論建筑垃圾廢骨料在組合錘法地基處理技術中的應用

胡保根，劉 斌，章學良

(江西基業科技有限公司,江西 南昌 330200)

1 前言

建筑垃圾廢骨料主要來源于拆除老舊建筑、破舊建筑材料(使用過的建筑材料)、道路開挖和建筑施工工地。主要包括混凝土、磚、鋼材、木頭、以及玻璃、塑料等等。其中金屬、塑料、木材等較容易回收利用,但需要合適的技術手段將金屬、木材、塑料等分離出來,建筑廢骨料主要以廢舊混凝土和廢舊磚瓦為主。據不完全統計,我國年建筑垃圾產生量超過15億噸,占城市垃圾的比例約40%,數字格外觸目驚心[1]。未來,這個數字還將伴隨城鎮化步伐加快和更大規模的城市建設而逐年以10%速度遞增。預計2020年左右,我國建筑垃圾產生量將達到峰值。

然而,目前絕大部分建筑垃圾未經任何處理,便被施工單位運往郊外或鄉村,露天堆放或填埋,耗用大量的征用土地費、垃圾清運費等建設經費,同時,清運和堆放過程中的遺撒和粉塵、灰砂飛揚等問題又造成了嚴重的環境污染,社會影響惡劣,盡快且科學合理處置建筑垃圾,已經成為我國城市發展迫切需要解決的問題[2]。

建筑垃圾廢骨料回收再利用的困境,非常有必要加大建筑垃圾再利用的研究,研發一些技術簡單高效利用的方法,在解決建筑垃圾產生的一系列問題的同時也能創造社會和經濟效益。根據目前我國的現狀采用組合錘法施工消化處理大量建筑垃圾,使建筑垃圾變廢為寶,是一種行之有效的方法。用組合錘法夯實地基,由于其影響深度較深,可加強填料與原土之間的結合,處理深度較大,承載力也可大副提高。

《組合錘法地基處理技術規程》JGJ/T290-2012[3]定義：組合錘法對地基土進行擠密夯實或置換,形成夯實或置換墩體與墩間土共同組成的,以提高地基承載力和改善地基土工程性質的復合地基。它融合了多種地基處理技術的加固原理,根據不同的工程地質條件,選用不同的夯擊能,充分發揮柱錘、中錘、扁錘使用潛力,對擬建物地基進行夯擊成孔,采用建筑垃圾廢骨料、當地廉價的土石混合料、工業廢棄骨料等回填夯坑,再次夯擊回填,最后低錘普遍夯實,通過對深層土、中層土、淺層土同時進行夯實擠密,達到加固處理的目的。(附工藝流程圖)

該技術具有如下特點：1.設備簡單,施工便捷,適應范圍廣,節省材料,降低投資,工期短等優點；2.在不改變起重機械和錘重的條件下,用組合錘法即可達到中能級甚至高能級的強夯效果,大大提高了處理后地基土的承載力和有效加固深度；3.組合錘法的置換著底深度可達15m左右,同時可以因地制宜選擇不同的置換材料,如建筑垃圾(拆除的砼、磚塊廢渣)殘骸等都可以作置換材料使用；4.處理效果直觀、質量穩定、可靠性高；5.可以用于各類不同性質的軟土土層的加固處理,地質條件適用性廣,可用于一般多層工業和民用建筑的地基處理、基坑支護與邊坡支護、公路鐵路軟土地基處理及水利堤壩的防滲加固等；6.地基處理不需用或少用水泥、鋼材等人造材料,符合國家節材、節能、環保的要求。

2 組合錘法的環保作用

在地基處理中應用建筑垃圾硬骨料、原土、或者無毒無害工業廢渣等材料,通過組合錘(柱錘、中錘、扁錘)法施工,形成的以建筑垃圾為主的墩(樁)體復合地基。不用水泥、鋼材等人工制成材料,基本上屬于原生態的處理方法,為提高巖土資源利用,消化建筑垃圾骨料提供了良好的應用途徑,對減少固體廢料排放,保護土地資源和生態環境起到了積極的作用。尤其適合于新區開發,圍海造地等場合,其置換、擠密等加固效果與原生態系統的結合自然和諧。同時,通過建筑垃圾的綜合利用,可以將建筑垃圾中的廢渣就地處理和使用掉。如此一來,不僅大大減輕了外運負擔及清運和堆放過程中的遺撒和粉塵的環境污染,還獲得了可觀的經濟效益。

