環(huán)保型固化再生碎石土基層施工技術(shù)應(yīng)用

張錫霖ZHANG Xi-lin

（上海建工四建集團(tuán)有限公司，上海 201103）

1 概述

建筑垃圾的產(chǎn)生隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展越來(lái)越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)的建筑廢棄物總量已經(jīng)占到城市廢棄物總量的30%~40%，新產(chǎn)生的建筑廢棄物總量也頗為龐大。這些建筑垃圾基本都是占用大量土地資源，直接運(yùn)到郊外露天堆放或填埋，且會(huì)嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)丨h(huán)境，沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理。因此，建筑垃圾處理成為國(guó)家一貫強(qiáng)調(diào)環(huán)保的大前提下重點(diǎn)治理的問(wèn)題。既能解決環(huán)境污染問(wèn)題，又能合理利用這些資源，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，如何利用建筑垃圾使之變廢為寶，這是一個(gè)頗具深意的課題，因而具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。[1]結(jié)合工程實(shí)際，擬使用建筑再生料作為道路基層填筑材料，不僅可以大量減少由于建筑垃圾傾倒對(duì)土地資源的占用，也可幫助政府解決部分廢料處理問(wèn)題，同時(shí)可降低相應(yīng)的工程造價(jià)[2]。本文以常見(jiàn)的水泥穩(wěn)定碎石基層為基礎(chǔ)，探索一種新型的環(huán)保型固化再生碎石土基層，將建筑再生料資源化利用，推動(dòng)建設(shè)綠色環(huán)保公路發(fā)展。

2 技術(shù)背景

通過(guò)業(yè)內(nèi)咨詢(xún)，了解到一種新型的環(huán)保型固化土基層可來(lái)替代老路基層。通過(guò)詳細(xì)了解，業(yè)內(nèi)某單位對(duì)此種新型固化土進(jìn)行試驗(yàn)，簡(jiǎn)述如下：將100m 路基處理采用粉劑及水劑固化劑替換原路基處理的40cm 碎石層+40cm石灰土做法，替換后為50m 采用30cm 建筑舊料+30cm 環(huán)保型材料固化土層、50m 采用40cm 建筑舊料+20cm 環(huán)保型材料固化土層，剩余100m 采用原設(shè)計(jì)做法。

從壓實(shí)度、彎沉值和7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度這三項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果與水泥穩(wěn)定碎石基層力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，可知新型固化土基層在壓實(shí)度和彎沉值指標(biāo)上可與水穩(wěn)基層相媲美，而7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度仍有不足。

因此，本文以常用的水泥穩(wěn)定碎石基層力學(xué)性能指標(biāo)為依據(jù)，針對(duì)7D 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不足的問(wèn)題，通過(guò)不同土樣配合比的試驗(yàn)，確定新型環(huán)保固化再生碎石基層的最優(yōu)配合比，從而達(dá)到作為道路基層的性能要求，通過(guò)試驗(yàn)探索出一種新的環(huán)保型固化再生碎石土基層。

3 環(huán)保型固化土再生基層配合比設(shè)計(jì)研究

以環(huán)保型固化再生基層一般為環(huán)保固化劑、土壤、再生碎石以及水的混合物。

3.1 材料選用

3.1.1 環(huán)保固化劑材料

對(duì)固化劑材料性能的一般要求：必須是具有高度導(dǎo)電性溶液的離子交換型土壤穩(wěn)定劑，與含有負(fù)離子的黏土混合后，與土壤顆粒表面吸附水的活性陽(yáng)離子進(jìn)行強(qiáng)力交換，促使土壤擴(kuò)散層厚度減薄、電位勢(shì)下降、土壤顆粒間排斥力降低，經(jīng)水稀釋后產(chǎn)生強(qiáng)離子作用的磺化油。聯(lián)結(jié)加強(qiáng)，同時(shí)將土壤顆粒表面所帶的負(fù)電荷中和，使土壤顆粒失去對(duì)水的靜電吸引力，從而釋放出束縛在吸附層和擴(kuò)散層內(nèi)的結(jié)合水，使之轉(zhuǎn)化為自由水排出，這種電化學(xué)作用改變了粘土顆粒的雙電層結(jié)構(gòu)，成為一種不可逆的過(guò)程，它能將土壤的親水性永久地轉(zhuǎn)化為疏水性，使土壤易于壓實(shí)，從而使土壤的親水性對(duì)土壤的物理力學(xué)性能進(jìn)行改良，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體板塊。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的水泥、石灰等無(wú)機(jī)結(jié)合料對(duì)土壤進(jìn)行加固的作用，它能隨水分排出并壓實(shí)，其強(qiáng)度可隨水而增加，且具有良好的水穩(wěn)性。

