建筑再生舊料路基填筑施工技術(shù)探討

張國平（上海市市政工程管理咨詢有限公司，上海 200090）

0 引言

當(dāng)今我國農(nóng)村的撤鄉(xiāng)并鎮(zhèn)集中居住和城市的棚戶區(qū)拆遷改造，都會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，而其中可再利用的混凝土和磚瓦等占比達(dá) 15%。在國家一直加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的大背景下，建筑垃圾的處置成了關(guān)注的焦點(diǎn)。與此同時，如何利用建筑垃圾使其變廢為寶，也成了一個很有研究價(jià)值的課題。這不僅可以解決環(huán)境污染問題，還可以獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

G228 公路上海金山段新建工程項(xiàng)目，沿線周邊拆遷廠房、住宅較多，遺留下來大量的建筑舊料。建設(shè)單位結(jié)合工程實(shí)際，采用建筑再生舊料作為路基填料，不僅可以減少因建筑垃圾填埋或傾倒而占用土地，而且可以減輕環(huán)境污染程度，還可降低一定的工程投資額。為此，建設(shè)單位召集各參建單位推行建筑再生舊料路基填筑技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了我國建筑垃圾資源化利用的進(jìn)一步發(fā)展。

1 工程概況

G228 公路上海金山段新建工程Ⅰ標(biāo)起點(diǎn)樁號 K13＋800，終點(diǎn)樁號 K17＋930，工程全長 4.13 km。道路結(jié)構(gòu)層次：路面結(jié)構(gòu)＋ 40 cm 6% 石灰土 ＋50 cm 以上建筑再生舊料。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，本工程常規(guī)路基段道路填料使用建筑再生料，路面水穩(wěn)層底面以下的厚度超過 90 cm，確保填筑好的路基滿足耐久性、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。同時，建筑舊料需滿足以下質(zhì)量要求：所選回收利用的混凝土塊和磚塊等建筑舊料，應(yīng)確保其含泥量≤5%，不含草根、木料和鋼筋等雜物，填筑時進(jìn)行破碎施工；最大粒徑不超過10cm，且具有良好的級配。

驗(yàn)收指標(biāo)：建筑再生舊料頂面（路床下 40 cm 處）彎沉值不超過 310（0.01 mm），路床頂面以下 60 cm 處彎沉值不大于 372（0.01mm）。用壓路機(jī)碾壓后的輪跡差作為輔助檢查指標(biāo)：要求壓路機(jī)噸位在 20 t 以上，碾壓輪跡差宜小于 3 mm。

2 建筑舊料路基填筑施工技術(shù)的控制要點(diǎn)

2.1 各試驗(yàn)指標(biāo)的變化對壓實(shí)度的影響

通過建筑再生舊料路基填筑壓實(shí)過程中的含水率、碾壓次數(shù)和回彈模量的變化研究其對壓實(shí)度的影響。本次試驗(yàn)采用建筑舊料，由建筑舊料加工廠機(jī)械生產(chǎn)，通過隨機(jī)的方式由人工在幾個點(diǎn)分別取樣，再通過人工分揀，獲得可用于道路路基填筑的建筑舊料。然后取混合料做顆粒篩分，得出建筑舊料加工廠所產(chǎn)生材料的級配情況，而后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，得到建筑再生舊填料的最大干密度和最佳含水率。

2.1.1 建筑舊料材質(zhì)含量

按照常規(guī)做法，將所選取的建筑再生舊料，按材質(zhì)進(jìn)行分離，經(jīng)烘干后稱重并計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。獲得的建筑再生舊料中各種材質(zhì)含量的結(jié)果，如表 1 所示。

表1 建筑舊料中各材質(zhì)的含量

2.1.2 顆粒篩分

在建筑舊料再生料中，2 mm 以下的細(xì)顆粒料較多，因而在篩分原材料時需加入 2 mm 以下的篩。通過分析建筑舊料再生后的篩分曲線，看出建筑再生舊料屬于土石混合的粗粒土。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)

通過對各種不同含水量的建筑再生舊料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，確定建筑再生舊料的最優(yōu)含水率和最大干密度。采用重型Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法。通過建筑再生舊料擊實(shí)曲線，得出建筑舊料再生填料的最佳含水率為 6.59 %，最大干密度為 2.258 g/cm3。

2.1.4 CBR 試驗(yàn)

承載比（California Bearing Ratio，CBR）試驗(yàn)作為基填料時的強(qiáng)度指標(biāo)，也需要在建筑再生舊料填料的試驗(yàn)上進(jìn)行試驗(yàn)以取得參數(shù)。1 號、2 號和 3 號試件的 CBR 值分別為 48.3%、37.7% 和 43.0%，平均值為 43.0%。由這些數(shù)據(jù)可以看出，建筑再生舊料填料能滿足公路路基填料各項(xiàng)指標(biāo)中的強(qiáng)度要求（大于 JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中“上路床填料最小承載比要求 8%”的要求）。測得試件的膨脹率為 0.017%，也滿足要求。

