建筑舊料再生石替代石灰土路基的施工技術(shù)研究

沈容嘯[上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海 200433]

依據(jù)交通運(yùn)輸部辦公廳《關(guān)于設(shè)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》（交辦公路〔2016〕93 號(hào)）對(duì)綠色公路定義和內(nèi)涵的解讀。綠色公路是指在可持續(xù)發(fā)展理念的指導(dǎo)下，在公路的全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，以最少的資源占用、最小的能源耗用、最低的污染排放、最輕的環(huán)境影響獲得最優(yōu)的工程質(zhì)量和最高效的運(yùn)輸服務(wù)。

傳統(tǒng)建筑舊料處置方式一般是堆放和掩埋。堆砌的建筑舊料粉塵直接污染空氣，。堆砌物在雨水的沖淋、地表水和地下水的浸泡、發(fā)酵作用下，滲濾出的污水造成水污染，且這種處置方式會(huì)占用大量土地資源。本著資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效的綠色建設(shè)理念，對(duì)建筑舊料進(jìn)行再生利用，將再生材料作為路基填料既節(jié)約了土地礦物資源，又減少了固體廢棄物污染，響應(yīng)了綠色施工的建設(shè)理念。

1 工程概況

G 320 公路改建工程北起北松公路，西至上海浙江省界，包括車亭公路（南北向）、亭楓公路（東西向）。其中，JS 1-4 標(biāo)段包括車亭公路 K 0 + 0 ～ K 1 + 943.36 區(qū)段以及亭楓公路 K 30 + 325.00 ～ K 32 + 196.73 區(qū)段，標(biāo)段道路全長 3 814 m。設(shè)計(jì)道路等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)車速為 60 km/h，設(shè)計(jì)年限為 15 a。

本工程設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。路基設(shè)計(jì)采用石灰土進(jìn)行處理，其中機(jī)動(dòng)車道采用 80 cm 的 8% 石灰土進(jìn)行處理，非機(jī)動(dòng)車道及人行道采用 60 cm 的 6% 石灰土進(jìn)行處理。石灰土路基采用在拌和場集中場拌，拌和時(shí)易產(chǎn)生粉塵污染，對(duì)沿線人民生活和環(huán)境影響較大，曾受到多次附近居民投訴。首次施工后，恰逢連續(xù)低溫陰雨天，現(xiàn)場采用旋耕犁、多鏵犁等多種翻曬設(shè)備進(jìn)行翻曬，但效果并不明顯，含水量依舊較高。石灰土施工時(shí)，最佳含水量是一個(gè)重要指標(biāo)，飽水后強(qiáng)度急劇降低。

圖1 原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)圖

考慮再生石路基施工基本不受氣候條件制約的情況，在保證原材料質(zhì)量前提下，具有較高的施工效率，相對(duì)石灰土而言，施工期間的揚(yáng)塵污染有所降低。本著響應(yīng)綠色施工的建設(shè)理念，提出了將原設(shè)計(jì)中的部分石灰土基層變更為再生石的技術(shù)方案。

2 再生石路基試驗(yàn)段

路基試驗(yàn)段施工是大規(guī)模進(jìn)行路基填筑施工前必不可少的重要工序。為全面開展再生石的路基填筑施工，確保再生料的施工質(zhì)量，在正式大規(guī)模施工前，須先鋪筑一段試驗(yàn)段進(jìn)行檢驗(yàn)。確定再生石路基的施工工藝參數(shù)等，具體確定每層填料的松鋪厚度、松鋪系數(shù)；獲取路基壓實(shí)沉降差數(shù)據(jù)和路基回彈值、彎沉值及固體積率等指標(biāo)，為后續(xù)施工提供依據(jù)。

試驗(yàn)路段位于車亭公路東側(cè)，分為兩段，分別是道路中心樁號(hào) K 1 + 625 ～ K 1 + 790 及 K 1 + 260 ～ K 1 + 350，兩段總長度為 255 m。試驗(yàn)段中，原路基 80 cm 灰土層采用60 cm 再生碎石+20 cm 灰土替換填筑。