3.1.2 土壤

應(yīng)采用就近取土、先近后遠(yuǎn)的原則。土的有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)小于5%，土的最大粒徑宜不大于15mm，且粒徑大于10mm 土的質(zhì)量應(yīng)小于土總量的5%。除了碎礫石包含細(xì)料、細(xì)沙和泥碳有機(jī)泥土不能作為環(huán)保水劑固化土土壤使用外，大礫石含沙和細(xì)料、礫石狀沙或沙含細(xì)料、含細(xì)泥礫石砂、高塑性礫石、低壓縮性淤泥沙和細(xì)料、高壓縮性淤泥、中低度壓縮性泥土、高壓縮性泥土、高壓縮性淤泥等等均可作為環(huán)保水劑固化土的土壤材料。

3.1.3 建筑舊料再生碎石

建筑舊料經(jīng)挑揀、破碎、分離以后，剔除建筑磚塊、瓦片、木塊、生活垃圾等不可用于道路填筑材料的部分，留下混凝土碎塊、石子、石屑等用作道路基層填筑材料。

3.1.4 水

應(yīng)符合JGJ 63 的規(guī)定。

3.2 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

采用環(huán)保型固化劑的基礎(chǔ)上，改變土的組成，即添加骨料的方式，進(jìn)行試驗(yàn)，取得3 項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)，即壓實(shí)度、彎沉值、7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，從力學(xué)性能指標(biāo)方面去論證其代替水穩(wěn)基層的可行性。

3.3 配合比試驗(yàn)

試驗(yàn)材料選擇現(xiàn)場(chǎng)土源，以及現(xiàn)場(chǎng)擁有的再生碎石。

研究再生碎石粒徑與級(jí)配組成，通過(guò)篩分試驗(yàn)，結(jié)果如表1、圖1。

表1 再生碎石篩分記錄表

圖1 再生碎石級(jí)配

分析可得再生碎石的粒徑級(jí)配為5-16 約占40%，16~31.5 約占45%，其余約15%。

通過(guò)CBR 試驗(yàn)，測(cè)得再生碎石壓碎值28.9%。

采用此再生碎石進(jìn)行，配合比試驗(yàn)，試件組成如表2。

表2 配合比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得碎石土的最優(yōu)含水率為10.9%，最大干密度為2.078g/cm3。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

試驗(yàn)考慮取100m 施工便道，設(shè)計(jì)40cm 建筑舊料（路基）+40cm 固化再生碎石土（基層），40cm 固化再生碎石土分2 層施工，用于取得力學(xué)性能指標(biāo)，試驗(yàn)研究40cm 固化再生碎石土代替機(jī)動(dòng)車(chē)道水穩(wěn)層可行性。

試驗(yàn)準(zhǔn)備條件：

下承層建筑舊料路基要求：彎沉值小于250（0.01mm），或者回彈模量大于45MPa（換算彎沉值約250），同常規(guī)土路基頂彎沉值。（表3）

表3 路基彎沉值實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

3.5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及水泥初凝時(shí)間要求，并結(jié)合本試驗(yàn)段的面積，總結(jié)本試驗(yàn)段施工工藝。

圖2 施工工藝流程圖

3.5.1 預(yù)攤鋪及預(yù)碾壓

將施工用的土石混合料鋪筑在施工段上，鋪筑時(shí)，對(duì)混合料含水率進(jìn)行檢測(cè)，含水率控制在24%以下方可進(jìn)行下一步工作。采用22 噸單輪壓路機(jī)對(duì)混合料進(jìn)行預(yù)碾壓，并采用平地機(jī)對(duì)預(yù)碾壓后的基層進(jìn)行初平，且根據(jù)方案進(jìn)行標(biāo)高的控制（根據(jù)松鋪系數(shù)預(yù)留部分余量）。

3.5.2 環(huán)保固化劑的撒布

固化劑撒布采用撒布車(chē)進(jìn)行，每20cm 層厚控制灑布量25kg/m2。在撒布完成后，并在三個(gè)小時(shí)內(nèi)需完成本施工段的碾壓。