2.2 建筑再生舊料填料壓實(shí)性能的影響因素

2.2.1 碾壓遍數(shù)

現(xiàn)行規(guī)范中并沒有建筑再生舊料施工相關(guān)規(guī)范，參照材料的類似特性，比照石方路基填筑相關(guān)特性考慮建筑再生舊料的壓實(shí)度可能會與填料的特性、粒徑組成、碾壓設(shè)備的差異而不同。通常情況是路基填筑體的壓實(shí)程度隨碾壓遍數(shù)的增加而增大，但在碾壓遍數(shù)達(dá)到某點(diǎn)后，壓實(shí)度增加的程度將放緩。

本工程路基每層攤鋪厚度為 30 cm～50 cm。各層填料在相同碾壓次數(shù)下的壓實(shí)度基本是一致的。在 5 次碾壓次數(shù)以內(nèi)，各層壓實(shí)度的變化趨勢比較明顯；但在第 6 次以后，增長幅度有限。這表明在一定壓實(shí)功的作用下，在碾壓次數(shù)大于 6 次以后，壓實(shí)功對填料的壓實(shí)效果已不明顯。在施工過程中，在碾壓遍數(shù)達(dá)到 6 次以后，隨著碾壓次數(shù)的增加，可對壓路機(jī)的輪跡差進(jìn)行多次測量，當(dāng)輪跡差趨于平穩(wěn)且小于 3 mm 時，可停止碾壓。

2.2.2 含水率

在通常情況下，路基壓實(shí)度會根據(jù)現(xiàn)場填料本身含水率的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。處于兩個極端，無論材料含水量比較低還是比較高，其壓實(shí)度均不滿足要求。從試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)含水量在 12.3 %～13.5% 之間時，路基的壓實(shí)度在 94%～96% 范圍內(nèi)變化。原因在于，當(dāng)含水率比較低時，材料顆粒之間的摩阻力比較大，導(dǎo)致壓實(shí)度不足；而當(dāng)含水率比較高時，也就是施工現(xiàn)場灑水過多時，會造成材料顆粒之間水膜增厚，自由水較多，在施工碾壓時及時排出，導(dǎo)致路基填筑體壓實(shí)度反而降低。

2.3 建筑再生舊料物料的組成及其挑揀

在 G228 公路上海金山段新建工程項(xiàng)目實(shí)施過程中，拆除了周邊眾多的民房、工廠和老橋等，也遺留下很多建筑舊料，主要包括混凝土碎塊、建筑磚頭、瓦塊、木頭和生活垃圾等。

挑揀物料需分兩部分進(jìn)行。對于基本可用的、無生活垃圾的和滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的混凝土碎塊和磚塊，可以直接進(jìn)入施工流程，包括破碎篩分、布料攤鋪、碾壓成型和養(yǎng)護(hù)檢測。對于含生活垃圾、木塊及不符合技術(shù)要求的磚塊瓦片，需進(jìn)行挑揀篩分，其方法主要包括人工挑揀、水浮清渣和人工挑揀和機(jī)器篩分。人工挑揀法需要付出較多的人工，可清除一些廢鋼筋、木料、生活垃圾等；水浮清渣法主要清除木料和塑料等密度較小的垃圾；機(jī)器篩分法主要是采用篩分機(jī)將粒徑不滿足要求的碎塊篩分出來。

2.4 攤鋪過程的關(guān)鍵技術(shù)

為了確保建筑再生材料各項(xiàng)科研工作的順利開展和后續(xù)大規(guī)模綜合應(yīng)用的科學(xué)實(shí)施，先后在 K16＋950～K17＋020和 K17＋020～K17＋070 兩段試驗(yàn)段進(jìn)行了樣板施工。

在試驗(yàn)段施工過程中碰到彎沉值過大的問題，究其原因，可能是：填料的顆粒大小不均勻，測得彎沉值較大的地方，大粒徑的材料較多；前一天下雨，土基含水量較大。因此，在進(jìn)行第2次試驗(yàn)段施工過程中，在控制好填料均勻性的同時，還改變了施工工藝，由原來的靜壓 1遍、振壓 1～2 遍改為靜壓 2 遍、振壓 4～5 遍，且在碾壓之前檢測土基的含水率。通過施工工藝的改變，并且在控制土基含水量的前提下，第二次試驗(yàn)段的彎沉值基本達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙中土基頂面 292.5（0.01 mm）的要求。

3 推廣應(yīng)用情況

再生填料試驗(yàn)段位于 K16＋950～K17＋070。進(jìn)行試驗(yàn)段施工的目的是獲得為滿足設(shè)計(jì)驗(yàn)收指標(biāo)而需要確定的壓實(shí)功（壓路機(jī)噸位）、振動與靜壓的組合方式、壓路機(jī)碾壓的行駛速度及遍數(shù)、填料撒布的厚度、壓實(shí)后的厚度和填料的含水量等工藝參數(shù)，以指導(dǎo)后續(xù)建筑再生舊料路基的填筑施工。

