建筑廢棄物再生集料振動水密回填技術(shù)

涂亮亮，蔡文科，許 勐，江 建，范璐璐

(1.深圳市市政工程總公司,深圳 518000；2.深圳市天健(集團(tuán))股份有限公司，深圳 518034；3.深圳市特區(qū)建工集團(tuán)有限公司,深圳 518034)

城市更新過程中建筑物拆除會產(chǎn)生大量的廢棄物，若是簡單堆放或填埋，將消耗大量的征用土地費(fèi)、垃圾清運(yùn)費(fèi)等建設(shè)經(jīng)費(fèi)，同時處理過程中不可避免會出現(xiàn)遺撒、粉塵和灰砂飛揚(yáng)等問題，不僅影響城市環(huán)境、浪費(fèi)土地資源，還會造成巨大的能源和資源的浪費(fèi)[1,2]。因此，需要在對建筑廢棄物進(jìn)行除雜、破碎、篩分等處理的基礎(chǔ)上，探索再生集料的資源化綜合利用方向。

當(dāng)前針對基坑及管溝回填的施工，由于受場地和工作面的限制多數(shù)情況下無法使用大型機(jī)械，現(xiàn)有技術(shù)通常是采用分層填筑分層壓實的施工工藝。該方法分層厚度不宜過大，造成施工效率較低，且往往難以達(dá)到規(guī)范和設(shè)計對壓實度的要求，使得后期易出現(xiàn)沉降、空鼓等質(zhì)量問題，造成經(jīng)濟(jì)損失和質(zhì)量投訴[3,4]。基于以上背景，采用振動水密法對建筑廢棄物再生集料用于基坑和管溝回填的施工工藝進(jìn)行研究，并鋪筑試驗段檢驗其使用效果。

1 再生細(xì)集料基本性能

1.1 再生細(xì)集料級配

取代表性樣品進(jìn)行篩分檢測，再生細(xì)集料的級配試驗結(jié)果如表1所示。

表1 建筑廢棄物再生細(xì)集料的篩分結(jié)果 /%

1.2 再生細(xì)集料砂當(dāng)量

細(xì)集料的砂當(dāng)量是細(xì)集料路用性能的重要指標(biāo)，反映細(xì)集料中所含的土或雜質(zhì)的含量，以評定集料的潔凈程度[5,6]。對再生細(xì)集料進(jìn)行多次取樣試驗檢測，砂當(dāng)量試驗結(jié)果如表2所示，可以看出再生細(xì)集料的砂當(dāng)量滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2 建筑廢棄物再生細(xì)集料的砂當(dāng)量檢測結(jié)果

2 試驗結(jié)果

2.1 擊實試驗

采用重型擊實法測定再生細(xì)集料的最佳含水率和最大干密度，擊實筒規(guī)格為φ152×120 mm，擊實層數(shù)為3層，擊實次數(shù)為98次/層。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 再生細(xì)集料擊實試驗結(jié)果

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制含水率和干密度的關(guān)系曲線，如圖1所示。由圖1可以看出，試樣的干密度隨加水率的增加呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。這是由于試件含水量較低時，內(nèi)摩擦力較大而不易被壓實，而隨含水量的增加，水膜的潤滑作用有效降低了顆粒之間的摩擦力，在擊實功的作用下使試件得到壓實，當(dāng)達(dá)到最佳含水率時，增大加水率將導(dǎo)致孔隙體積變大，干密度反而降低，甚至?xí)霈F(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象。由試驗結(jié)果可知再生細(xì)集料的最大干密度為1.710 g/cm3，最佳含水率為14.8%。

2.2 膨脹性試驗

為了避免再生細(xì)集料在回填應(yīng)用中發(fā)生不均勻沉降，參考土工承載比(CBR)試驗方法驗證再生細(xì)集料的穩(wěn)定性，對再生細(xì)集料進(jìn)行膨脹性檢測。結(jié)合市政項目管溝回填中對壓實度的要求，分別成型三種不同壓實度(85%、93%及96%)的試件，架好百分表，將百分表初讀數(shù)調(diào)整至歸零，置于水槽中并注水至高出試筒頂面以上約25 mm，浸泡4晝夜后，讀取百分表讀數(shù)，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 再生細(xì)集料在不同壓實度下的膨脹性檢測結(jié)果

從表4可以看出，隨壓實度的增大，泡水前后百分表讀數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，說明試件的膨脹率在增大。這是由于試件的壓實度越大，試樣的干密度也就越大，單位體積內(nèi)細(xì)集料顆粒越多，吸收的水分也越多，因此膨脹量也越大[7]。但總體而言，再生細(xì)集料泡水后的膨脹率均不大，說明再生細(xì)集料的體積穩(wěn)定性良好。

2.3 分層回填壓實工藝

現(xiàn)有主流的基坑回填技術(shù)是采用壓實或者夯實的方法，分層填筑、分層夯實、分層檢測，且每層的厚度一般為30 cm左右，分層厚度過大時，很難保證壓實度符合要求。因此，回填效率較低。

施工前先配合機(jī)械進(jìn)行清底、整平等工作，控制再生細(xì)集料含水率在最佳含水率左右，回填時由管道兩側(cè)向管底均勻填筑，每層厚度不超過30 cm，逐層夯實完成后采用罐砂法進(jìn)行壓實度檢測，試驗結(jié)果見表5。

表5 再生細(xì)集料采用分層填筑壓實度檢測結(jié)果

市政道路管溝回填壓實度技術(shù)要求通常為：管頂上方0.5 m以下不低于85%，胸腔部分不低于95%。由表5可以看出，采用分層填筑工藝壓實度仍有局部回填料的壓實度沒有達(dá)到95%的要求，說明施工過程中仍需加強(qiáng)質(zhì)量控制。

