建筑廢棄物再生細(xì)粒土在高速公路路基中的應(yīng)用研究

趙德賀

（中國葛洲壩集團(tuán)公司，宜昌 443002）

路基作為路面的支撐結(jié)構(gòu)物，對路面的使用性能有重要影響，美國公路協(xié)會（AASHTO）調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果認(rèn)為70%以上的路面結(jié)構(gòu)破損原因都與路基變形有關(guān)［1］。路基的長期性能，首先取決于組成路基本身材料的性能。規(guī)范［2］建議盡量少采用或不采用高液限粘土和膨脹率大的低液限粘土直接作為路基填料，其他材料只要滿足一定的CBR強(qiáng)度要求［3］，路堤填筑時滿足一定的壓實(shí)度，均可以用來填筑路基。在我國南方地區(qū)的公路建設(shè)中，含砂粉土、一般粉土和粘性土、高液限粘土等細(xì)粒土作為路基填料使用廣泛。近年來，國內(nèi)外的研究者越來越多的將建筑廢棄物用于制備公路路基。

在建的四川內(nèi)遂高速公路南起內(nèi)江、經(jīng)資陽，北止于遂寧，是國家高速公路網(wǎng)巴中至昆明高速公路的重要組成部分。項(xiàng)目全長120.47km，采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計行車速度80km/h，路基寬度24.5m。內(nèi)遂高速建設(shè)沿線天然石料資源匱乏，但廢棄物資源豐富，為了實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物的資源化利用，進(jìn)一步的提高建筑廢棄物的利用率，從而有效緩解天然石料資源匱乏的問題，并滿足工程建設(shè)對集料的需求，保證工程建設(shè)的順利實(shí)施。相關(guān)研究人員擬計劃全部使用5mm以下的建筑廢棄物細(xì)粒土來制備高等級公路的路基。試驗(yàn)及現(xiàn)場鋪筑效果表明建筑廢棄物再生細(xì)粒土的基本性能均滿足《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10—2006）中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是一種性能優(yōu)良的路基材料。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

原材料為四川成都德濱環(huán)保材料公司生產(chǎn)的粒徑小于5mm的建筑廢棄物再生細(xì)粒土。

1.2 顆粒分析試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程（《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007））［4］，使用規(guī)格為5mm、2mm、1mm、0.5 mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm的圓孔篩進(jìn)行篩分測定。土樣采用烘干土樣，按照四分法分成4份，采用水洗法對土樣顆粒級配進(jìn)行篩分，其篩分結(jié)果如表1所示。

表1 路基材料顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果

1.3 擊實(shí)試驗(yàn)

依照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）［4］采用重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，對細(xì)粒土進(jìn)行擊實(shí)，以得到其最大干密度和最佳含水量。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，從表可知最佳含水率與最大干密度分別為8.0%和1.65g/cm3。

表2 建筑廢棄物細(xì)粒土擊實(shí)試驗(yàn)

1.4 液塑限試驗(yàn)

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中的“T 0118—2007液限和塑限聯(lián)合測定法進(jìn)行試驗(yàn)”，采用液限和塑限聯(lián)合測定儀，對再生骨料小于0.5mm的顆粒進(jìn)行表面觀察和手捻試驗(yàn)，可知該細(xì)顆粒可分類為砂類土。試驗(yàn)中采用的公式（1）確定塑限出入土深度hp然后根據(jù)計算的hp值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出wp，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 建筑廢棄物細(xì)粒土液塑限試驗(yàn)

依據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F 10—2006）［2］中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，作為沙基填料液限小于50%、塑性指數(shù)小于26且含水量適宜直接壓實(shí)的細(xì)粒土，能夠直接作為路基材料。建筑廢棄物制備的再生土料是液限30%、塑性指數(shù)16均優(yōu)于規(guī)范規(guī)定，故可直接作為路基材料。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

利用建筑廢棄細(xì)粒土制備公路路基，并對建筑廢棄物路基填料靜態(tài)路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。路基填料的承載比實(shí)驗(yàn)和靜回彈模量實(shí)驗(yàn)均依照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）的規(guī)定進(jìn)行。建筑廢棄物路基填料制備完成后依據(jù)我國《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F 10—2006）進(jìn)行評價。

