×5.47m 的白灰粉方格線內(nèi)，每方格填料大概12m3，松鋪厚度約40cm。用推土機(jī)進(jìn)行初步推平，并利用風(fēng)鎬和挖掘機(jī)將大粒徑集料再次解小，保證廢料粒徑不大于松鋪厚度的2/3。

利用22T 重型壓路機(jī)以3km/h 速度對(duì)填料進(jìn)行分層碾壓，碾壓從兩側(cè)向中部的順序進(jìn)行。前四遍碾壓分別按靜壓1 遍、弱振2 遍、強(qiáng)振1 遍開展，第四遍后每加一遍強(qiáng)振需進(jìn)行沉降差測(cè)量（6 處試驗(yàn)段各選2 個(gè)斷面，每個(gè)斷面5 個(gè)測(cè)量點(diǎn)），并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)作匯總及處理分析，直至確定符合規(guī)范要求的沉降差所對(duì)應(yīng)的遍數(shù)。從測(cè)量結(jié)果（表1）可知，當(dāng)碾壓遍數(shù)不少于7 次時(shí)，即可滿足沉降差平均值不大于5mm，標(biāo)準(zhǔn)差不大于3mm 的規(guī)范要求[8]。

表1 試驗(yàn)段壓實(shí)沉降差檢測(cè)結(jié)果

2.5 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

為測(cè)量試驗(yàn)段工作面碾壓平整后的實(shí)際質(zhì)量情況，利用落錘式彎沉儀（FWD）及核子密度儀對(duì)攤鋪結(jié)構(gòu)層進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)位置與沉降差測(cè)試點(diǎn)相同。經(jīng)測(cè)試數(shù)據(jù)匯總處理，可得出在不同磚集料、混凝土集料摻量下試驗(yàn)段的彎沉值、回彈模量和干密度情況（見圖4、圖5）。從檢測(cè)結(jié)果可以看出，回彈模量和干密度指標(biāo)隨廢料摻量的增大呈減小趨勢(shì)，彎沉值呈增大趨勢(shì)。在磚集料摻量為0%-40%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)變化趨于平緩；當(dāng)大于40%時(shí)，指標(biāo)變化幅度有所加大。從而推斷在實(shí)際施工時(shí)，可將40%磚集料：60%混凝土集料摻量作為換填施工混合填料的控制指標(biāo)。

圖4 試驗(yàn)段彎沉值、回彈模量檢測(cè)結(jié)果

圖5 試驗(yàn)段干密度檢測(cè)結(jié)果

綜合試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果、機(jī)械設(shè)備組合因素分析，采用磚集料和混凝土集料混合比例為40%∶60%的再生混合填料效果最佳，磚集料含量不宜超過40%，并以松鋪厚度為40cm，22T重型壓路機(jī)碾壓7 遍作為軟基換填施工工藝的控制指標(biāo)，指導(dǎo)后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)軟基換填施工。經(jīng)后續(xù)試驗(yàn)檢測(cè)及對(duì)比還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用相同摻量混合填料松鋪35cm 厚時(shí)，使用同樣的機(jī)械設(shè)備及施工工藝完成7 遍碾壓后，測(cè)得的沉降值為3.8mm 滿足規(guī)范要求，儀器檢測(cè)得到的彎沉值、回彈模量、干密度等指標(biāo)與松鋪40cm 時(shí)相當(dāng)，但結(jié)合施工經(jīng)濟(jì)性分析，采用40cm 松鋪厚度進(jìn)行施工更為適宜。

3.工程造價(jià)分析

建筑廢料在工程施工中的應(yīng)用，除了要滿足技術(shù)層面要求外，還應(yīng)考慮造價(jià)上的可行情況。該項(xiàng)目變更施工當(dāng)期，由廢料收納場(chǎng)統(tǒng)一購置磚渣、水泥混凝土塊混合料費(fèi)用為35 元/m3（不含運(yùn)輸費(fèi)用），當(dāng)?shù)仄畔r(jià)107 元/m3，中粗砂262元/m3，碎石155 元/m3。按照《公路工程基本建設(shè)項(xiàng)目概算預(yù)算編制辦法》《公路工程預(yù)算定額》及《公路工程機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額》計(jì)算可知，在同一施工標(biāo)段中，采用不同軟基回填方案，造價(jià)綜合指標(biāo)有所不同。

