建筑垃圾在地表加固處置中的應(yīng)用研究

劉 歡，陳 軍

(1.湖北交投高速公路運營集團(tuán)有限公司，武漢 430074;2.湖北交投智能檢測股份有限公司,武漢 430100)

我國公路發(fā)展迅速，通車總里程及路網(wǎng)密度逐年增長[1]，其為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國民日常出行提供了強有力的保障。道路建設(shè)涉及到一系列的施工步驟，各個階段都需要消耗大量的筑路材料，例如，道路建設(shè)時需對高含水性原地表進(jìn)行加固處理，降低其吸水率，減少路基壓實不充分、翻漿和沉降等現(xiàn)象的發(fā)生[2]。加固處理過程需要使用大量的碎石、灰土、水泥等材料。而近些年筑路原材料價格不斷飆升，因而目前亟須尋找廉價且吸水能力強的材料替代傳統(tǒng)地表加固材料。

在公路建設(shè)高速發(fā)展的同時，基礎(chǔ)設(shè)施的拆除和新建產(chǎn)生大量的建筑垃圾，如何解決建筑垃圾堆積造成的一系列環(huán)境及資源問題是我國未來很長一段時間需持續(xù)面對的艱巨任務(wù)。國內(nèi)外大量研究表明，建筑垃圾主要由廢棄混凝土塊、磚塊以及渣土組成，其中廢棄混凝土塊占比超過50%，這導(dǎo)致建筑垃圾具有很強的吸水能力[3,4]。若能通過合理控制施工工藝，使高吸水性的建筑垃圾在道路原地表處置工程中得到充分利用，不僅能使建筑垃圾變廢為寶，節(jié)約地表工程處置成本，還可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境[5]。

1 單層填筑

1.1 施工準(zhǔn)備

擬建設(shè)的試驗段位于廣西某國道翻新工程上，施工準(zhǔn)備工作主要包括以下五個方面：

1)查閱施工段的水文地質(zhì)資料，完成施工圖紙會審。

2)調(diào)查施工現(xiàn)場和周邊區(qū)域地上地下管線、地形等資料，明確其位置、埋深等，并通知相應(yīng)部門進(jìn)行改移或埋設(shè)明顯標(biāo)志，簽訂動土許可協(xié)議。

3)清除原地面表層植被，挖除樹根及雜草，并將挖除的表層土集中堆放。原地面的低洼和坑洞處必須經(jīng)過仔細(xì)填補及壓實；對于松散處應(yīng)松土晾曬并重新碾壓使達(dá)到平整密實的狀態(tài)。測量部門完成線路導(dǎo)線點、水準(zhǔn)點的復(fù)核，完成路基橫斷面高程復(fù)測；對施工段落中樁、邊線完成施工放樣，按照規(guī)定間距進(jìn)行灰線打設(shè)。

4)試驗部門完成原地表土顆粒分析、最大干密度測試、含水率測試等工作。

5)試驗段施工所需機械設(shè)備全部就緒；已打通通往試驗段的施工便道；原地表處置所需建筑垃圾已準(zhǔn)備就位。

1.2 填筑過程

建筑垃圾填筑過程中的操作要點主要涵蓋以下五個方面：

1)建筑垃圾進(jìn)場，運輸車連續(xù)不中斷運輸，按照打設(shè)的灰線方格進(jìn)行卸料，卸料時采用路堤全寬水平分層，先低后高，先邊緣后中央的方式，現(xiàn)場設(shè)專人指揮填料調(diào)配。

HBA的基本思想是：種群中的N個蝙蝠個體在三維空間內(nèi)通過回聲定位和搜索空間的隨機移動來更新蝙蝠個體的位置Xi和速度vi。首先，隨機選擇一個蝙蝠的起始節(jié)點，然后通過式(7)的目標(biāo)函數(shù)f計算蝙蝠個體的位置Xi(xi,yi,zi);之后蝙蝠根據(jù)變異因子的突變操作選擇飛行網(wǎng)狀圖中的下一個節(jié)點，而不是隨機飛行，從而確保在迭代足夠多的代數(shù)后能夠得到一個最短的UAV飛行路徑。其核心偽代碼如下：

2)坡腳處100 cm寬度需填筑土方，以保證后期路基刷坡及防護(hù)植草時有足夠的覆土厚度。

3)采用挖掘機、裝載機進(jìn)行初平，采用26 t光輪壓路機穩(wěn)壓1～2遍，表層采用細(xì)粒土填筑10 cm，最后采用平地機進(jìn)行整平。

4)采用平地機整平時沿路線縱向方向保持中間高兩邊低，路基橫向做成設(shè)計要求的橫坡。整平后要求路基填料層應(yīng)無明顯的高差臺階。

5)整平后測量人員進(jìn)行觀測點布置，沖壓碾壓前對觀測點進(jìn)行高程測量。

1.3 沖壓過程

現(xiàn)場配備16 t沖擊壓路機3臺，按照圖1所示路線進(jìn)行施工。沖擊碾壓時，沖擊壓路機在每條車道上前進(jìn)、后退各行駛一次為壓實一遍，之后駛向?qū)ο蜍嚨乐貜?fù)操作；每條車道在第二遍碾壓時，沿第一遍壓實線內(nèi)移20 cm，即部分重疊第一遍的區(qū)域；第三遍再恢復(fù)到第一遍的位置，使沖擊壓路機行駛在沖碾地面所形成的峰谷區(qū)域。當(dāng)沖擊壓實5遍后停止沖壓，用平地機整平后繼續(xù)沖壓。沖壓按照平均1 h 1遍的速度進(jìn)行，每條車道總計沖壓20遍。在完成相應(yīng)遍數(shù)的沖壓操作后進(jìn)行高程檢測，檢測前需采用平地機和壓路機分別進(jìn)行整平和穩(wěn)壓操作。