3 組合錘法的節能作用

根據我公司的大量工程實踐及分析、統計結果來看,本工法節能的功效主要是通過以下途徑達到：通過改進后的組合柱錘對地基深層、中層及淺層土體的夯擊處理,有效加固深度加大,使上部地基承載力提高,即利用上部巖土層作為基礎持力層,不必要采用深層巖土層作為基礎持力層,從而無須采用深基礎(樁基等),以達到不需用或少用水泥、鋼材等人工制造材料。人工制造材料的生產過程中能耗量較大,節約人造材料,就是節約資源、減少能耗。

《建材工業節能降耗發展綱要》[4]中顯示：2003年我國水泥制造業能源消耗占建材工業總能耗的比重達77%。2005年水泥綜合能耗節能目標為每噸159kg標準煤；中國鋼鐵工業協會日前公布的數據顯示,納入鋼協統計的76戶大中型鋼鐵企業,上半年噸鋼綜合能耗為658.56千克標煤/噸,噸鋼可比能耗633.01千克標煤/噸,噸鋼電耗452.8千瓦時/噸,噸鋼耗用新水6.74噸/噸。由此可知,對于我們經常遇到的大量商品住宅來講,節約水泥,節約鋼材,對節約資源和能源意義重大。

組合錘法不僅適用于商品住宅工程,同樣適合于大量的多層工業與民用建筑工程房屋建筑工程的地基處理,以及廣泛意義上的交通、水利等土木工程中的地基處理。這些工程中,目前應用的預應力管樁,雖然鋼材和水泥用量相對節約,可是其制作過程中耗能較大；普通預制樁水泥鋼材耗用量也比較大；水泥攪拌樁雖然不用鋼材,耗用水泥量也不少；鉆孔、旋挖等各種灌注樁均需耗用大量水泥和鋼材；水泥、鋼材等人工材料除了制造過程中消耗大量能源外,運輸過程同樣需用大量能源、資源。

4 組合錘法處理地基的循環應用

“有多少資源可以重來”？隨著現代經濟的迅猛發展,各城市正向其周邊快速擴張,但是作為城市建設可利用的建設用地則極為有限,這必然會有那么一天,我們周邊已無可利用的建設場地。而按照建設法規規定,城市中心區域以50年使用期限設計的眾多建筑已經到了或過了其服役年限,這時就會遇到拆遷重建的問題,也就面臨著現有地基的循環應用問題。

縱觀我們身邊現有的建筑,多層和高層建筑多數采用的是鋼筋混凝土樁基礎,在50-70年使用年限到期后,混凝土樁基并沒有因為年限到期而變質成普通巖土,而是仍基本保持為一個個的鋼筋混凝土樁分布在巖土中,在擬建新建筑基礎施工時,原有樁基礎利用吧？安全可靠性和經濟適用性是個難題!清除吧？是挖除還是破碎呢？無論采用哪一種措施,其結果都將是如同現在環境保護中的“先污染后治理”的意味,十分尷尬!

我們國家早年建筑由于使用期限到期或是現代城市發展和重新規劃的需要,很多建構筑物已面臨或正在進行拆除(重建)。而且也已經遇到了上述問題,如上海、北京等大城市地鐵穿越區經常碰到隧道穿越建筑物底部樁林區域,為此而不得不花費大量物力、財力和時間去進行處理,一般現有的處理方法多是截樁托換。

組合錘法系采用原土或回填土、砂礫土、建筑垃圾等材料在原場地夯擊成一個個墩基,其上部建筑一般采用獨立柱基或條形基礎等淺基礎形式,在上部建筑使用年限到期后,該場地重建時,則不會發生前述樁基礎的尷尬難題,從城市土地資源價值的開發與保護角度以及地下空間的開發利用來講,使用組合錘法具有重大的現實價值和長遠的歷史意義。

