建筑垃圾再生混合料在路基項目中的應用探討

譚孝源

摘要：面對城市化的持續性推進，如今城市道路在社會中所發揮的價值與作用變得越來越突出。路基施工意義非凡、十分關鍵。本文以路基工作區作為討論對象，利用一些簡單的數據模擬輔助驗證。圍繞路基工作區結合城市道路項目實際條件，分析建筑垃圾再生混合料在路基施工過程中的使用具體思路，在改良配方的前提基礎下通過現場試驗、室內試驗方式討論路基施工數據和工程項目的關系，希望能夠為路基作業提供合理性參照。

Abstract： With the continuous advancement of urbanization， the value and role of urban roads in society has become more and more prominent. Subgrade construction is of great significance and is very important. This paper takes the subgrade work area as the discussion object and uses some simple data simulation to assist the verification. Based on the actual conditions of the roadbed work area and combined with the urban road project， the paper analyzes the concrete ideas of the construction waste reclaimed mixture in the roadbed construction process， and discusses the relationship between the subgrade construction data and the engineering project through field test and indoor test on the premise of improving the formula. I hope to provide a reasonable reference for roadbed operations.

關鍵詞：城市道路;建筑垃圾;路基作業;車輛荷載

Key words： urban road;construction waste;subgrade operation;vehicle load

中圖分類號：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0277-03

0? 引言

在城市化推進中，交通系統的作用是非常關鍵的。城市道路為人們提供了出行環境、出行條件，同時也為加快經濟互動提供了前提保障。作為一種帶狀立體結構，城市道路有著很大的占地寬度，施工中往往會用到非常多的砂石與土方材料。路基作為城市道路當中最重要的一部分，路基施工需要處理好細節問題，體現與發揮現代化節能環保施工工藝價值。城市道路是連接各個城市內部各個組團的重要紐帶，道路的施工會對周圍造成環境層面的影響。很多施工現場不具備土方挖掘的條件，為了施工就需要考慮各種填筑資源，如其中的路基填料。在近些年，國內各地城市發展迅速，許多建筑物都在重建和拆遷，產生了大量的建筑垃圾，這些垃圾大多采用直接填埋或是露天存放，浪費土地資源的同時也引起了比較嚴重的大氣環境污染。所以這里建議直接使用建筑垃圾作為路基填料，再生利用建筑廢棄物，減少資源浪費最大化施工效益。

1? 路基工作區

在城市道路路基施工中所用的材料主材為石料與土。判斷路基承載力、荷載的過程中主要考慮的是交通荷載中路基受到的三維受力情況與影響。豎向應力在路基中主要包括車輛的輪載附加應力，這種力會導致路基出現豎向的變形情況。路基的應力變化條件如圖1所示，其中σ指的是路基自身的重力，而σ2表示的是受到的附加豎向應力。

在路面深度增加的過程中，路基的自重應力會不斷擴大。此時豎向附加應力有不斷縮小。也就是說在某深度范圍條件下，該交通荷載豎向附加應力有著很大的自重力比值。路基豎向變形會受到很大的影響[2]。從相關文獻報告中得知需要用路基工作區概念展開交通荷載帶給路基深度影響的分析。

這里所說的路基工作區實際上指的就是在特定范圍條件下，此時的交通荷載帶來的豎向應力和路基自重之間的比重關系。確定路基工作區的過程中首先要考慮的就是明確計算自重應力與豎向附加應力的關系[3]。根據這些條件的數據比值判斷工作區深度、工作區范圍。

1.1 應力計算

在考慮有交通荷載的條件下，計算其應力屬性時，可以先假設車輪的荷載是圓形的垂直荷載。此時路基有著彈性均質半空間屬性。

1.2 深度計算

參照路基應力計算給出的條件可以確定的是σ與σ2的比為 ，這里的Za就是在該路基工作區中體現的深度條件。而P表示的是垂直荷載，K是系數，在判斷中選擇應用3/2π的方式。

在計算以上這比值過程中，1/n實際上非常小，一般來說該數值在1/10至1/5區間。這里所表示的是路基中交通荷載應力和路基自重比值關系能夠忽略交通荷載帶來的影響，滿足了深度要求。參照前面公式得出這樣的條件 。根據對這個公式的分析與討論我們所能夠了解和獲知的是交通荷載和工作區深度、路基剛度關系密切[4]。設計道路結構過程中，必須要充分保證路基工作區剛度與強度、穩定性，這樣才能夠控制整個道路工程自身的屬性與質量。

