建筑垃圾粉末摻量對(duì)盾構(gòu)棄渣的失水特性試驗(yàn)研究

林 哲 勇兆瑞 崔春凱 李文昊 楊金勇 劉應(yīng)然 羅 曄

鄭州工程技術(shù)學(xué)院（450044）

城市地鐵建設(shè)常用的施工方法是盾構(gòu)施工。盾構(gòu)施工是對(duì)地面交通影響最小的一種施工方法。在地鐵區(qū)間施工過(guò)程中，地面依然可以開(kāi)放交通，這給大城市本來(lái)就擁堵的地面交通減少了不少壓力。然而大量的城市地鐵項(xiàng)目建設(shè)，必然會(huì)帶來(lái)掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的巨量的盾構(gòu)棄渣，這些渣土將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境和安全問(wèn)題。2015年，深圳市就發(fā)生了一起渣土場(chǎng)滑坡事故，造成73人死亡，多棟房屋被毀，直接經(jīng)濟(jì)損失約8.8億元[1]。為了使渣土的塑性流動(dòng)效果好，施工過(guò)程中會(huì)添加一些改良劑[2]，但這樣的渣土到達(dá)棄渣場(chǎng)后，在同樣條件下會(huì)發(fā)生水土流失，甚至滑坡的可能性要比一般渣土大。

按洞徑6 m，松散系數(shù)取1.5保守估計(jì)，盾構(gòu)棄渣的產(chǎn)量大約為4.5萬(wàn)m3/km[3]，含水率一般在20%以上[5]。目前工程研究人員對(duì)渣土回收利用做了大量的工作，如制作水泥混合材料、新型墻材、采空區(qū)回填等[4-8]，但是要對(duì)渣土進(jìn)行回收利用，第一步是如何降低棄渣的含水率。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所用渣土來(lái)自雙鶴湖南站地鐵盾構(gòu)區(qū)間。區(qū)間全長(zhǎng)1 026.84 m，隧洞呈圓形，洞徑為6.2 m，結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高86.48～96.2 m，埋深17.4～24.8 m。所取渣土主要為粉質(zhì)黏土，紅褐-黃褐色，一般呈硬塑-堅(jiān)硬狀，黏粒含量較高，平均含水率在23%左右，平均孔隙比0.7左右，失水性較差。因此選用建筑垃圾粉碎之后的砂粉對(duì)其進(jìn)行拌和，增加其失水性。利用光電式液塑限聯(lián)合測(cè)試儀對(duì)所取渣土的液塑限進(jìn)行測(cè)試。液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)試渣土液塑限中錐尖下沉深度與含水率之間的關(guān)系如圖1所示，盾構(gòu)棄渣液塑限測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 液塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)試渣土液塑限中錐尖下沉深度與含水率之間的關(guān)系

表1 盾構(gòu)棄渣液塑限測(cè)定數(shù)據(jù)

在所取的盾構(gòu)棄渣原狀樣中慘入不同的砂粉測(cè)定其失水量隨時(shí)間變化的規(guī)律，考慮到溫度、濕度的影響用量筒盛入一定量的水，作為空白對(duì)照。試驗(yàn)過(guò)程如圖2所示，失水量空白對(duì)照見(jiàn)表2。

表中括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為10 mm圓錐入土深度對(duì)應(yīng)的液限含水率及其計(jì)算的塑性指數(shù)。

圖2 試驗(yàn)過(guò)程圖

表2 失水量空白對(duì)照表

5月24日，由于降雨，環(huán)境溫度、濕度發(fā)生異常變化，試驗(yàn)停止，同時(shí)含水率變化也基本趨于穩(wěn)定，此時(shí)，盾構(gòu)棄渣的失水特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3見(jiàn)后兩頁(yè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)上述試驗(yàn)，將上述含水率變化小于0.5 g土樣認(rèn)為是干土，測(cè)其含水率與含砂率之間關(guān)系如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著含砂率的增加土樣含水率呈降低趨勢(shì)，但砂粉摻量為30%～40%時(shí)變化較小，含砂率10%的土樣含水率小于液限含水率（15.5%）。由此可見(jiàn)，盾構(gòu)棄渣雖然保水性較好，但可適當(dāng)添加一定含量的吸水性好的非黏性粉末狀顆粒物質(zhì)，便可有效降低含水率至液限以下。

圖3 含水率與含砂率之間關(guān)系

為研究失水量隨時(shí)間的變化規(guī)律，定義失水量與初始土樣質(zhì)量的比值為同比失水率，失水量與前一天土樣的比值為環(huán)比失水率。砂粉摻量從0～50%的失水率與時(shí)間的關(guān)系如圖4、圖5所示。

圖4 同比失水率與時(shí)間的關(guān)系

圖5 環(huán)比失水率與時(shí)間的關(guān)系

由圖4、圖5可以看出，隨著時(shí)間的變化失水速率迅速減小，并趨于穩(wěn)定。含砂率在30%時(shí)失水速率最快，失水效果最好。由此可見(jiàn)，對(duì)應(yīng)該種砂粉快速脫水盾構(gòu)棄渣最佳摻量為30%。

3 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)棄渣的渣土中添加了一定量的外加劑，使得渣土具有一定的保水特性，同時(shí)該地區(qū)的粉質(zhì)黏土黏粒含量較高，其渣土保水性較好，有利于盾構(gòu)施工，但會(huì)對(duì)渣土外運(yùn)及綠色處理產(chǎn)生不利影響。

表3 盾構(gòu)棄渣的失水特性試驗(yàn)

通過(guò)添加建筑垃圾砂粉，可以有效快速地降低盾構(gòu)棄渣的含水率，在28℃～30℃，濕度10%左右氣候條件下，2 d內(nèi)渣土的失水效率最高，而且砂粉摻量在30%時(shí)效果最佳。