3.1 第一試驗(yàn)段情況

總體施工步驟如下：土基整平及排水；在試驗(yàn)段施工過程中，碰到降水持續(xù) 1 h，項(xiàng)目部采取開挖排水溝、橫截溝等排水措施；土基被整平、碾壓后再接受環(huán)刀試驗(yàn)，壓實(shí)度達(dá)到 90% 后開始上料碾壓；碾壓完成后，經(jīng)過一段時間的養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行彎沉、固體體積率和回彈模量等試驗(yàn)。

分層及碾壓施工工藝如下：在 K16＋950～K16＋980試驗(yàn)段填筑厚度為 40 cm 的再生料，分 2 層填筑，靜壓 2遍、振動碾壓 4～5 遍；在 K16＋980～K17＋020 試驗(yàn)段填筑厚度為 50 cm～64 cm 的再生料，分 2 層填筑，靜壓 1遍、振動碾 1～2 遍。

第一次試驗(yàn)段完成后，對已完成路基進(jìn)行彎沉、固體體積率和回彈模量等試驗(yàn)。以道路前進(jìn)方向分左右幅，離中央分隔帶由近及遠(yuǎn)依次編號為 1 號車道、2 號車道和 3 號車道，在長度方向 40 m 范圍內(nèi)，每間隔 20 m 測定 1 次各號車道的彎沉值（單位 0.01 mm），每道共測 3 次。其測定結(jié)果如下：右 3 號車道的彎沉值分別為 496、300 和 280，右 2 號車道的彎沉值分別為 308、296 和 146，右 1 號車道的彎沉值分別為 262、408 和 338；左 1 號車道的彎沉值分別為 216、220 和 194，左 2 車道的彎沉值分別為 224、378 和 214，左 3 車道的彎沉值分別為 282、442 和 344。從總體上看，靠近道路中心線的車道呈現(xiàn)較小的彎沉值，而靠近道路兩邊的車道呈現(xiàn)較大的彎沉值。

3.2 第二段試驗(yàn)段情況

第一段試驗(yàn)段的彎沉值和回彈模量數(shù)據(jù)相較于設(shè)計(jì)圖紙中的土基頂面數(shù)據(jù)不是很理想，土基頂面驗(yàn)收彎沉值為292.5（0.01 mm），路基頂面回填值大于 40 MPa。研究決定，對 K17＋020～K17＋070 再次進(jìn)行試驗(yàn)段施工。

經(jīng)過分析，決定調(diào)整施工碾壓工藝，由原先的靜碾壓 1遍、振動壓實(shí) 1～2 遍改為靜壓 2 遍、振動碾壓 4～5 遍，同時在壓路機(jī)碾壓之前分別檢測含水量。

彎沉值（單位 0.01 mm）的測定結(jié)果如下（車道編號同上）：右 3 號車道的彎沉值分別為 140、90 和 260，右 2號車道的彎沉值分別為 160、220 和 260，右 1 車道的彎沉值分別為 190、160 和 156；左 1 車道的彎沉值分別為230、300 和 240，左 2 車道的彎沉值分別為 160、140 和280，左 3 車道的彎沉值分別為 224、160 和 150。

通過控制含水率且調(diào)整了施工工藝，彎沉值及回彈模量得到了很大的改觀，測得的彎沉值僅有一點(diǎn)大于設(shè)計(jì)值292.5（0.01 mm），基本達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙中對土基頂面彎沉值≤292.5（0.01 mm）的要求。

4 結(jié)語

通過對 G228 公路上海金山段新建工程Ⅰ標(biāo)建筑舊料再生路基填料現(xiàn)場試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論。

（1）本工程現(xiàn)場建筑再生舊料的最優(yōu)含水率為6.59%，最大干密度為 2.258 g/cm3。試驗(yàn)室測得的 CBR 平均值為 43%。以上數(shù)據(jù)均滿足路基填料的強(qiáng)度要求。

（2）當(dāng)現(xiàn)場碾壓中含水率控制在 12.3%～13.5% 時，碾壓效果最好。

（3）當(dāng)碾壓次數(shù)大于 6 遍以后，壓實(shí)功對路基壓實(shí)度改變效果不明顯。在施工過程中，當(dāng)碾壓遍數(shù)達(dá)到 6 遍后隨著碾壓次數(shù)增加可對壓路機(jī)的輪跡差進(jìn)行多次測量，當(dāng)輪跡差趨于平穩(wěn)小于 3 mm 時可停止碾壓。

（4）壓實(shí)度與建筑舊料路基回彈模量相關(guān)性明顯。填料壓實(shí)度越大，路基回彈模量越高。實(shí)測的建筑垃圾路基回彈模量為 29.9 MPa～40 MPa，其相應(yīng)的彎沉值為90～300（0.01 mm）。