紅砂巖土與建筑渣土混合料路用性能研究

覃 鴻 孫廣平 柳橋波

（1.江西理工大學(xué)江西省環(huán)境巖土與工程災(zāi)害控制重點實驗室，江西 贛州 341100；2.江西理工大學(xué)土木與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

1 引言

與大量建筑垃圾的隨意堆積填埋的情況相反，在道路工程建設(shè)中，路基回填材料的供應(yīng)往往供不應(yīng)求。公路路基回填材料因公路等級不同，對材料的要求也有所不同。公路等級越高，回填材料的質(zhì)量要求越高，消耗量也會隨之增加。根據(jù)因地制宜的原則，路基回填材料的選擇通常會根據(jù)不同的地理環(huán)境變化。若能在路基回填材料中大量使用建筑垃圾，不僅能減少工程中建筑垃圾的產(chǎn)出，還能節(jié)省建筑垃圾的處置費用，路基回填材料供不應(yīng)求的問題也將迎刃而解。

紅砂巖風(fēng)化土是由人工或自然風(fēng)化、崩解后的產(chǎn)物，不同地區(qū)的紅砂巖力學(xué)性能差異性很大，會因為當(dāng)?shù)丶t砂巖土膠結(jié)物質(zhì)和風(fēng)化程度的差異而呈現(xiàn)出不同的強度和物理力學(xué)性質(zhì)。紅砂巖經(jīng)常在挖掘或爆破出來后受到大氣環(huán)境的作用而發(fā)生崩解破碎，并容易發(fā)生泥化。環(huán)境突變對紅砂巖的崩解作用有著很大的影響，尤其是在紅砂巖烘干后，含水率的突變對崩解作用的影響尤為明顯，因此，紅砂巖分布區(qū)的工程容易發(fā)生事故。甘文寧等人通過室內(nèi)實驗指出：紅砂巖土即使未經(jīng)過預(yù)崩解處理，在滿足一定的含水率、壓實度等控制指標(biāo)的情況下，可以直接用作高等級公路的路基填料，并能滿足路用性能指標(biāo)。

路基是一種承受路面、車輛行人和本身荷載的線型結(jié)構(gòu)工程物，路基工程本身具有材料復(fù)雜、受環(huán)境影響大、同時受靜、動荷載作用以及穩(wěn)定性不易維持的特點。路基的路用性能強度主要由加州承載比（CBR）來表征，結(jié)合上述問題，本文將對建筑渣土和紅砂巖土以不同配比混合擊實后，對混合料作為路基回填材料的性能進行研究。

2 試驗概況

2.1 試驗材料準(zhǔn)備

以江西贛州某道路工程地區(qū)進行取材，獲得當(dāng)?shù)氐慕ㄖ梁图t砂巖風(fēng)化土。其中建筑渣土大多來源于拆遷的廢舊民房，現(xiàn)場建筑渣土主要組成成分為廢磚、廢棄混凝土與碎石，以及少量玻璃、鐵絲、塑料等雜質(zhì)，因此，試驗前先將建筑渣土進行破碎除雜處理，其中建筑渣土中主要成分的磚硂比例約為3∶7。除雜后的建筑渣土如圖1-a所示，該建筑渣土的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并有著良好的耐酸堿性能，其物理指標(biāo)見表1。

圖1 紅砂巖風(fēng)化土與建筑渣土

表1 建筑渣土的物理性能

文中的紅砂巖土取自江西贛州高鐵新區(qū)博羅洲路施工現(xiàn)場，取土?xí)r間于夏季，取樣時為晴天，土樣取自地表下1～2m，土樣表觀為褐色，混有少量有機雜質(zhì)。取樣后運至實驗室除雜后，進行人工破碎并過篩，如圖1-b所示，對土樣物理性質(zhì)參數(shù)進行測定，得到對應(yīng)物理指標(biāo)見表2。

表2 紅砂巖土的物理性能

建筑渣土與天然骨料相比，吸水率、壓碎值、比重等物理指標(biāo)都有著較大差異，紅砂巖土與建筑渣土混合料本質(zhì)上依舊是細料與粗料構(gòu)成的混合料，這種類似于土石混合料的類型是道路工程常見的填料。試驗中設(shè)計不同建筑渣土與紅砂巖土的比例進行試驗，使用建筑渣土集料的粒徑在40mm以下，紅砂巖風(fēng)化土的粒徑在10mm以下。對超過孔徑規(guī)格的建筑渣土或紅砂巖土進行重新破碎處理。

以紅砂巖風(fēng)化土和建筑渣土為材料進行混合，分別組成建筑渣土含量為20%、40%、60%、80%混合料，得到對應(yīng)的材料顆粒級配情況，如圖2所示。