2.1 原材料

再生石由水泥混凝土廢料經(jīng)粉碎加工而成。加工前，必須分離其中的生活垃圾、草皮、樹根、腐殖質(zhì)等雜質(zhì)，且有機(jī)質(zhì)、易溶鹽含量以及液塑限指標(biāo)、含水率等應(yīng)滿足路基填料要求。為保證再生石填料的均勻性，加工后的成品料應(yīng)采用挖掘機(jī)進(jìn)行反復(fù)拌和，防止集料出現(xiàn)離析現(xiàn)象。加工后的填料在使用前應(yīng)抽樣檢測，檢測合格后方可使用。

再生石應(yīng)有一定的級(jí)配，且最大粒徑應(yīng) ≤100 mm。其篩分試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。根據(jù) JTG E 42—2005 《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》的要求，測試其基本性能，且與天然集料進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比測試結(jié)果如表 2 所示。由表 2 可知，與天然集料相比，再生石集料具有較低的密度，較大的壓碎值、含泥量和吸水率，但其基本性能滿足 JTGF 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

表1 再生石集料篩分試驗(yàn)結(jié)果

表2 再生石集料與天然集料基本性能對(duì)比分析

2.2 試驗(yàn)段施工

對(duì)原路段的不良土地基采用換填壓實(shí)的方式進(jìn)行處置?，F(xiàn)場施工按輪跡差來控制，輪跡差不超過 3 mm。再生石攤鋪采用人工配合機(jī)械的方式進(jìn)行攤鋪。通過設(shè)置控制填筑厚度的標(biāo)志來控制高度，具體為在老路路堤側(cè)做標(biāo)高樁，做填筑分層標(biāo)記。本試驗(yàn)段再生料填筑分兩層填筑壓實(shí)，每層填筑壓實(shí)厚度為 30 cm。

再生石的碾壓原則是先靜壓后振動(dòng)，先弱振后強(qiáng)振，最后靜壓。具體碾壓工藝為靜壓 1 遍 + 振壓 2 遍 + 靜壓 4 遍。采用 22 t 壓路機(jī)往復(fù)碾壓 1 遍初壓整型，碾壓過程中前后兩次輪跡重疊 30 cm，左右兩次輪跡重疊 1/3 輪寬，其輪距搭接 ≥50 cm，輪跡差 ≤3 mm。邊緣和轉(zhuǎn)角處應(yīng)用人工或打夯機(jī)補(bǔ)夯密實(shí)。碾壓順序按照先外側(cè)后中間，縱向進(jìn)退進(jìn)行，同時(shí)壓路機(jī)主輪在前，錯(cuò)輪位置選在碾壓段外，禁止快速起動(dòng)、急剎車和調(diào)頭。碾壓過程中，路基表面始終保持濕潤，表面缺水應(yīng)及時(shí)少量、均勻?yàn)⑺?/p>

2.3 試驗(yàn)段檢測

參考以往試驗(yàn)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)和 JTG E 60—2008《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》，初擬松鋪系數(shù)為 1.15，第 1 層再生料松鋪厚度為 0～35 cm。在碾壓時(shí)，按照試驗(yàn)檢測頻率，記錄其每次碾壓后的彎沉值，直至彎沉值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，計(jì)算得出試驗(yàn)松鋪系數(shù)，驗(yàn)證機(jī)械組合模式和碾壓工藝，指導(dǎo)后續(xù)的再生料填筑施工。

2.3.1 松鋪系數(shù)

參考以往試驗(yàn)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)，初擬松鋪系數(shù)為 1.15。在碾壓時(shí)，按照試驗(yàn)檢測頻率，記錄其每次碾壓后的彎沉值，直至彎沉值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，采用式（1）計(jì)算松鋪系數(shù)N。

式中：H1—松鋪前標(biāo)高；

H2—松鋪后標(biāo)高；

H3—壓實(shí)后標(biāo)高。

對(duì)兩段試驗(yàn)段每隔 25 m 檢測 3 次，3 次測試結(jié)果平均值作為該點(diǎn)的松鋪系數(shù)。將樁號(hào)與松鋪系數(shù)測試結(jié)果繪制結(jié)果如圖 2 所示。由圖 2 可知，試驗(yàn)段的松鋪系數(shù)范圍1.12～1.21 ，離散性較小，平均松鋪系數(shù)為 1.15。