2.4 振動水密回填

2.4.1 振動水密回填室內(nèi)模擬試驗

振動水密回填技術(shù)是將水灌入再生集料的表面，利用其潤滑作用，有效減小顆粒間的內(nèi)摩擦力，在振搗期間水的帶動作用下，小顆粒填充到大顆粒的縫隙間，從而達(dá)到提高壓實度的作用[8，9]。采用定制的1.5 m×0.8 m×1.0 m箱體模擬振動回填水密試驗。將再生細(xì)集料按一定的松鋪厚度攤鋪，加水飽和，用插入式振動棒振動，每30～40 cm停留30～45 s，振搗2遍，確保填料飽和密實。待填料沉降之后，第二次加入回填料至超高，采用同樣的方法再振搗1遍，去除表面的浮渣并整平，打開箱體底部的泄水閥排出多余的水，待表面無積水，達(dá)到一定的干燥程度，采用罐砂法檢測回填料的壓實度。對比再生細(xì)集料和天然細(xì)集料在振動密水回填工藝下的效果，試驗結(jié)果如表6所示。

表6 再生細(xì)集料與天然細(xì)集料室內(nèi)振動水密試驗壓實度檢測結(jié)果

從表6可以看出，采用振動水密回填技術(shù)可以充分滿足各工程部位對壓實度的技術(shù)要求。在同種密實工藝下，再生細(xì)集料回填的壓實度小于天然細(xì)集料的壓實度，這是由于再生細(xì)集料的吸水率較大，在振動水密過程中吸收較多的水分，占據(jù)了部分空隙，相比天然細(xì)集料較難壓實。

2.4.2 振動水密回填試驗段鋪筑

在室內(nèi)模擬試驗的基礎(chǔ)上，依托實體工程進(jìn)行振動水密回填試驗段鋪筑。現(xiàn)場施工前先清理基底，去除淤泥和雜質(zhì)，并設(shè)置側(cè)向排水的盲溝，將再生細(xì)集料按1.2～1.5 m的厚度進(jìn)行分層填筑，在整平的基礎(chǔ)上注水飽和至沒過表面，將振動棒插入到填料表面、中部和底部依次振搗，每次移動的距離為30～40 cm，振搗時間30～45 s，來回振搗兩遍保證充分密實不漏振，具體施工工藝流程如圖2所示。

每層振搗完成后，待表面無積水且干燥到一定程度，采用罐砂法進(jìn)行該層壓實度檢測，檢測結(jié)果如表7所示，可以看出壓實度基本都符合設(shè)計要求。與傳統(tǒng)的分層填筑工藝相比，該技術(shù)顯著提高了回填料的壓實度。因此，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

表7 再生細(xì)集料振動水密回填技術(shù)試驗段壓實度檢測結(jié)果

3 效益分析

3.1 技術(shù)效益

鑒于當(dāng)前很多工地基坑回填工作面狹窄，嚴(yán)重限制了大型機(jī)械設(shè)備的使用，因此，易出現(xiàn)回填料壓實度不足、不均勻沉降以及路面開裂、空鼓等病害，甚至還會造成地下管線的破壞等問題。而采用振動水密技術(shù)進(jìn)行回填可以有效避免上述問題，提高了管溝和坑回填的效率，可使壓實度滿足設(shè)計和規(guī)范要求，具有施工可操作性強(qiáng)、效率高、質(zhì)量易控制等優(yōu)點。在實際施工過程中還可通過增加振搗次數(shù)、延長振搗時間及減少振點間間距等措施進(jìn)一步控制回填質(zhì)量。

3.2 經(jīng)濟(jì)社會效益

1)循環(huán)利用，綠色環(huán)保。對建筑廢棄物再生材料的綜合利用，可以緩解城市更新所產(chǎn)生的建筑廢棄物的處理壓力，節(jié)約建設(shè)建筑垃圾受納場站的土地空間；同時可以減少對天然砂石的開采，緩解資源日益匱乏的現(xiàn)狀以及對生態(tài)環(huán)境的破壞等問題。

2)節(jié)約工程成本。一方面可以節(jié)省大量建筑廢棄物清運(yùn)和處理的費(fèi)用，另一方面，采用建筑廢棄物再生細(xì)集料作為回填材料，與天然細(xì)集料相比，可使材料成本大幅降低。

3)提高施工質(zhì)量。振動水密施工工藝?yán)谜駬v棒對再生回填料在飽水狀態(tài)下振搗密實，可有效提高回填壓實度，避免后期沉降問題。

4)提高施工效率，節(jié)省工期。與現(xiàn)有技術(shù)相比，振動水密回填技術(shù)可以使分層厚度大幅度增加，突破相關(guān)規(guī)范對厚度的限制，分層厚度可達(dá)1.2～1.5 m，顯著提高管溝及基坑回填效率，有利于節(jié)省工期，減少因施工對交通的影響，可較快的開放交通。

4 結(jié) 論

a.試驗表明不同壓實度下再生細(xì)集料的膨脹率均不大，說明再生細(xì)集料的體積穩(wěn)定性良好。

b.傳統(tǒng)的分層填筑分層壓實工藝，回填效率較低且局部壓實度難以滿足設(shè)計要求，而采用振動水密法回填工藝可使分層厚度達(dá)到1.2～1.5 m，壓實度達(dá)95%以上，顯著的提高了施工效率和施工質(zhì)量，應(yīng)用效果良好。

c.采用振動水密回填技術(shù)對再生細(xì)集料進(jìn)行循環(huán)利用，在節(jié)省工期、降低工程造價的同時，可以有效保證施工壓實度，減少對礦石的開采和對生態(tài)環(huán)境的破壞，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。