論建筑垃圾廢骨料在組合錘法地基處理技術(shù)中的應(yīng)用

胡保根，劉 斌，章學(xué)良

(江西基業(yè)科技有限公司,江西 南昌 330200)

1 前言

建筑垃圾廢骨料主要來源于拆除老舊建筑、破舊建筑材料(使用過的建筑材料)、道路開挖和建筑施工工地。主要包括混凝土、磚、鋼材、木頭、以及玻璃、塑料等等。其中金屬、塑料、木材等較容易回收利用,但需要合適的技術(shù)手段將金屬、木材、塑料等分離出來,建筑廢骨料主要以廢舊混凝土和廢舊磚瓦為主。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國年建筑垃圾產(chǎn)生量超過15億噸,占城市垃圾的比例約40%,數(shù)字格外觸目驚心[1]。未來,這個數(shù)字還將伴隨城鎮(zhèn)化步伐加快和更大規(guī)模的城市建設(shè)而逐年以10%速度遞增。預(yù)計2020年左右,我國建筑垃圾產(chǎn)生量將達(dá)到峰值。

然而,目前絕大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理,便被施工單位運往郊外或鄉(xiāng)村,露天堆放或填埋,耗用大量的征用土地費、垃圾清運費等建設(shè)經(jīng)費,同時,清運和堆放過程中的遺撒和粉塵、灰砂飛揚等問題又造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,社會影響惡劣,盡快且科學(xué)合理處置建筑垃圾,已經(jīng)成為我國城市發(fā)展迫切需要解決的問題[2]。

建筑垃圾廢骨料回收再利用的困境,非常有必要加大建筑垃圾再利用的研究,研發(fā)一些技術(shù)簡單高效利用的方法,在解決建筑垃圾產(chǎn)生的一系列問題的同時也能創(chuàng)造社會和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)目前我國的現(xiàn)狀采用組合錘法施工消化處理大量建筑垃圾,使建筑垃圾變廢為寶,是一種行之有效的方法。用組合錘法夯實地基,由于其影響深度較深,可加強填料與原土之間的結(jié)合,處理深度較大,承載力也可大副提高。

《組合錘法地基處理技術(shù)規(guī)程》JGJ/T290-2012[3]定義：組合錘法對地基土進(jìn)行擠密夯實或置換,形成夯實或置換墩體與墩間土共同組成的,以提高地基承載力和改善地基土工程性質(zhì)的復(fù)合地基。它融合了多種地基處理技術(shù)的加固原理,根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件,選用不同的夯擊能,充分發(fā)揮柱錘、中錘、扁錘使用潛力,對擬建物地基進(jìn)行夯擊成孔,采用建筑垃圾廢骨料、當(dāng)?shù)亓畠r的土石混合料、工業(yè)廢棄骨料等回填夯坑,再次夯擊回填,最后低錘普遍夯實,通過對深層土、中層土、淺層土同時進(jìn)行夯實擠密,達(dá)到加固處理的目的。(附工藝流程圖)

該技術(shù)具有如下特點：1.設(shè)備簡單,施工便捷,適應(yīng)范圍廣,節(jié)省材料,降低投資,工期短等優(yōu)點；2.在不改變起重機(jī)械和錘重的條件下,用組合錘法即可達(dá)到中能級甚至高能級的強夯效果,大大提高了處理后地基土的承載力和有效加固深度；3.組合錘法的置換著底深度可達(dá)15m左右,同時可以因地制宜選擇不同的置換材料,如建筑垃圾(拆除的砼、磚塊廢渣)殘骸等都可以作置換材料使用；4.處理效果直觀、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高；5.可以用于各類不同性質(zhì)的軟土土層的加固處理,地質(zhì)條件適用性廣,可用于一般多層工業(yè)和民用建筑的地基處理、基坑支護(hù)與邊坡支護(hù)、公路鐵路軟土地基處理及水利堤壩的防滲加固等；6.地基處理不需用或少用水泥、鋼材等人造材料,符合國家節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保的要求。

2 組合錘法的環(huán)保作用

在地基處理中應(yīng)用建筑垃圾硬骨料、原土、或者無毒無害工業(yè)廢渣等材料,通過組合錘(柱錘、中錘、扁錘)法施工,形成的以建筑垃圾為主的墩(樁)體復(fù)合地基。不用水泥、鋼材等人工制成材料,基本上屬于原生態(tài)的處理方法,為提高巖土資源利用,消化建筑垃圾骨料提供了良好的應(yīng)用途徑,對減少固體廢料排放,保護(hù)土地資源和生態(tài)環(huán)境起到了積極的作用。尤其適合于新區(qū)開發(fā),圍海造地等場合,其置換、擠密等加固效果與原生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)合自然和諧。同時,通過建筑垃圾的綜合利用,可以將建筑垃圾中的廢渣就地處理和使用掉。如此一來,不僅大大減輕了外運負(fù)擔(dān)及清運和堆放過程中的遺撒和粉塵的環(huán)境污染,還獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 組合錘法的節(jié)能作用