5 工程案例的應用效果

典型案例一： 江西省化纖廠紡紗車間工程位于南昌市佘山路,建筑物為單層磚混結構車間,處理面積約為6682。全場地分布于水塘中,回填料均為約4～4.5米厚的建筑垃圾,主要成分為新近回填的碎混凝土塊、磚塊等,松散,濕～飽和,地下水與相鄰近的水塘具有密切聯系。該場地原土層為淤泥質土,承載力50kPa,采用組合錘法進行處理,處理后經檢測復合地基承載力特征值達150kPa。按照以上回填的建筑垃圾平均層厚4.25米進行計算,該場地消化利用建筑垃圾多達28399m3。

典型案例二：南昌某六層商住樓,建筑面積6615,該商住樓原地貌為魚塘、農田及回填的含砂雜填土承載力80kPa,原承載力原基礎形式按(沉管)鋼筋砼灌注樁與組合錘法處理地基進行比較,樁基承臺、梁混凝土方量和按組合錘法處理后的柱基、條基所用方量基本相同。而樁基部分所用混凝土達784 m3,此混凝土量耗用水泥274.4噸、鋼材12.5噸。按前述的能耗指標和目標值計算,采用組合錘法處理后經檢測復合地基承載力特征值達150kPa,節約水泥所節約的能源相當于43.6噸標準煤,節約鋼材所節約的能源相當于8.2噸標準煤。

近些年來,組合錘法在我公司及社會各界的支持下,得到大力推廣和應用,經濟效益、社會效益和節能效果十分顯著,平均節約為27%。下面是本公司近期完成的幾個代表性項目應用效果對比表：

序號工程名稱建筑面積(m2)原設計基礎型式采用組合錘強夯(置換)法處理節約水泥(t)節約鋼材(t)節約地基基礎造價(萬元)節約比例(%)節約標準煤(t)1(中航洪都航空)A01號大部件裝配廠房地基處理50000水泥攪拌樁5420/11530%861.782南昌市康城陽光家園一、二期220000人工挖孔樁18590210087840%4338.783九牧智能廚衛(武漢)有限公司東西湖區工業園地基處理60000人工挖孔樁13531656320%323.794南昌平海居住主題公園、香榭麗舍、荷塘月色、玫瑰華庭300000普通夯擴樁10800142036015%2652.36

序號工程名稱建筑面積(m2)原設計基礎型式采用組合錘強夯(置換)法處理節約水泥(t)節約鋼材(t)節約地基基礎造價(萬元)節約比例(%)節約標準煤(t)5江西平海九里象湖城象湖里、康健里、靜安里、翰領里120000普通夯擴樁438057014617%1071.79合計7800004054342551562加權平均節約27%9248.50

6 結束語

組合錘法地基處理技術在建筑垃圾廢骨料利用、節能環保方面技術先進,作用顯著,符合國家倡導建筑節能、推廣綠色建筑的方向。該法作為先進施工技術的推廣應用得到了省、市建設主管部門的大力支持,但作為先進建筑垃圾廢骨料利用、節能環保技術的推廣應用,未能得到相關部門足夠的重視。為此,我們在繼續改進、完善和創新該工法的同時,將開展科學、信息化施工,強化環保、節能效果,爭取在建筑垃圾廢骨料利用、節能環保方面取得更大的進步。同時,更希望有關部門給予關注和支持,讓該項技術為國家的經濟發展、建筑垃圾廢骨料利用、節能環保及城市土地資源的開發利用和可持續發展作出更大的貢獻。

[1] 伍銳,黃長松.建筑垃圾資源化利用產業鏈分析[J],四川建材,2016,42(2):125-127.

[2] 《建筑垃圾處理技術規范》CJJ134-2009.

[3] 《組合錘法地基處理技術規程》JGJ/T290-2012.

[4] 《建材工業節能降耗發展綱要》2016年08月26日,中國建筑材料聯合會.