3.5.3 銑刨拌和

銑刨拌和機(jī)械為冷再生機(jī)，該機(jī)械拌和寬度為2.3m，一次拌和壓實(shí)厚度為20~35cm，在施工中，該機(jī)械可根據(jù)方案要求對(duì)銑刨深度進(jìn)行調(diào)節(jié)。以4 米/分鐘的速度行進(jìn)。在銑刨過(guò)程中，做到緩慢、均勻、連續(xù)，在單幅再生施工進(jìn)行到一個(gè)作業(yè)段結(jié)束后，在縱向接縫處的相鄰兩個(gè)作業(yè)面重疊處，以10~30cm 為宜，倒出再生機(jī)和灑水車(chē)進(jìn)行第二幅施工。本試驗(yàn)段在施工過(guò)程中不需要在銑刨中加水，含水率適當(dāng)。[3]

3.5.4 平地機(jī)精平

冷再生混合料銑刨拌和后，在工作面上用平地機(jī)快速初平2 次，凹陷處及時(shí)整修，整修時(shí)先將混合料翻松5cm，再將混合料填平，用平地機(jī)按復(fù)檢標(biāo)高整形，整形時(shí)平地機(jī)由兩側(cè)刮平至路中央，必要時(shí)再返回刮，按規(guī)定的坡度和路拱要求進(jìn)行，然后整形后的再生層沒(méi)有出現(xiàn)明顯的車(chē)輪痕跡，也沒(méi)有出現(xiàn)集料離析的現(xiàn)象。[4]

3.5.5 碾壓

完成精平后，用22 噸振動(dòng)壓路機(jī)的低幅高頻一次穩(wěn)壓，然后高幅低頻進(jìn)行二次碾壓（這樣就可以壓實(shí)再生層下2/3），再用平地機(jī)進(jìn)行一次精平，然后用壓路機(jī)的高幅低頻進(jìn)行三次碾壓，最后再進(jìn)行一次靜壓，就可以得到緊密相連的紋理。直到無(wú)明顯輪跡或凸起現(xiàn)象，完成碾壓，最后進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)和結(jié)構(gòu)層厚度檢測(cè)。

3.5.6 養(yǎng)生

在完成固化土基層的施工后，采用土工布進(jìn)行覆蓋養(yǎng)生，灑水量及頻率以保證其表面濕潤(rùn)即可。根據(jù)環(huán)保型固化劑功能特性，養(yǎng)生時(shí)間一般為1~5 天。

3.5.7 試驗(yàn)檢測(cè)

壓實(shí)度：98.2%＞水穩(wěn)設(shè)計(jì)值98%；7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度R（7d）=3.54MPa＞水穩(wěn)設(shè)計(jì)值3.5MPa；彎沉值（水穩(wěn)設(shè)計(jì)值34.2（0.01mm））。（表4）

表4 基層彎沉值實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

3.6 試驗(yàn)結(jié)論

采用環(huán)保型固化劑的40cm 厚固化土，改變土源組成，即在土中摻40%再生碎石后，在彎沉值、壓實(shí)度和7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度這三個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)方面能夠與水穩(wěn)基層相近，可替代水穩(wěn)基層。

4 實(shí)施效果

固化再生碎石土基層試驗(yàn)段實(shí)施經(jīng)濟(jì)性如表5。

表5 固化再生碎石土基層成本核算

綜上可知，40cm 厚固化再生碎石土基層成本約130元，而等厚度水穩(wěn)基層成本價(jià)約160 元/m2，固化再生碎石土基層能夠節(jié)省成本約18.7%。

環(huán)保型固化再生碎石土基層，從力學(xué)性能方面分析，可替代水泥穩(wěn)定碎石基層作為道路結(jié)構(gòu)持力層，且具有施工速度快、養(yǎng)護(hù)時(shí)間短、節(jié)能環(huán)保、降低工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合上海地區(qū)的絕大部分土質(zhì)。

5 結(jié)語(yǔ)

使用環(huán)保型固化再生碎石土基層的工藝可以讓包括上海在內(nèi)的不產(chǎn)砂石地區(qū)，資源化建筑舊料再生碎石利用，無(wú)需外運(yùn)大量砂石料，能達(dá)到節(jié)省運(yùn)能和破碎石料的能耗的目的，并具有節(jié)能環(huán)保，保護(hù)生態(tài)，降低造價(jià)等多方面的優(yōu)越性；同時(shí)，本文介紹的新型道路結(jié)構(gòu)將改變筑路必須大量采用碎石結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)，進(jìn)而成為筑路材料發(fā)展史上的一個(gè)重大變革，推廣應(yīng)用到上海的道路基層結(jié)構(gòu)施工中，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值，符合上海經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。