2? 結構性能研究

2.1 參數模型

為了充分判斷與分析填方路基使用中的路基受力情況、問題和條件，使用MIDASGTS專業分析軟件，在軟件平臺模擬操作路基在受理過程中的靜力狀態情況。此時路基擁有了可以無限延伸的能力，在延伸中路基的斷面保持相同，這樣就可以采用二維平面模擬路基相關受力條件和環境變化情況。隨后對道路的結構做深度劃分，設置高度與寬度對應的模型。在實踐中應用C20混凝土材料，這種材料主要用在對道路工程防水層的模擬。路基的構成部分則使用了莫爾庫材料，在單元模擬中解決問題。最后利用點荷載手段模擬道路運行中車輛的荷載情況。表1是結構物的力學參數表。

2.2 邊界條件

路基的邊界條件為：頂面為自由表面，兩邊為橫向約束，底面為固定約束，在實踐中還需要將模型的左面、右面、下面三個區域作為參照點，使用法向約束。此外上部要進行自由約束。另外使用和二維模型保持垂直的平面，用轉動約束與法向約束，這么做能夠規避模擬面在運行中發生轉動效果[6]。在這里需要先做假定計算，先將路基的每一個層看作是有著均勻性、連續性的彈性體，此時沒有滑移現象。初始應力除了要考慮路基自重以外，還要考慮測向靜止土壓力[5]。在多次嘗試、多次實踐加工操作以后發現測向靜止土壓力并沒有對材料造成過多的彈塑性參數干擾和影響。

2.3 結果分析

車輛荷載過程中路基發生的豎向位移情況詳見圖2。

從圖給出的數據可以看到，在路面荷載作用下，此時的路基發生了很明顯的變化，其中最大的部分就是靠近地面的部分，發生了非常明顯的變形現象，有的甚至達到了5.9毫米。并且其沉降還以放射狀條件四散分布。

在車輛荷載作用下，此時的路基就會發生不穩定性位移。隨后深入分析得到的是，路面荷載作用會讓路基呈現出受力變化現象，這里所指的變形實際上就是路基此時受到了很大的應力變形。假設路基和路面保持很近的距離，那么這個時候就會出現變形程度更加嚴重化。必須說明的是，實踐中雖然有多個地區都有明顯沉降變形，但是最明顯的還是路面5米以下，如果深度超過5米，到了5至7米區間時，那么沉降量問題就能夠得到有效控制。如果深度超過了7米。那么此時的沉降量就能夠被控制在1毫米范圍當中。從中得知的是路基沉降位移的主要發生點為路面與路基上部。

在車輛荷載作用下路基發生了豎向應力變化，如圖3所示。

在深度增加的過程中應力會逐漸變小。通過調查最深地區的應力有1.12MPa。在最后的分析中獲知，該區域車輪荷載受到的垂直力在它的下方1至2米左右。在深度超過3米的時候，其應力值有不斷減小。這也充分證明了路基在較深處所承受的附加應力帶來的荷載振動會很小，而在路基淺層部位就相對來講荷載振動大很多。這些規律性衰減現象可能是因為路基的整體部分對應力帶來的荷載振動具有吸收消化功能，對往下傳播的應力傳遞起到一個衰減作用。

3? 改良路基填料配方的做法

在我國城鎮化建設發展過程中，城市道路成為了一項非常重要的任務。有城市發展的地方就有城市道路的建設，當然不同地區的自然條件和水土條件不同，引發了各種各樣的施工結果。有些地區含水量很大，所以在路基碾壓后發生了彈簧效應問題。對此，施工過程中可以采用很多種施工方案，比如土工格柵、拋石擠淤等等。但在選擇這些方案時需要考慮一些敏感因素，如地質水文、地基深度、社會經濟效益等因素。以前傳統施工中所用的土工格柵與拋石擠淤實際上是不環保、不節能的。為此就需要應用新型的解決辦法，那就是建筑垃圾。如某城市道路項目在施工前拆除了原地址大量建筑物，留下大量廢棄建筑垃圾。清除與搬運這些建筑垃圾會投入大量人力、物力資源。搬運中很有可能會導致清運環節出現大量揚塵、灰塵引起環境污染問題發生。這勢必會影響到工程整體進度，對工程造成巨大的負面影響。這就需要利用建筑垃圾再生混合料作為就近城市道路的路基施工，這樣以來，不僅把建筑垃圾就地消化了，還節約成本，同時還能體現環保的價值。正因為有這樣非常好的正面效果，故在近些年我國項目工程中都得了廣泛應用。

3.1 建筑垃圾改良

從當前我國的大環境來看，最常見的建筑垃圾就是各種磚渣土，由于這些磚渣土材料有著較大的壓縮性與滲透性，如果將這些磚渣土直接用于路基當中肯定會對質量造成一定負面影響。在使用這些磚渣土材料的過程中要充分考慮避免其壓縮性與滲透性的擴大化，要從根本上提高路基填方整體穩定性。為了減少這一負面影響，就需要處理好材料配合比的關系。我們采用石灰土和粉煤灰作為改良附加材料，具體實踐結果與配合比關系如表2所示。

