建筑拆遷廢料在公路路基中的應(yīng)用研究

摘 要：為了研究建筑拆遷廢料作為再生骨料在公路路基中的應(yīng)用，本文將建筑拆遷廢料再利用后的材料作為路基材料，采用級(jí)配分析和貝克曼梁法對(duì)路基質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，建筑拆遷廢料是復(fù)雜的混合物，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格除雜處理能作為再生骨料應(yīng)用于路基。與淤泥路基和黏土路基相比，拆遷廢料路基具有更好的承載能力。

關(guān)鍵詞：建筑拆遷廢料；再生骨料；施工質(zhì)量審核

中圖分類號(hào)：U 41 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著中國(guó)城市化的快速發(fā)展，2010—2019年，每年產(chǎn)生約23億t建筑拆遷廢料，我國(guó)建筑拆遷廢料平均回收率僅為5%[1]。這些廢料絕大部分未經(jīng)處理直接運(yùn)往城市郊區(qū)隨意傾倒或填埋，占用了大量的土地資源，造成了嚴(yán)重的城市環(huán)境污染，直接危害居民健康[2]。因此，如何處理建筑拆遷廢料已成為亟待解決的問(wèn)題[3]。

本文通過(guò)試驗(yàn)分析建筑拆遷廢料在公路路基中的應(yīng)用可行性，確定了合適的壓實(shí)方案。采用級(jí)配分析和貝克曼梁法對(duì)路基施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)沉降監(jiān)測(cè)對(duì)建筑拆遷廢料與普通土在路基施工中的適用性進(jìn)行比較。

1 測(cè)試場(chǎng)地和材料

1.1 場(chǎng)地說(shuō)明

試驗(yàn)路基頂寬為41m，有8條行車車道。試驗(yàn)路基根據(jù)設(shè)計(jì)壓實(shí)度的差異可分為3個(gè)區(qū)，95%壓實(shí)度區(qū)（95區(qū)）、94%壓實(shí)度區(qū)（94區(qū)）和92%壓實(shí)度區(qū)（92區(qū)），路基平均填筑高度為6.2m，其橫截面如圖1所示。

1.2 材料

工地周圍的老舊建筑多為磚混結(jié)構(gòu)。磚塊、混凝土塊、碎石、砂漿占總拆遷廢料的82%。拆遷廢料的組成比較復(fù)雜，含有大量對(duì)公路建設(shè)不利的雜質(zhì)，例如鋼材、木材、塑料、布料、泡沫等。同時(shí)，拆遷廢料的顆粒組成不均勻，存在許多大粒徑顆粒，因此，使用前須對(duì)拆遷廢料進(jìn)行破碎處理。拆遷廢料經(jīng)除雜、破碎、篩分后，其余部分主要含有混凝土、砂漿、磚、石等，能滿足路基材料的技術(shù)要求。

本文抽取了部分處理后的拆遷廢料進(jìn)行化驗(yàn)，工程特性見(jiàn)表1。根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430-2020）中路基土的分類方法，將再生填料歸為差級(jí)配礫石（GP）。礫石顆粒占總骨料的75%以上，具有足夠的CBR，有機(jī)和可溶性鹽含量為2.16%。其性能指標(biāo)能夠滿足公路路基材料的技術(shù)要求。

2 路基施工技術(shù)和測(cè)試方法

2.1 再生填料路基施工技術(shù)

施工前應(yīng)清除路基范圍內(nèi)的腐殖土、表土和草皮。對(duì)填土區(qū)進(jìn)行平整、壓實(shí)處理，使其承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

再生填料的粒徑應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100mm，過(guò)大的顆粒在回收廠粉碎。按水平分層由低到高，由兩側(cè)到中心位置進(jìn)行卸載。用推土機(jī)和平地機(jī)分別對(duì)拆遷廢料進(jìn)行大致找平和精確找平。在壓實(shí)前，要測(cè)定拆遷廢料的含水率，將其調(diào)整為最佳含水率。在鋪裝過(guò)程中，對(duì)路基層進(jìn)行澆水和灑水，使再生填料的含水率接近最佳含水率。采用振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)試驗(yàn)路基段進(jìn)行壓實(shí)，將壓實(shí)速度保持在3km/h左右。采用靜壓實(shí)和強(qiáng)振動(dòng)分別進(jìn)行多次壓實(shí)，直到壓實(shí)度和沉降差達(dá)到技術(shù)要求后，再進(jìn)行一次靜壓實(shí)。壓路機(jī)質(zhì)量為25t，激振力為260kN～410kN，振動(dòng)頻率為30Hz～36Hz，振動(dòng)幅值為1.0mm～2.2mm。在根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和施工經(jīng)驗(yàn)，將每層松鋪厚度分別設(shè)定為250mm和300mm，進(jìn)行對(duì)比研究。