表2 軟基清除回填處理方案造價(jià)綜合指標(biāo)對(duì)比

從表2 綜合造價(jià)指標(biāo)可以看出，采用從建筑廢料收納場(chǎng)統(tǒng)一采購建筑廢料進(jìn)行軟基清除回填方案，其施工綜合單價(jià)為99元/m3，單位面積處理費(fèi)用367 元/m2；采用片石及土回填方案，施工綜合單價(jià)為125 元/m3，單位面積處理費(fèi)用464 元/m2；采用碎石、中粗砂及土回填方案，施工綜合單價(jià)為136 元/m3，單位面積處理費(fèi)用503 元/m2。

本項(xiàng)目軟基換填處理面積約9400m2，采用建筑廢料填充方案比采用回填片石土節(jié)約91 萬元，對(duì)比回填碎石、中粗砂、土方案節(jié)約128 萬元。主要原因是施工當(dāng)期正處于當(dāng)?shù)厣笆牧蟽r(jià)格階段性暴漲階段，廢料采購價(jià)格相較遠(yuǎn)低于天然材料，具有明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

可見，在相同回填量下，宜利用建筑廢料開展軟基換填處置，對(duì)比回填片石、土和回填碎石、中粗砂、土的施工方案，造價(jià)分別降低約21%、27%，在地方材料價(jià)格階段性上漲時(shí)期具有可行性及經(jīng)濟(jì)效益，可將該施工方案應(yīng)用于實(shí)際施工中。

4.結(jié)語及展望

此次使用建筑廢料進(jìn)行軟基換填處理的試驗(yàn)及造價(jià)分析表明，該施工方案在標(biāo)段土建施工中切實(shí)可行，在一定程度上緩解了路用天然材料用料緊張問題，降低了施工成本。建筑廢料作為施工材料施工的建設(shè)方案已被應(yīng)用到多個(gè)公路工程施工項(xiàng)目中，如西禹高速公路利用以磚混碎塊為主要含量的建筑垃圾作為基層進(jìn)行施工填筑[9]、廣州市洲頭嘴隧道利用房地產(chǎn)建筑廢料作為路基攤鋪混合材料[10]、上海世博園區(qū)中采用建筑垃圾作為道路的下基層和墊層[11]等。實(shí)踐證明，建筑廢料能作為原材料有效地運(yùn)用于公路工程施工過程中，在未來工程建設(shè)行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

在公路工程實(shí)際新建或改造過程中，項(xiàng)目自身亦容易產(chǎn)生一定數(shù)量的建筑廢料。建設(shè)項(xiàng)目一方面需做好前期規(guī)劃設(shè)計(jì)，減少規(guī)模性的設(shè)計(jì)變更及報(bào)廢工程的出現(xiàn)；另一方面，對(duì)無法避免的廢料產(chǎn)出，盡可能在工程項(xiàng)目內(nèi)部消化，既節(jié)約了棄土場(chǎng)用地面積及場(chǎng)地租賃費(fèi)用，又減少了新料采購費(fèi)用。

大力發(fā)展裝配式建筑模式，減少建筑垃圾產(chǎn)生源頭。裝配式橋梁、裝配式臨時(shí)道路路面等工藝技術(shù)的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)公路建筑作業(yè)方式，在減少施工作業(yè)工程量及誤差的同時(shí)，也減少了因臨時(shí)構(gòu)筑物拆卸或報(bào)廢而帶來的建筑垃圾，避免了大量的建筑廢料消納處理費(fèi)及土地征用費(fèi)。

實(shí)現(xiàn)建筑廢料在公路工程建設(shè)中的再生利用，需要政府部門的引導(dǎo)及管控。地方政府在建筑廢料處置行業(yè)中應(yīng)起到主導(dǎo)及推手作用，如推行強(qiáng)制性的法規(guī)政策，加大隨意填埋、傾倒建筑廢料行為的違法成本；重視建筑垃圾資源化處理點(diǎn)的設(shè)置，預(yù)留建筑廢料處置用地；降低廢料利用成本，對(duì)主動(dòng)使用建筑垃圾作為建筑材料的工程項(xiàng)目給予一定程度的政策性補(bǔ)貼或獎(jiǎng)勵(lì)；重視建筑垃圾科學(xué)處理生產(chǎn)裝備的研發(fā)，提供信息共享平臺(tái)及資源使用渠道等。這都將為建筑廢料再生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好契機(jī)。