在實踐中將控制路基填料含水量作為首要任務，要確保填料含水量始終處于最佳穩定狀態。通過實踐得到證明，當改良材料在4%至8%的時候有著較好的穩定性。通過對配合比做合理、充分改良，保障壓實度始終穩定在0.96。結束實踐以后，用為期4d的澆水措施對其進行養護，隨后做性能試驗，結果與條件如下。

3.2 室內試驗

首先是壓縮試驗，也就是展開對各種配合比條件下的路基填料性能數據的分析工作，重點是壓縮系數。在粉煤灰與石灰的添加量達到3%的時候可以看到，這時候路基填料壓縮系數最小。從中可以判斷的填料的壓縮性最小時的穩定性最好、最不容易受應力影響變形。

其次是滲透試驗。我們從建筑垃圾磚渣土路基填料中去部分樣品，用附加材料石灰土和粉煤灰作為配料，附加材料為細粒土狀態。在操作中使用變水頭滲透操作，用這種做法能夠有效掌握填料滲透的系數。從試驗數據、實驗結果看到的是粉煤灰與石灰如果達到了3%的添加量時，那么這時候的填料平均滲透系數就達到最小數值。該系數為1.07074*10-6。從該數據我們所能夠得知的是，該組有著理想的滲透改良效果。

最后是CBR試驗。通過對前面各種數據分析的結果，使用其中的一個數據組做CBR試驗，在實驗中取得CBR值。該值將會作為驗證實驗與工程規范是否相統一的條件。這里的CBR具體值用到的是CBR=P1/P2*100%。在這一公式中可以看到，如果貫入量為2.5mm，那么它所對應的荷載壓強就會到達763.9kPa，使用前面所說到的公式能夠獲知路基填料上路床CBR為10.91。根據道路工程相關規范路基路床CBR≥8%的要求，確定該組數據滿足需要。

基于以上條件與數據選擇其中一段城市道路進行具體實驗。最后得到的結果是按照以上配合比混合參配生產得到的填料并沒有對路基造成負面影響，沒有出現嚴重沉降變形現象。通過這種混合料參配保證的路基的整體穩定性，也保證了良好的車輛通行條件，同時路基的排水效果也起到改善效果。

從全文的數據測試結果可以看到的是路基、交通荷載、工作區深度之間相互關聯是非常密切的，三者對于路基最后的穩定性影響非常突出。在路基工作區中，車輛荷載帶給路基結構的影響最為突出。設計路基結構時一定要充分考慮路基工作的剛度、強度與穩定性。

此外根據本文所敘述的結果可以看到的是，路基工作區建筑垃圾再生混合料以及道路工程相關規范報表對于路基路床的CBR值有著明確性能要求。為了讓這些建筑垃圾填料可以在使用中發揮實際作用，需要使用二灰改良混合料。如添加3%的粉煤灰、石灰，用這種附加材料來保障路基工作區的剛度、強度與穩定性，以確保車輛通行平穩，為人們創造更穩定的道路環境。

4? 使用建筑垃圾再生混合料注意事項

建筑垃圾在使用過程中雖然有很大的優勢所在，但在實際施工中還有幾點值得我們注意的。

4.1 提前展開土壤適配性條件與材料化學屬性分析

因為很多建筑垃圾在使用與常年累計作用中存在高濃度化學成分，這些化學成分包含很多有害物質。如果直接拿來使用很有可能會污染水源、土地資源。所以在使用建筑垃圾過程中需要提前做好土壤適配性以及建筑材料化學數據判斷工作。

4.2 搭配使用各種材料

通過對建筑垃圾的化學屬性進行科學分析后，對不符合回填的建筑垃圾要采用合適的途徑改變材料性能、屬性。通過和其他材料的搭配使用，以消除建筑垃圾原本的不利化學成分，減少對環境的污染。

4.3 提前進行再生材料的篩選與分類

使用不同材料時候一定要嚴格按照其材料特征進行作業。比如混凝土、石塊、廢土等資源的混合使用時，需要認真的考慮這些資源條件的特征，采用不同的作業方式。所以，在使用前一定要慎重篩選與分類材料，同時做好材料清洗工作，減少垃圾雜質污染。

5? 結語

從國家大數據網中我們可以看出，當前我國有著數量非常龐大的建筑垃圾資源，這些建筑垃圾資源的隨意堆放勢必會對我國土地資源造成很大的負面影響，并且會危害當地環境。為了減少對環境造成的負面影響，可以充分使用建筑垃圾資源作為路基施工填料。通過合理的篩選與分類，搭配穩定性良好的配方附加材料，制成既穩定又安全的高質量建筑垃圾再生混合料。在保障與滿足工程要求的前提下，把建筑垃圾變廢為寶，為人們的生活創造福祉。

參考文獻：

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