圖2 不同樁號(hào)的松鋪系數(shù)

2.3.2 沉降差

對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行碾壓，直至彎沉值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，測試碾壓合格后層頂面標(biāo)高H3；之后再靜壓 1 遍，再次測試層頂面標(biāo)高H4，沉降差h按照式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：H3—碾壓合格后層頂面標(biāo)高；

H4—碾壓合格再靜壓 1 遍后層頂面標(biāo)高。

兩段試驗(yàn)段選取 3 個(gè)代表性測試點(diǎn)，每點(diǎn)測試左、中、右 3 個(gè)位置，分別測試第 1 層碾壓和第 2 層碾壓時(shí)層頂面標(biāo)高，計(jì)算試驗(yàn)段的壓實(shí)沉降差。將樁號(hào)與沉降差測試結(jié)果繪制結(jié)果如圖 3 所示。由圖 3 可知，試驗(yàn)段的壓實(shí)沉降差在1.0～5.0 mm ，平均壓實(shí)沉降差為 2.8 mm，小于設(shè)計(jì)壓實(shí)沉降差 3 mm。

圖3 不同樁號(hào)的沉降差

2.3.3 固體體積率

在兩段試驗(yàn)段的機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道的第 1 層和第2 層，選取 30 個(gè)代表性測試點(diǎn)，分別測試其固體體積率。測試結(jié)果如圖 4 所示。由圖 4 可知，試驗(yàn)段的固體體積率分布在 80.1 %～86.2 % ，離散性較小，平均固體體積率為83.1 %。

圖4 不同測試點(diǎn)的固體體積率

2.3.4 回彈模量

在兩段試驗(yàn)段的機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道選取 12 個(gè)代表性測試點(diǎn)，分別測試其回彈模量，測試結(jié)果如圖 5 所示。由圖 5 可知，試驗(yàn)段的回彈模量分布在 46.4～55.2 MPa，離散性較小，平均回彈模量為 51.2 MPa。

圖5 不同測試點(diǎn)的回彈模量

2.3.5 壓實(shí)沉降差

對(duì)兩段試驗(yàn)段的彎沉值進(jìn)行測試，其中，第 1 層機(jī)動(dòng)車道的彎沉值測試 30 個(gè)點(diǎn)，第 2 層非機(jī)動(dòng)車道的彎沉值測試30 個(gè)點(diǎn)。兩層彎沉值測試結(jié)果繪制如圖 6 所示。由圖 6 可知，第 1 層的機(jī)動(dòng)車道和第 2 層的非機(jī)動(dòng)車道試驗(yàn)段的彎沉值相差不大，分布在 172～236（0.01 mm）之間，平均彎沉值分別為 202.4（0.01 mm）和 197.2（0.01 mm）。

圖6 不同測試點(diǎn)的彎沉值

3 結(jié) 語

（1）再生石路基的松鋪系數(shù)為 1.15，施工時(shí)應(yīng)分層攤鋪，每層厚度為 30 cm；碾壓可采用 22 t 壓路機(jī)，具體碾壓工藝為靜壓 1 遍 + 振壓 2 遍 + 靜壓 4 遍。

（2） 采用 1.15 的松鋪系數(shù)和上述碾壓工藝，試驗(yàn)段的壓實(shí)沉降量為 2.8 mm，固體體積率在 80%～86% 之間，回彈模量在 46～55 MPa 之間，彎沉值檢測結(jié)果在 172～236（0.01 mm）之間。其中回彈模量及彎沉值均滿足設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)要求機(jī)動(dòng)車道路基頂面回彈模量 ≥30 MPa，路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值ls=310.5，非機(jī)動(dòng)車道路基頂面回彈模量≥ 20 MPa，路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值ls=465.8）。試驗(yàn)段的沉降差及固體體積率數(shù)據(jù)可為其他工程提供參考。

（3）將再生材料作為路基填料，既節(jié)約了土地礦物資源、減少固體廢棄物污染，又降低了施工期間灰土施工的揚(yáng)塵污染，且施工基本不受氣候條件制約，在保證原材料質(zhì)量前提下，具有較高的施工效率和應(yīng)用效果。