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        建筑再生舊料路基填筑施工技術(shù)探討

        2021-10-08 03:46:10張國平上海市市政工程管理咨詢有限公司上海200090
        建設(shè)監(jiān)理 2021年6期
        關(guān)鍵詞:建筑施工

        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 15%。在國家一直加強環(huán)境保護的大背景下,建筑垃圾的處置成了關(guān)注的焦點。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)濟效益。

        G228 公路上海金山段新建工程項目,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),從而實現(xiàn)了我國建筑垃圾資源化利用的進一步發(fā)展。

        1 工程概況

        G228 公路上海金山段新建工程Ⅰ標起點樁號 K13+800,終點樁號 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,填筑時進行破碎施工;最大粒徑不超過10cm,且具有良好的級配。

        驗收指標: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)。用壓路機碾壓后的輪跡差作為輔助檢查指標:要求壓路機噸位在 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

        2.1 各試驗指標的變化對壓實度的影響

        通過建筑再生舊料路基填筑壓實過程中的含水率、碾壓次數(shù)和回彈模量的變化研究其對壓實度的影響。本次試驗采用建筑舊料,由建筑舊料加工廠機械生產(chǎn),通過隨機的方式由人工在幾個點分別取樣,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,而后進行標準擊實試驗,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)進行分離,經(jīng)烘干后稱重并計算其質(zhì)量分數(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 標準擊實試驗

        通過對各種不同含水量的建筑再生舊料進行標準擊實試驗,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標準擊實方法。通過建筑再生舊料擊實曲線,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

        承載比(California Bearing Ratio,CBR)試驗作為基填料時的強度指標,也需要在建筑再生舊料填料的試驗上進行試驗以取得參數(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指標中的強度要求(大于 JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(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程度隨碾壓遍數(shù)的增加而增大,但在碾壓遍數(shù)達到某點后,壓實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)下的壓實度基本是一致的。在 5 次碾壓次數(shù)以內(nèi),各層壓實度的變化趨勢比較明顯;但在第 6 次以后,增長幅度有限。這表明在一定壓實功的作用下,在碾壓次數(shù)大于 6 次以后,壓實功對填料的壓實效果已不明顯。在施工過程中,在碾壓遍數(shù)達到 6 次以后,隨著碾壓次數(shù)的增加,可對壓路機的輪跡差進行多次測量,當輪跡差趨于平穩(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,其壓實度均不滿足要求。從試驗結(jié)果可知,當含水量在 12.3 %~13.5% 之間時,路基的壓實度在 94%~96% 范圍內(nèi)變化。原因在于,當含水率比較低時,材料顆粒之間的摩阻力比較大,導(dǎo)致壓實度不足;而當含水率比較高時,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目實施過程中,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)指標的混凝土碎塊和磚塊,可以直接進入施工流程,包括破碎篩分、布料攤鋪、碾壓成型和養(yǎng)護檢測。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;機器篩分法主要是采用篩分機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)用的科學實施,先后在 K16+950~K17+020和 K17+020~K17+070 兩段試驗段進行了樣板施工。

        在試驗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,在進行第2次試驗段施工過程中,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,第二次試驗段的彎沉值基本達到設(shè)計圖紙中土基頂面 292.5(0.01 mm)的要求。

        3 推廣應(yīng)用情況

        再生填料試驗段位于 K16+950~K17+070。進行試驗段施工的目的是獲得為滿足設(shè)計驗收指標而需要確定的壓實功(壓路機噸位)、振動與靜壓的組合方式、壓路機碾壓的行駛速度及遍數(shù)、填料撒布的厚度、壓實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 第一試驗段情況

        總體施工步驟如下:土基整平及排水;在試驗段施工過程中,碰到降水持續(xù) 1 h,項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,壓實度達到 90% 后開始上料碾壓;碾壓完成后,經(jīng)過一段時間的養(yǎng)護,進行彎沉、固體體積率和回彈模量等試驗。

        分層及碾壓施工工藝如下:在 K16+950~K16+980試驗段填筑厚度為 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。

        第一次試驗段完成后,對已完成路基進行彎沉、固體體積率和回彈模量等試驗。以道路前進方向分左右幅,離中央分隔帶由近及遠依次編號為 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 第二段試驗段情況

        第一段試驗段的彎沉值和回彈模量數(shù)據(jù)相較于設(shè)計圖紙中的土基頂面數(shù)據(jù)不是很理想,土基頂面驗收彎沉值為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 再次進行試驗段施工。

        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 1~2 遍改為靜壓 2 遍、振動碾壓 4~5 遍,同時在壓路機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大于設(shè)計值292.5(0.01 mm),基本達到設(shè)計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標建筑舊料再生路基填料現(xiàn)場試驗研究,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度要求。

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

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

        (4)壓實度與建筑舊料路基回彈模量相關(guān)性明顯。填料壓實度越大,路基回彈模量越高。實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)。

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