根據(jù)我公司的大量工程實踐及分析、統(tǒng)計結(jié)果來看,本工法節(jié)能的功效主要是通過以下途徑達(dá)到：通過改進(jìn)后的組合柱錘對地基深層、中層及淺層土體的夯擊處理,有效加固深度加大,使上部地基承載力提高,即利用上部巖土層作為基礎(chǔ)持力層,不必要采用深層巖土層作為基礎(chǔ)持力層,從而無須采用深基礎(chǔ)(樁基等),以達(dá)到不需用或少用水泥、鋼材等人工制造材料。人工制造材料的生產(chǎn)過程中能耗量較大,節(jié)約人造材料,就是節(jié)約資源、減少能耗。

《建材工業(yè)節(jié)能降耗發(fā)展綱要》[4]中顯示：2003年我國水泥制造業(yè)能源消耗占建材工業(yè)總能耗的比重達(dá)77%。2005年水泥綜合能耗節(jié)能目標(biāo)為每噸159kg標(biāo)準(zhǔn)煤；中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會日前公布的數(shù)據(jù)顯示,納入鋼協(xié)統(tǒng)計的76戶大中型鋼鐵企業(yè),上半年噸鋼綜合能耗為658.56千克標(biāo)煤/噸,噸鋼可比能耗633.01千克標(biāo)煤/噸,噸鋼電耗452.8千瓦時/噸,噸鋼耗用新水6.74噸/噸。由此可知,對于我們經(jīng)常遇到的大量商品住宅來講,節(jié)約水泥,節(jié)約鋼材,對節(jié)約資源和能源意義重大。

組合錘法不僅適用于商品住宅工程,同樣適合于大量的多層工業(yè)與民用建筑工程房屋建筑工程的地基處理,以及廣泛意義上的交通、水利等土木工程中的地基處理。這些工程中,目前應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力管樁,雖然鋼材和水泥用量相對節(jié)約,可是其制作過程中耗能較大；普通預(yù)制樁水泥鋼材耗用量也比較大；水泥攪拌樁雖然不用鋼材,耗用水泥量也不少；鉆孔、旋挖等各種灌注樁均需耗用大量水泥和鋼材；水泥、鋼材等人工材料除了制造過程中消耗大量能源外,運輸過程同樣需用大量能源、資源。

4 組合錘法處理地基的循環(huán)應(yīng)用

“有多少資源可以重來”？隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,各城市正向其周邊快速擴(kuò)張,但是作為城市建設(shè)可利用的建設(shè)用地則極為有限,這必然會有那么一天,我們周邊已無可利用的建設(shè)場地。而按照建設(shè)法規(guī)規(guī)定,城市中心區(qū)域以50年使用期限設(shè)計的眾多建筑已經(jīng)到了或過了其服役年限,這時就會遇到拆遷重建的問題,也就面臨著現(xiàn)有地基的循環(huán)應(yīng)用問題。

縱觀我們身邊現(xiàn)有的建筑,多層和高層建筑多數(shù)采用的是鋼筋混凝土樁基礎(chǔ),在50-70年使用年限到期后,混凝土樁基并沒有因為年限到期而變質(zhì)成普通巖土,而是仍基本保持為一個個的鋼筋混凝土樁分布在巖土中,在擬建新建筑基礎(chǔ)施工時,原有樁基礎(chǔ)利用吧？安全可靠性和經(jīng)濟(jì)適用性是個難題!清除吧？是挖除還是破碎呢？無論采用哪一種措施,其結(jié)果都將是如同現(xiàn)在環(huán)境保護(hù)中的“先污染后治理”的意味,十分尷尬!

我們國家早年建筑由于使用期限到期或是現(xiàn)代城市發(fā)展和重新規(guī)劃的需要,很多建構(gòu)筑物已面臨或正在進(jìn)行拆除(重建)。而且也已經(jīng)遇到了上述問題,如上海、北京等大城市地鐵穿越區(qū)經(jīng)常碰到隧道穿越建筑物底部樁林區(qū)域,為此而不得不花費大量物力、財力和時間去進(jìn)行處理,一般現(xiàn)有的處理方法多是截樁托換。

組合錘法系采用原土或回填土、砂礫土、建筑垃圾等材料在原場地夯擊成一個個墩基,其上部建筑一般采用獨立柱基或條形基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)形式,在上部建筑使用年限到期后,該場地重建時,則不會發(fā)生前述樁基礎(chǔ)的尷尬難題,從城市土地資源價值的開發(fā)與保護(hù)角度以及地下空間的開發(fā)利用來講,使用組合錘法具有重大的現(xiàn)實價值和長遠(yuǎn)的歷史意義。