2.1 承載比（CBR）實(shí)驗(yàn)

依照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）［4］進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以檢測材料抵抗局部荷載壓入變形的能力。在壓實(shí)度為96%的條件下得到3組平行實(shí)驗(yàn)的CBR值如表4所示。

表4 建筑廢棄物細(xì)粒土CBR實(shí)驗(yàn)（壓實(shí)度96%）

l＝2.5mm時的承載比

式中，CBR2.5為貫入量為2.5mm時的承載比，%；P為單位壓力，kPa。

l＝5.0mm時的承載比

式中，CBR5.0為貫入量為5.0mm時的承載比，%；P為單位壓力，kPa。

依據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10—2006）［2］中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，高速公路與一級公路的填料最小強(qiáng)度（CBR）（%）為8，試驗(yàn)中實(shí)際測試的建筑廢棄物制備的再生土料CBR均值為56.1，是標(biāo)準(zhǔn)所要求最小強(qiáng)度的7倍，表現(xiàn)了良好的抵抗局部荷載壓入變形的能力和良好的路用性能，是一種性能優(yōu)良的路基材料。這種強(qiáng)度的明顯優(yōu)勢主要是因?yàn)榻ㄖU棄物再生細(xì)粒土中含有大量的水泥砂漿及混凝土微粒，這些水泥砂漿和微粒經(jīng)過再次的水化硬化，形成了一定的強(qiáng)度，從而大幅度的提高了建筑廢棄物再生細(xì)粒土的CBR值。

2.2 靜回彈模量實(shí)驗(yàn)

路面設(shè)計中常采用回彈模量作為土基抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)。依照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）［4］進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以檢測路面及筑路材料在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與其相應(yīng)的回彈應(yīng)變的比值來評價土基的抗壓強(qiáng)度。在壓實(shí)度為96%的條件下得到3組平行實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表5所示。

表5 建筑廢棄物細(xì)粒土回彈模量實(shí)驗(yàn)（壓實(shí)度96%）

依據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10—2006）［2］中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建筑廢棄物制備的再生細(xì)粒土回彈模量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。回彈模量越高則說明土基在彈性變形階段內(nèi)，在垂直荷載作用下，抵抗豎向變形的能力越強(qiáng)。建筑廢棄物再生細(xì)粒土的回彈模量測試表明其能夠承受約30MPa的垂直荷載，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通車輛所能產(chǎn)生的壓力。因此，建筑廢棄物再生細(xì)粒土足以用作路基材料。

3 結(jié) 論

對實(shí)驗(yàn)選取的建筑廢棄物再生細(xì)粒土路基填料進(jìn)行了基本性能測試和靜態(tài)路用性能實(shí)驗(yàn)研究，包括承載比（CBR）、靜回彈模量等試驗(yàn)。經(jīng)過一系列的試驗(yàn)，測定結(jié)果表明：

a.建筑廢棄物再生細(xì)粒土的基本性能均滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，其最佳含水率與最大干密度分別為8.0%和1.65g/cm3，且液限小于50%、塑性指數(shù)小于26，含水量適宜直接壓實(shí)，能夠直接作為路基材料；

b.建筑廢棄物再生細(xì)粒土的CBR值平均值為56.1，是標(biāo)準(zhǔn)所要求最小強(qiáng)度的7倍，表現(xiàn)了良好的抵抗局部荷載壓入變形的能力和良好的路用性能，是一種性能優(yōu)良的路基材料。這主要是因?yàn)榻ㄖU棄物再生細(xì)粒土中的水泥砂漿及混凝土微粒再次水化硬化，從而形成了一定的強(qiáng)度，大幅度的提高了建筑廢棄物再生細(xì)粒土的CBR值；

c.建筑廢棄物再生細(xì)粒土的回彈模量測試表明其能夠承受約30MPa的垂直荷載，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通車輛所能產(chǎn)生的壓力。因此，建筑廢棄物再生細(xì)粒土足以用作路基材料。

［1］ 中華人民共和國交通部，JTG F10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ 交通部公路科學(xué)研究院，JTG E40—2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］ 黃永強(qiáng)，張家生.高速公路路基沉降及路面動力特性研究［D］.中南大學(xué).