2.2 測(cè)試方法

為尋求最適合再生填料路基的壓實(shí)工藝，需要進(jìn)行不同松鋪厚度和壓實(shí)周期下的壓實(shí)度試驗(yàn)、沉降觀測(cè)和彈性模量試驗(yàn)。采用級(jí)配分析和貝克曼梁法對(duì)使用拆遷垃圾路基的施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 壓實(shí)度試驗(yàn)

按照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG 3450-2019）要求，采用灌砂法對(duì)92區(qū)路基進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)。在路基的中心線處選擇兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分別為A1和A2，兩點(diǎn)相距50m。將試驗(yàn)中強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)次數(shù)設(shè)置為3次、5次和7次。通過(guò)試驗(yàn)研究不同壓實(shí)周期下的壓實(shí)效果。

2.2.2 沉降觀測(cè)

為確定路基壓實(shí)過(guò)程中路基的瞬時(shí)沉降量，采用光學(xué)水準(zhǔn)儀近距離觀測(cè)了路基的差異沉降量，隨機(jī)選取測(cè)試路基段3個(gè)點(diǎn)，將其分別命名為B1、B2和B3，觀測(cè)強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)次數(shù)3次、5次和7次的沉降量。測(cè)層屬于路基的95區(qū)。

2.2.3 彈性模量試驗(yàn)

便攜式落錘彎沉儀是一種測(cè)量道路結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)備，具有快速測(cè)量路基彈性模量的特點(diǎn)。本研究在95區(qū)表面進(jìn)行了便攜式落錘彎沉儀彈性模量試驗(yàn)。錘頭自重和下落高度分別為12kg和90cm，加載板直徑為300mm。模量試驗(yàn)選擇3個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分別在路基的中心線位置以及距離中心線兩側(cè)10m的位置，將其命名為C1、C2和C3。

2.2.4 級(jí)配分析

在施工過(guò)程中，壓路機(jī)的振動(dòng)會(huì)對(duì)骨料產(chǎn)生沖擊，造成骨料二次破碎，使其顆粒級(jí)配再次發(fā)生變化。本研究采用篩分法來(lái)測(cè)量壓實(shí)后再生填料的級(jí)配變化。將灌砂法試驗(yàn)中開(kāi)挖的再生填料作為篩分樣品。

2.2.5 貝克曼梁法

貝克曼梁法是一種適用于測(cè)定靜止加載或非常慢的速度加載時(shí)路面彈性彎沉值的方法，貝克曼梁彎沉可以反映路面的總體強(qiáng)度。用貝克曼梁法在路基中心線上選擇6個(gè)測(cè)試點(diǎn)，點(diǎn)間距為10m，將其分別命名為D1、D2、D3、D4、D5和D6，位于95區(qū)表面。

3 控制指標(biāo)分析

3.1 壓實(shí)度

各測(cè)試點(diǎn)的壓實(shí)度變化情況如圖2所示。隨著強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)次數(shù)增加，路基的壓實(shí)程度逐漸加深。當(dāng)松鋪厚度為250mm時(shí)，壓實(shí)度從93.29%增至96.51%。當(dāng)松鋪厚度為300mm時(shí)，壓實(shí)度為92.13%增至94.49%。當(dāng)松鋪厚度為250mm時(shí)，94區(qū)路基至少需要5次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)，95區(qū)路基至少需要7次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)。當(dāng)松鋪厚度為300mm時(shí)，92區(qū)需要3次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)，94區(qū)需要7次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)。95區(qū)不建議采用300mm的松鋪厚度，因?yàn)榧词菇?jīng)過(guò)7次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)也不能滿足要求。因此，在壓實(shí)度方面，92區(qū)采用300mm松鋪厚度進(jìn)行3次強(qiáng)振動(dòng)，94區(qū)采用250mm松鋪厚度進(jìn)行5次強(qiáng)振動(dòng)，95區(qū)采用250mm松鋪厚度進(jìn)行7次強(qiáng)振動(dòng)。

3.2 不均勻沉降

各測(cè)試點(diǎn)的沉降量如圖3所示。實(shí)測(cè)沉降量隨著壓實(shí)循環(huán)次數(shù)增加而明顯減少。當(dāng)松鋪厚度為250mm時(shí)，經(jīng)過(guò)3次強(qiáng)振動(dòng)后，沉降量為9.9mm～26.9mm，經(jīng)過(guò)5次強(qiáng)振動(dòng)后沉降量降至4.8mm以下，并趨于穩(wěn)定。當(dāng)松鋪厚度為300mm時(shí)，3次、5次、7次強(qiáng)振動(dòng)周期對(duì)應(yīng)的沉降量變化分別為17.8mm～23.9mm、1.8mm～6.0mm、0mm～2.79mm?？梢?jiàn)，松鋪厚度對(duì)沉降有顯著影響，松鋪厚度為250mm時(shí)的沉降降速大于松鋪厚度300mm時(shí)?？傮w而言，滿足95區(qū)的路基壓實(shí)沉降要求。300mm松鋪厚度的強(qiáng)振動(dòng)必要周期數(shù)不少于7次，250mm松鋪厚度的強(qiáng)振動(dòng)必要周期數(shù)不少于5次。