圖2 紅砂巖土與建筑渣土混合料級配曲線

2.2 擊實試驗

對不同建筑渣土摻入率的混合料進行標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗，以建筑渣土含量20%、40%、60%、80%和建筑渣土集料試件為試驗對象進行擊實試驗，得到對應(yīng)路基填料的最大干密度和最佳含水率。

通過進行標(biāo)準(zhǔn)擊實實驗來獲得不同比例的紅砂巖土與建筑渣土混合料的最佳含水率以及最大干密度，該實驗中混合料使用的建筑渣土粒徑較大，因此，選用重型擊實實驗標(biāo)準(zhǔn)進行擊實試驗。

2.3 承載比CBR試驗

加州承載比CBR值表示的是試件貫入量在2.5mm或5mm時，與同等單位壓力的標(biāo)準(zhǔn)碎石在標(biāo)準(zhǔn)荷載下貫入到同等貫入量的比值，該數(shù)值是反映路基填料路用性能的重要指標(biāo)，通常以百分比表示，引起CBR數(shù)值大小變化的因素有：材料性質(zhì)、壓實度、含水量、浸水時間等。

該試驗運用上述擊實試驗得到各個混合料的最佳含水率以及最大干密度數(shù)據(jù)，材料分3層進行，每層98次的重型擊實。擊實后試件浸水96h，進行承載比CBR試驗。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 最佳含水率與最大干密度結(jié)果

通過對不同配合比的紅砂巖土與建筑渣土混合料進行標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗，得到各個混合料的最佳含水率和最大干密度數(shù)據(jù)見表3。

表3 建筑渣土混合料的最佳含水率和最大干密度統(tǒng)計表

混合料的最佳含水率隨著建筑渣土摻入率的增加而逐漸減小，混合料的最大干密度隨著建筑渣土摻入率增加，出現(xiàn)了先增后減的規(guī)律，建筑渣土摻入率為60%時，最大干密度值為2.050 29g/cm3，此時混合料的最佳含水率為9.40%。

3.2 承載比（CBR）試驗結(jié)果

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015），各個等級公路路床和路基填料壓實度與承載比要求見表4。

表4 路床和路基填料壓實度與承載比要求

對不同建筑渣土摻入率的材料進行CBR試驗，得到相關(guān)的參數(shù)結(jié)果見表5。可以得知混合料的壓實度和CBR均能達到規(guī)范要求。

表5 承載比試驗統(tǒng)計結(jié)果

由試驗數(shù)據(jù)可知，除了80%渣土摻入率和建筑渣土材料出現(xiàn)微小可忽略的收縮以外，其他混合料試件都未發(fā)生膨脹。隨著建筑渣土摻入率的增加，混合料的CBR值出現(xiàn)了先增后減的現(xiàn)象，其中60%摻入率混合料試件CBR值最大。

3.3 回彈模量計算

材料取材地的江西贛州某道路工程地區(qū)中，對新建路基的回彈模量要求為25MPa，對路床頂土基回彈模量的要求為E0≥30MPa。

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015）的規(guī)定，在初步設(shè)計階段可以用式（1）、式（2）來估算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的填料回彈模量。計算得到各個材料的回彈模量見表6。

表6 回彈模量計算結(jié)果

由計算結(jié)果可知，不同建筑渣土摻入率的混合料均能滿足回彈模量設(shè)計值的要求（E0≥30MPa）。根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，在紅砂巖土中摻入一定量建筑渣土后再進行壓實，可以有效提高路基填料的路用性能，由于混合料中的紅砂巖風(fēng)化土和建筑渣土都取自于該施工現(xiàn)場，摻入建筑渣土還能有效減少建筑垃圾的亂堆亂放情況，減少建筑垃圾的運出費用。

4 結(jié)語

（1）通過篩分可知，紅砂巖風(fēng)化土的粒徑大多在0.25～0.5mm，建筑渣土的粒徑大多在5～20mm。

（2）通過擊實試驗可知，隨著建筑渣土摻入量增大，最佳含水率減少，最大干密度先增大后減小，在建筑渣土摻入量60%時最大干密度值最大。

（3）隨著建筑渣土摻入率增大，紅砂巖風(fēng)化土與建筑渣土混合料CBR值和回彈模量先增大后減少，在建筑渣土摻入率為60%承載比和回彈模量達到最大，不同建筑渣土摻入率的試件均能滿足規(guī)范CBR要求，其回彈模量也能滿足當(dāng)?shù)氐缆饭こ痰脑O(shè)計值。

（4）由擊實曲線、承載比數(shù)據(jù)和回彈模量數(shù)據(jù)可知，紅砂巖土與建筑渣土混合料的路用性能比純紅砂巖土或純建筑渣土材料的路用性能更好，紅砂巖土摻入一定比例的建筑渣土作為路基填料，最大干密度、CBR值和回彈模量都會得到提高。