利用建筑废弃物处理浅层软基的工程应用

吴俊强

(广东省南粤交通投资建设有限公司，广州 510623)

0 引言

随着城市化进程加快，旧城改造、旧路翻修，产生了大量建筑废弃物。建筑废弃物主要采用回填处理，不仅对环境造成了污染，还造成了资源浪费。而随着我国基础设施的高速发展，尤其是公路的高速发展，道路建筑材料资源(砂、碎石、水泥等)缺口越来越严重，利用建筑废弃物解决道路建筑材料问题成为学术界关注的热点与前沿课题之一。

目前，已有不少学者对建筑废弃物在公路建设中的再生利用进行了研究，并取得了一定的成果。李玉梅[1]通过对建筑废弃物再生料进行室内试验，得出了建筑废弃物再生料可用于底基层施工。徐东[2]通过试验对建筑废弃物再生的骨料砼、砂浆、水泥稳定基层力学、收缩性能进行了研究，并提出了合理的再生集料掺量。张胜[3]利用改良的建筑废弃物开展路基、底基层、基层试验段铺筑试验，试验结果表明建筑废弃物可用于路基及路面结构处理。蒋麦林[4]对建筑废弃物再生料的无侧限抗压强度进行了室内试验，实验表明砼再生料抗压强度可满足道路基层要求，砖渣再生料仅适用于底基层。可以看出，现有的对建筑废弃物研究较多地集中在废旧混凝土的再生利用，对砖渣废弃物研究较少。

本文以汕湛高速公路云浮至湛江段吴川支线建设项目浅层软基处理为依托，通过现场试验对利用建筑废弃物处理浅层软基的施工技术进行研究。

1 工程概况及试验段

1.1 工程概况

汕湛高速公路云浮至湛江段吴川支线全长30.464km，平均填土高度约7m，共有软土路基85处，其中清淤换填(浅层处理，即软基深度小于3.0m)共57 处，长度约6 100m，采用石屑换填，总方量为67.6万m3。因国家环保政策紧缩，项目所在区域内建筑材料紧缺，尤其石屑换填极其缺乏，严重影响到软基换填的施工进程，制约总体施工组织计划的实施。同时，因湛江粤西国际机场建设，大量房屋被拆迁形成大规模的砖渣废弃物。为缓解换填材料紧缺，本建设项目以此为契机开展相应的试验，以期解决换填材料缺乏的问题。

1.2 试验段

试验段桩号为K16+660～+790，其地质情况为：原地面以下0～2.7m为淤泥质粉质粘土，深灰色、饱和、软塑状，含有少量碎石块，含较多有机质，有腥臭味；下卧层依次为砂质粉质粘土、全风化～强风化花岗岩，路基平均填土高度为6.5m，原设计软基处理采用2.7m厚碎石换填，现变更为2.7m建筑废弃物换填。

2 建筑废弃物室内试验

因建筑废弃物与石屑级配组成、成分相差较大，需对建筑废弃物的物理力学性能进行了解，故在室内对建筑废弃物进行了击实试验、CBR试验、渗透系数试验、液塑限试验等。本次选取的击实试验样本为K16+660～+790路基段现场堆放建筑废弃物(已清除钢筋、竹木、衣服、塑料等)，在不同的堆料地点分三次取样(分别为样品1、样品2、样品3)。考虑到40mm以上为砖混块(其强度较高，主要起骨架作用)及受试验仪器限制，击实试验采用通过40mm筛部分的混合料。

2.1 击实试验

为研究建筑废弃物混合料压实特性，对三组建筑废弃物样品进行击实试验，试验结果如图1所示。

图1 最佳含水率与最大干密度之间的关系

从图1可见，样品1最佳含水率为11.4%，对应最大干密度为1.96g/cm3；样品2最佳含水率为12.6%，对应最大干密度为1.87 g/cm3；样品3最佳含水率为15%，对应最大干密度为1.82 g/cm3。三种样品的最大干密度均大于1.8 g/cm3，满足路基填筑要求。三种样品最佳含水率和最大干密度相差加大，其原因是各种样品的砖渣、混凝土、砂浆含量不同。已有研究[5]表明，当砂浆含量不变时， 建筑废弃物的最大干密度随着砼块含量增加而增加，最佳含水量则逐渐减小；建筑废弃物的最大干密度随着砖块含量增加而减小，最佳含水量则逐渐上升。

2.2 液塑限试验

为研究建筑废弃物混合料作为填筑材料，其液限指标是否符合路基填筑材料的技术要求，对以上三组建筑废弃物样品进行液塑限试验，试验结果见表1。

表1 液塑限试验结果

从表1可以看出，建筑废弃物的液限为28%～32%，远小于50%，可用于路基填筑。

2.3 CBR试验

为研究建筑废弃物混合料在天然含水率的条件、不同压实度的CBR值，判定建筑废弃物是否可用于路基换填，对以上三组建筑废弃物样品进行CBR试验，试验结果如图2所示。

图2 压实度与CBR值之间的关系

从图2可见，建筑废弃物CBR值为21.9～81.7，其值离散值较大，原因可能是三个样品的砖渣、混凝土、砂浆含量不同所致。但各样品的CBR值均较大，93区最小CBR值21.9，远大于8，说明建筑废弃物是一种承载能力较好的路基填筑材料。

2.4 渗透试验

软土地基地层孔隙率较大、含水率较高，加之本项目处于东南湿热区，地下水位较高，换填材料基本处于潮湿状态。渗透系数主要取决于粗粒、细粒含量及级配，为确保换填材料具有良好的透水性，对以上三组样品过10mm筛孔混合料进行渗透试验，分析不同压实度下的饱和渗透系数，试验结果见表2。