5 工程案例的應(yīng)用效果

典型案例一： 江西省化纖廠紡紗車間工程位于南昌市佘山路,建筑物為單層磚混結(jié)構(gòu)車間,處理面積約為6682。全場地分布于水塘中,回填料均為約4～4.5米厚的建筑垃圾,主要成分為新近回填的碎混凝土塊、磚塊等,松散,濕～飽和,地下水與相鄰近的水塘具有密切聯(lián)系。該場地原土層為淤泥質(zhì)土,承載力50kPa,采用組合錘法進(jìn)行處理,處理后經(jīng)檢測復(fù)合地基承載力特征值達(dá)150kPa。按照以上回填的建筑垃圾平均層厚4.25米進(jìn)行計算,該場地消化利用建筑垃圾多達(dá)28399m3。

典型案例二：南昌某六層商住樓,建筑面積6615,該商住樓原地貌為魚塘、農(nóng)田及回填的含砂雜填土承載力80kPa,原承載力原基礎(chǔ)形式按(沉管)鋼筋砼灌注樁與組合錘法處理地基進(jìn)行比較,樁基承臺、梁混凝土方量和按組合錘法處理后的柱基、條基所用方量基本相同。而樁基部分所用混凝土達(dá)784 m3,此混凝土量耗用水泥274.4噸、鋼材12.5噸。按前述的能耗指標(biāo)和目標(biāo)值計算,采用組合錘法處理后經(jīng)檢測復(fù)合地基承載力特征值達(dá)150kPa,節(jié)約水泥所節(jié)約的能源相當(dāng)于43.6噸標(biāo)準(zhǔn)煤,節(jié)約鋼材所節(jié)約的能源相當(dāng)于8.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

近些年來,組合錘法在我公司及社會各界的支持下,得到大力推廣和應(yīng)用,經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和節(jié)能效果十分顯著,平均節(jié)約為27%。下面是本公司近期完成的幾個代表性項目應(yīng)用效果對比表：

序號工程名稱建筑面積(m2)原設(shè)計基礎(chǔ)型式采用組合錘強夯(置換)法處理節(jié)約水泥(t)節(jié)約鋼材(t)節(jié)約地基基礎(chǔ)造價(萬元)節(jié)約比例(%)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤(t)1(中航洪都航空)A01號大部件裝配廠房地基處理50000水泥攪拌樁5420/11530%861.782南昌市康城陽光家園一、二期220000人工挖孔樁18590210087840%4338.783九牧智能廚衛(wèi)(武漢)有限公司東西湖區(qū)工業(yè)園地基處理60000人工挖孔樁13531656320%323.794南昌平海居住主題公園、香榭麗舍、荷塘月色、玫瑰華庭300000普通夯擴(kuò)樁10800142036015%2652.36

序號工程名稱建筑面積(m2)原設(shè)計基礎(chǔ)型式采用組合錘強夯(置換)法處理節(jié)約水泥(t)節(jié)約鋼材(t)節(jié)約地基基礎(chǔ)造價(萬元)節(jié)約比例(%)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤(t)5江西平海九里象湖城象湖里、康健里、靜安里、翰領(lǐng)里120000普通夯擴(kuò)樁438057014617%1071.79合計7800004054342551562加權(quán)平均節(jié)約27%9248.50

6 結(jié)束語

組合錘法地基處理技術(shù)在建筑垃圾廢骨料利用、節(jié)能環(huán)保方面技術(shù)先進(jìn),作用顯著,符合國家倡導(dǎo)建筑節(jié)能、推廣綠色建筑的方向。該法作為先進(jìn)施工技術(shù)的推廣應(yīng)用得到了省、市建設(shè)主管部門的大力支持,但作為先進(jìn)建筑垃圾廢骨料利用、節(jié)能環(huán)保技術(shù)的推廣應(yīng)用,未能得到相關(guān)部門足夠的重視。為此,我們在繼續(xù)改進(jìn)、完善和創(chuàng)新該工法的同時,將開展科學(xué)、信息化施工,強化環(huán)保、節(jié)能效果,爭取在建筑垃圾廢骨料利用、節(jié)能環(huán)保方面取得更大的進(jìn)步。同時,更希望有關(guān)部門給予關(guān)注和支持,讓該項技術(shù)為國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建筑垃圾廢骨料利用、節(jié)能環(huán)保及城市土地資源的開發(fā)利用和可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

[1] 伍銳,黃長松.建筑垃圾資源化利用產(chǎn)業(yè)鏈分析[J],四川建材,2016,42(2):125-127.

[2] 《建筑垃圾處理技術(shù)規(guī)范》CJJ134-2009.

[3] 《組合錘法地基處理技術(shù)規(guī)程》JGJ/T290-2012.

[4] 《建材工業(yè)節(jié)能降耗發(fā)展綱要》2016年08月26日,中國建筑材料聯(lián)合會.