3.3 彈性模量

各測(cè)試點(diǎn)的彈性模量如圖4所示。隨著壓實(shí)循環(huán)次數(shù)增加，C1、C2和C3這3個(gè)測(cè)試點(diǎn)的路基彈性模量明顯增加。當(dāng)松鋪厚度為250mm時(shí)，3次、5次、7次強(qiáng)振動(dòng)周期對(duì)應(yīng)的彈性模量變化分別為25.2MPa～30.3MPa、27.7MPa～37.9MPa、28.9MPa～45.5MPa。當(dāng)松鋪厚度為300mm時(shí)，3次、5次、7次強(qiáng)振動(dòng)周期對(duì)應(yīng)的彈性模量變化分別為20.6MPa～25.4MPa、22.9MPa～27.8MPa、32.7MPa～33.7MPa。這些結(jié)果表明，在相同試驗(yàn)位置，經(jīng)過(guò)相同的強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)，鋪裝厚度越小，路基的彈性模量越大。

4 施工質(zhì)量審核

4.1 級(jí)配分析

在篩分試驗(yàn)中，不同壓實(shí)次數(shù)下拆遷廢料的顆粒級(jí)配如圖5所示。在壓實(shí)兩次循環(huán)后，20mm～40mm粒度組含量下降了10.2%～13.8%，小于20mm粒度組含量增加1.6%～7.7%。由此可見(jiàn)，拆遷廢料是一種易破碎的材料，使用前應(yīng)該對(duì)拆遷廢料的顆粒級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化。

4.2 貝克曼梁彎沉試驗(yàn)結(jié)果

在《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）中，貝克曼梁彎沉是衡量路基承載力是否合格的關(guān)鍵指標(biāo)。各測(cè)試點(diǎn)路基貝克曼梁彎沉試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，6個(gè)測(cè)試點(diǎn)的實(shí)測(cè)彎沉均小于設(shè)計(jì)值2.28mm。符合設(shè)計(jì)要求，表明施工質(zhì)量良好。

5 拆遷廢料與天然土在路基填筑中的適用性比較

5.1 測(cè)試程序

施工后沉降是《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610-2019）的控制指標(biāo)。因此，須對(duì)施工后沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于本工程路基斷面對(duì)稱（圖1），因此對(duì)施工后的半路基沉降進(jìn)行測(cè)量。

5.2 測(cè)試結(jié)果

壓縮變形反映了路基的剛度，數(shù)值為95區(qū)與92區(qū)沉降差值。路基的壓縮變形越小，路基的剛度就越大。測(cè)試橫斷面的壓縮變形情況如圖7所示?？梢钥闯觯S著時(shí)間增加，拆遷廢料路基的壓縮變形逐漸變大，最大壓縮出現(xiàn)在路基中心線附近。最大值為18.1mm，平均增長(zhǎng)速度為0.049mm/d。

單位高度壓縮量是路基壓縮變形與總填筑高度之間的比值，可反映骨料的剛度。為進(jìn)一步研究拆遷廢料路基的承載力，對(duì)拆遷廢料路基與普通土路基的單位高度壓縮量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示拆遷廢料路基具有更好的承載能力。

6 結(jié)論

本文主要研究了建筑拆遷廢料在路基填筑中的施工技術(shù)及適用性，并對(duì)建筑拆遷廢料路基與普通土路基的性能進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明，原始的建筑拆遷廢料是復(fù)雜的混合物，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的除雜處理能作為再生填料應(yīng)用于路基。再生骨料經(jīng)過(guò)二次破碎后，顆粒會(huì)進(jìn)一步細(xì)化，顆粒粒徑主要為20mm～40mm，有利于形成密集的結(jié)構(gòu)。根據(jù)貝克曼梁彎沉試驗(yàn)結(jié)果，路基上測(cè)試點(diǎn)的實(shí)測(cè)彎沉均小于設(shè)計(jì)值2.28mm，符合設(shè)計(jì)要求。

與淤泥路基和黏土路基相比，拆遷廢料路基具有更好的承載能力。根據(jù)本文的測(cè)試結(jié)果，在拆遷廢料路基的施工過(guò)程中，建議92區(qū)的松鋪厚度選擇300mm，進(jìn)行3次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)，94區(qū)的松鋪厚度選擇250mm，進(jìn)行5次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)，95區(qū)的松鋪厚度選擇250mm，進(jìn)行7次強(qiáng)振動(dòng)循環(huán)。應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定不同的建筑拆遷廢料的技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]呂炳炫.建筑垃圾回填軟土基坑支護(hù)設(shè)計(jì)探討[J].江西建材，2023（5）：164-166.

[2]張婧鵬.建筑廢料再生混凝土路用性能研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2023（3）：133-136.

[3]齊琳，于保陽(yáng)，趙鋒，等.含磚塊水泥穩(wěn)定建筑垃圾基層耐久性研究[J].河北工業(yè)科技，2023，40（1）：59-66.