表2 渗透试验结果

从表2可看出，混合物的渗透系数较小。建筑废弃物中含有大量砖渣及粗颗粒，细粒成分所占比例不高，大颗粒砖渣及混凝土块形成骨架，细颗粒起填充作用。因此，建筑废弃物渗透系数较大，透水性较好，现场挖探(已施工的半幅砖渣换填路段，挖开另外半幅后，其地下水大量从已换填建筑物路基段涌入基坑)也表明砖渣换填为较好的透水性材料。

3 建筑废弃物浅层换填施工

将建筑废弃物用作软基浅层处理尚无相应的施工技术规范及施工工艺，为确保换填满足质量要求，对建筑废弃物换填进行了试验段填筑。

3.1 建筑废弃物原材料要求

(1)普通烧结砖抗压强度为5～30MPa，参照《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)，烧结砖等介于软质岩石，即采用砖渣换填处置软基，其砖渣换填最大粒径不大于400mm。为控制施工质量，本项目采用最大粒径不大于300mm控制。

(2)为避免生活垃圾、塑料、木质材料、轻质物质、废钢筋等老化、腐蚀引起建筑废弃物换填的密实度降低，要求对以上非适用性材料进行分拣。

3.2 建筑废弃物浅层换填施工方案

施工工艺流程：换填基底标高测量→建筑废弃物分拣→填料摊铺、平整→静压、弱振一遍→布设沉降观测点→强振碾压三遍、静压一遍→复测观测点数据。

为确保施工质量，应注意：

(1)因软基基底承载力一般较低，为便于压路机初平，基底第一层填筑松铺厚度不大于30cm，其余层厚不大于50cm。同时，碾压设备应采用不小于20t的振动压路机。

(2)碾压时应严格按照 “先静后振、先弱后强”的原则施工，压路机碾压时轮重叠轮宽的 1/3～1/2，并采用交错进退碾压，碾压速度控制在 2.0～2.5km/h，避免影响压实效果。

(3)碾压标准参照填石路基“相邻两次碾压实后各测点的高程差平均值不大于5mm”进行压实质量控制。

(4)填土高度小于 1.5m 的路基，路床顶以下 1.5m 范围(即换填范围位于路基工作区内)内，原则上不得填筑建筑废弃物。

4 现场检测结果与分析

4.1 压实度检测

现场压实度检测采用深度直径为50cm×50cm的圆孔灌水法检测。压实度检测结果见表3。

表3 K14+660～+790段现场压实度检测结果

从表3可知，1处压实度为87.5%(其原因可能为建筑废弃物的不均匀性)，其它值均大于90%，最大点为95.8%，其填料满足原地面处理压实度大于90%的技术要求。

4.2 现场平板载荷试验

在试验路段选取3个点进行平板载荷试验(图3)，试验结果表明，1、2、3号点地基极限承载力Qu≥300kPa，承载力特征值Ra≥150kPa，即建筑废弃物在20t振动压路机作用下，路基承载力满足技术要求。

4.3 路基沉降观测

挖除软基换填后，在建筑废弃物顶面埋设沉降板，定期进行沉降监测。通过沉降-时间曲线，可评判路基的稳定性、预测工后沉降、评价软基处理效果。本试验段设置K14+670、K14+770等2个监测断面，分别在每个断面的左幅路肩、中线、右幅路肩位置埋设沉降板，沉降板设置于换填料顶面。沉降监测结果如图4和图5所示。

图4 K14+670 加载高度-时间-沉降曲线

图5 K14+770 加载高度-时间-沉降曲线

由图4和图5可见，路基填筑越高(加载高度)，沉降观测点沉降值越大；当加载高度一致时，随着加载时间的增加，其沉降值也增加，但其增幅小于加载高度所引起的沉降变化量；等载持荷7d左右，沉降基本趋于稳定。K14+660～K14+790段路基在2020年5月22日填筑至设计标高，6月3日路基沉降已基本趋于稳定，K14+670断面左、中、右最终沉降量分别为-57mm、-61mm、-53mm；K14+770断面左、中、右最终沉降量分别为-66mm、-70mm、-63mm。

观测点沉降值较大，主要是因为所测沉降板沉降为软基挖除后地基沉降与换填层压缩量之和，路基填筑至设计标高后，由于软基已全部换填为建筑废弃物，换填层已碾压密实，所测沉降主要为换填基底土层(为砂质粉土，易压缩)较差的压缩性引起。因此，为减少路基沉降，换填基底弹性模量要足够大，必须保证换填基底位于硬质岩(土)上。

综上所述，利用建筑废弃物换填，可确保路基基底压实度、基底承载力及路基稳定性满足设计要求。

5 经济性评价

项目原设计浅层处理需换填石屑67.6万m3，依据合同石屑换填综合单价为102.29元/m3。换填砖渣运距为15km/h以内，砖渣采购价约为25～35元/m3。经测算,换填砖渣综合单价约为73元/m3。通过室内外试验验证，将建筑废弃物作为浅层软基换填材料在本项目全线推广使用，不仅缓解了建筑材料紧缺的困境，还节省工程造价约1 980万元。

6 结论

本文以建筑废弃物(砖渣)为研究对象，通过室内外试验验证了建筑废弃物可作为浅层软基处理换填材料，其主要结论如下：

(1)通过室内击实试验、液塑性试验、CBR试验及渗透试验，验证了建筑废弃物是一种较好的筑路材料。

(2)通过施工总结，明确利用建筑废弃物换填的施工技术方案、施工要点及质量控制标准；实践表明，利用建筑废弃物换填路基基底承载力较高，路基稳定性较好。

(3)本建设项目全线浅层软基采用建筑废弃物换填，结合经济性评价，表明建筑废弃物是一种较好的换填材料，可在浅层软基换填处理方案中推广使用。