工程渣土再生填料在沿海地區道路工程的應用

杭 飛＊ 趙建忠

1. 寧波市城建設計研究院有限公司 浙江 寧波 315012

2. 寧波夯涌環保科技有限公司 浙江 寧波 315012

隨著建設工程的逐步加快，施工產生的渣土如何消納已經成為工程建設的困擾，同時隨著環保意識的加強，如何更安全、更環保、更經濟、更有效的利用工程渣土，是我們道路工程研究的方向。工程渣土再生填料（以下簡稱“再生填料”），利用了工程施工產生的渣土，在填料生產工程中運用的材料均為常規的水泥、石灰、固化外加劑等建筑材料，使用中替代了部分塘渣、碎石等傳統材料。因此，不僅有效消納了工程廢棄渣土，而且減少了其他建筑材料的使用量。

目前，再生填料已成功在內陸多個地區的道路工程得到應用，取得了良好效果，但是在沿海地區因為地下水位高，再生填料長時間處于地下水影響范圍內，并無大規模應用先例。鑒于此，我們結合在建工程，設置試驗段，采用再生填料替代原有設計中的路基塘渣材料使用，技術指標嚴格按照道路工程相關指標控制，并長期觀測道路后期使用情況，從而驗證再生填料在沿海地區的路用性能，探究相比傳統材料的優勢。

1 工程概況

本次試驗應用依托于寧波市段塘某市政道路工程，該工程東起環城西路，西至看經路，是貫穿城市東西的一條主要通道，車道寬度20m，雙向四車道設計，全長2000m，其中試驗段長370m。因工程所處區域為軟弱地基，地基回彈模量僅為6MPa-8MPa，遠低于規范要求，因此原設計中道路結構為18cm瀝青混凝土+30cm水泥穩定碎石+80cm塘渣換填路基。其中80cm塘渣材料模量為100MPa，換填后塘渣頂面設計回填模量為35MPa。

本次試驗擬采用再生填料替代原有設計塘渣作為道路路基換填使用，材料替代目標為：換填后結構頂面回彈模量不低于原塘渣材料、再生填料性能設計滿足項目實際高地下水位的工況條件。初步擬定再生填料分兩層進行攤鋪碾壓，上下攤鋪層各40cm。上下層施工緊密銜接，上層施工完畢后需要及時灑水養生，強度達到設計要求后，鋪筑上部基層結構。

2 原材料選用及配合比設計

2.1 基土要求

本次基土來源是寧波城區多個工地開挖產生的工程渣土，實施前首先對渣土來源、基本特征進行調查，選用符合環保要求。因渣土中部分成份對再生填料強度形成有明顯的影響，尤其是有機物質中的酸類成分會延緩水泥、石灰的水化過程，影響再生填料的強度形成，因此對于成分比較復雜的雜填土、泥炭土、淤泥、耕植土、建筑垃圾、生活垃圾等不作為基土來源選用，再生效果比較好的粉質黏土優先作為基土來源，工程泥漿晾曬脫水后可作為工程渣土使用。根據不同渣土來源分類堆放，條件允許情況下，選擇同一批次渣土作為工程基土來源。如選擇不同來源或中途更換渣土來源，需要重新進行配合比驗證。

去除渣土中草皮、樹根及亂石等雜物，測定渣土的有機質含量，選用有機質含量低于5%的渣土，其中對于有機質含量高于2%的渣土采用石灰進行處理，悶料12h以上并重新測定有機質含量。同時處理液限高于50%的渣土，向高液限基土中摻加生石灰，拌和悶料，部分進行二次翻拌，悶料，氣象條件允許時，攤薄基土，通過采用自然通風、翻曬的方式，降低液限低于50%后可作為基土使用。

2.2 無機結合料

水泥采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5級。技術指標符合現行國家標準《通用硅酸鹽水泥》GB175的規定。

石灰屬于氣硬性膠結材料，其中氧化鈣和氧化鎂含量對強度形成有明顯影響[1]。采用Ⅰ級～Ⅲ級的新灰，石灰的技術指標應符合有效氧化鈣加氧化鎂含量高于65%，未消化殘渣含量不大于14%的技術要求，詳見表1。

表1 石灰技術指標

2.3 固化外加劑

固化外加劑主要作用是促進再生填料強度的形成以及提高再生填料的水穩定性。液體土壤固化外加劑及粉體土壤固化外加劑浸出液中重金屬含量最大限值應符合現行標準《城市污水再生利用綠地灌溉水質》GB/T 25499的規定。

2.4 配合比設計

沿海地區再生填料混合料配合比設計與其他地區混合料配合比設計的目標和方法，由于二者所受到地下水影響不同而具有較大差別，沿海地區再生填料作為路基使用最大特征以及難點在于路基長時間收到地下水的浸泡[2]。因此配合比設計中，在常規抗壓強度基礎上，更加注重的是長時間浸水后抗壓強度的變化。

再生填料混合料的設計過程主要是圍繞著水穩定性，同時具備一定的強度、耐久性等所進行的調整無機結合料、固化外加劑、最佳含水量的確定[3]，其設計要領可歸納為兩點：①通過調整無機結合料、最佳含水量獲得合適的強度范圍；②通過固化外加劑，提高水穩定性等性能。