1.4 試驗檢測

隨機選取K302+000、K302+480和K302+960樁號處的三個位置進(jìn)行高程測量，現(xiàn)場實測高程數(shù)據(jù)如表1所示。從表1中可以看出，建筑垃圾填筑厚度約為0.518 m；含建筑垃圾的地表層在沖壓作業(yè)后高程下降比較明顯：當(dāng)沖壓遍數(shù)達(dá)到18遍時，高程約下降61 mm，隨后基本保持穩(wěn)定，繼續(xù)沖壓至20遍時，高程僅進(jìn)一步減小了3 mm，變化幅度小。此時地表中的富余毛細(xì)水被擠出，土壤顆粒變得密實，地表承載力得到有效提高。

表1 單層填筑、沖壓施工對應(yīng)的地表高程變化

進(jìn)一步分析原地表層沖壓前后含水率的變化，沖壓前后原地表以下10 cm、50 cm、90 cm三個層位的含水率結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，經(jīng)過沖壓操作后，原地表以下10 cm、50 cm、90 cm位置處的吸水率數(shù)值上分別下降了3.4%、2.4%、0.4%。說明建筑垃圾對50 cm深度范圍內(nèi)的原地表層含水率影響較大。從現(xiàn)場施工來看，沖壓段表面平整密實，未見大面積翻漿。說明填筑的建筑垃圾充分發(fā)揮了其吸水特征，采用單層填筑建筑垃圾再沖壓的施工方案對高含水性地表層有較好的處置效果。

表2 單層填筑建筑垃圾的原地表沖壓前后含水率的變化

2 分層填筑

2.1 施工過程

將50 cm厚的建筑垃圾分兩層填筑，每層填筑厚度在25 cm左右，分層填筑的準(zhǔn)備工作和單層填筑一致。每層建筑垃圾填筑后，進(jìn)行沖擊碾壓，沖壓工藝與單層施工大致相同，按照“先邊緣后中間，先慢后快”的原則進(jìn)行，壓實路線縱向互相平行，反復(fù)沖壓，不同之處在于分層施工中每層沖壓遍數(shù)為10遍。

2.2 試驗檢測

隨機選取K306+100、K306+500和K306+900樁號處的三個位置進(jìn)行高程測量，現(xiàn)場實測高程數(shù)據(jù)如表3所示。從表3中可以看出，第一次建筑垃圾實際填筑厚度約為25.4 cm，第一次沖壓引起含建筑垃圾的地表層高程下降約48 mm；第二次建筑垃圾實際填筑厚度約為25.3 cm，第二次沖壓引起含建筑垃圾的地表層高程下降約30 mm。因此，建筑垃圾總填筑厚度為50.7 cm，兩次沖壓結(jié)束后，含建筑垃圾的地表層高程總計下降了約78 mm。相比單層填筑，分層填筑建筑垃圾再沖壓的施工方式引起的地表高程下降更明顯，說明分層填筑方式對原地表的加固效果更好，能有效減小路基未來發(fā)生沉降的可能性。

表3 分層填筑、沖壓施工對應(yīng)的地表高程變化

同樣，進(jìn)一步分析了原地表層沖壓前后含水率的變化，沖壓前后原地表以下10 cm、50 cm、90 cm三個層位的含水率結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出，經(jīng)過沖壓操作后，原地表以下10 cm、50 cm、90 cm位置處的吸水率數(shù)值上分別下降了3.7%、2.8%、1.0%。說明分層填筑相比單層填筑方式對原地表的作用深度更大，分層填筑建筑垃圾再沖壓的方式使原地表以下90 cm位置處的含水率數(shù)值上仍然下降了1.0%。因此，分層填筑建筑垃圾再沖壓的方式在降低原地表含水率方面的表現(xiàn)更好。

表4 分層填筑建筑垃圾的原地表沖壓前后含水率的變化

3 結(jié) 論

針對道路建設(shè)對高含水性地表的處置需求，開展了具備較強吸水能力的建筑垃圾在高含水性地表強化處理中的應(yīng)用研究。

a.采用單層填筑建筑垃圾再沖壓的方案時，含建筑垃圾的地表高程下降了約64 mm，原地表以下10 cm、50 cm、90 cm位置處的吸水率分別下降了3.4%、2.4%、0.4%。

b.采用分層填筑建筑垃圾再沖壓的方案時，兩次沖壓結(jié)束后，含建筑垃圾的地表高程合計下降了約78 mm，原地表以下10 cm、50 cm、90 cm位置處的吸水率分別下降了3.7%、2.8%、1.0%。

c.分層填筑相比單層填筑方式在降低原地表層含水率和高程方面的表現(xiàn)更優(yōu)異，建議今后采用分層填筑建筑垃圾的方式對高含水性地表進(jìn)行處置。