試驗材料為海螺水泥42.5型，夯涌環保水穩固化劑，經石灰消化處理有機質含量低于2%、液限低于50%的渣土，按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)的無機結合料穩定土的擊實方法（T0805-1994）的丙法進行試件制備，確定出混合料的最佳含水量（質量分數）為19.3%，最大干密度為1702g/cm3，因此以水泥含量5%，石灰含量3%，固化劑0.5kg/m3的配比，19.3%的最佳含水量制成15cmx15cm的再生填料試件。其設計檢驗指標見表2。

表2 再生填料混合料配合比設計檢驗指標

考慮沿海地區再生填料路基長時間處于地下水影響范圍，試驗采用多組試件驗證長期浸水養護條件下無側限抗壓強度。其技術指標見表3。

表3 再生填料混合料浸水后強度檢驗指標

根據對比試驗，再生填料強度增長規律符合以下特征：

第一，再生填料強度長時間增長，無論是在標準養護條件下，還是長時間浸水養護條件下，再生填料的強度保持了長時間的增長，觀測期內時間在180d時，依然保持強度增長；

第二，標準養護條件下，再生填料試件前期強度增長相對較快，在7d和14d范圍內，強度增長幅度明顯高于浸水條件下的試件，強度差值分別為44%和39%；兩種養護條件下，試件后期強度增長較為接近，在180d時，強度差值僅為8.1%。

3 施工情況及工后檢測

3.1 再生填料施工

工程實施前，根據項目所處區域位置，考慮拌合材料的均勻性，減少拌合施工受氣候條件的影響，以及減少對項目周邊的粉塵、噪音污染等因素，項目采用廠拌法進行再生填料的施工。主要施工工序包含場地準備、廠內拌合、運輸、攤鋪、整形、碾壓、養生、檢測等。

施工前清除現狀地基表面的障礙物，沿海地區道路工程地基表面一般存在潮濕現象，需要進行對潮濕地基表面進行晾曬處理，過濕工況下需要對地基進行翻曬及初步碾壓工序，為防止施工及養生期間降雨積水對鋪筑好的再生填料造成不利影響，路側需要挖設臨時排水邊溝，及時排除施工現場積水。

出廠時再生填料的含水量一般高于最佳含水量1%～2%，填料裝車后需要立即遮蓋。為保證層間結合的緊密，再生填料攤鋪前對晾曬后的土基進行拉毛處理，根據攤鋪時地基的干濕情況采用表面灑水處理，保證地基表面的含水量接近再生填料。攤鋪整形時需要由道路中心向兩側鋪料，保證再生填料鋪筑的均勻性。碾壓中除超高段外，其他均由中心向兩側碾壓，避免高低位置反復碾壓搓揉造成結構性能降低，壓實度詳見表4。碾壓后，需要及時覆膜養生，因再生填料強度形成相對較慢，覆膜時間需要持續到后續層位施工前1d，且覆膜養生時間不小于7d。

表4 再生填料混合料路基壓實度

3.2 再生填料混合料工后檢測指標

再生填料實施后，工后進行檢測，檢測指標詳見表5。工后7d無側限抗壓強度、承載比、4h凝結時間影響系數、水穩系數均高于規范要求。

表5 再生填料混合料工后檢測指標

3.3 路基頂面完成

對再生填料路基頂面28d后進行彎沉檢測和頂面回彈模量檢測，檢測位置及數值見表6。

表6 彎沉檢測和頂面回彈模量檢測結果

為驗證再生填料使用后的結構性能，試驗段保留了部分路段采用原設計結構中的塘渣材料換填路基，同等工況施工條件下完成路基施工、養生后，對兩種換填材料的路基頂面進行檢測并對比分析。對比發現，采用同等厚度再生填料、塘渣材料換填路基，路基頂面彎沉、頂面回彈模量數值均較為接近，處于同一水平，均能滿足規范要求。

根據表6的檢測結果，分析得出：再生填料換填路基的指標符合設計要求。其中個別路段K0+150-K0+180樁號彎沉值偏大，模量偏低，主要原因分析如下：

①該位置施工間斷，導致搭接位置布料不均勻。

②部分位置檢測點位是埋設較淺的橫穿雨水支管上方。

4 結語

再生填料作為路基材料使用，具備良好的技術性能，同時符合經濟性和環保性要求。沿海地區道路路基工程受地下水影響較大，經過長期浸水試驗對比，再生填料性能符合沿海高水位地區道路工程使用工況要求。

試驗段應用中，經檢測該再生填料施工后各項質量檢測指標均滿足規定要求。通車后一段時間后的跟蹤觀測結果表明, 路面沒有任何早期破壞現象, 再生填料表現出優良的路用性能。其更長期的浸水養護試件依然在觀測中，浸水性能有待于更長時間的跟蹤觀測。初步表明該再生填料在沿海高地下水位地區的設計和施工是成功的, 可供同類工程設計、施工參考。