建筑废弃物再生细粒土在高速公路路基中的应用研究

赵德贺

（中国葛洲坝集团公司，宜昌 443002）

路基作为路面的支撑结构物，对路面的使用性能有重要影响，美国公路协会（AASHTO）调查统计结果认为70%以上的路面结构破损原因都与路基变形有关［1］。路基的长期性能，首先取决于组成路基本身材料的性能。规范［2］建议尽量少采用或不采用高液限粘土和膨胀率大的低液限粘土直接作为路基填料，其他材料只要满足一定的CBR强度要求［3］，路堤填筑时满足一定的压实度，均可以用来填筑路基。在我国南方地区的公路建设中，含砂粉土、一般粉土和粘性土、高液限粘土等细粒土作为路基填料使用广泛。近年来，国内外的研究者越来越多的将建筑废弃物用于制备公路路基。

在建的四川内遂高速公路南起内江、经资阳，北止于遂宁，是国家高速公路网巴中至昆明高速公路的重要组成部分。项目全长120.47km，采用四车道高速公路标准建设，设计行车速度80km/h，路基宽度24.5m。内遂高速建设沿线天然石料资源匮乏，但废弃物资源丰富，为了实现建筑废弃物的资源化利用，进一步的提高建筑废弃物的利用率，从而有效缓解天然石料资源匮乏的问题，并满足工程建设对集料的需求，保证工程建设的顺利实施。相关研究人员拟计划全部使用5mm以下的建筑废弃物细粒土来制备高等级公路的路基。试验及现场铺筑效果表明建筑废弃物再生细粒土的基本性能均满足《公路路基施工技术规范》（JTG F10—2006）中的相关标准，是一种性能优良的路基材料。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

原材料为四川成都德滨环保材料公司生产的粒径小于5mm的建筑废弃物再生细粒土。

1.2 颗粒分析试验

根据试验规程（《公路土工试验规程》（JTG E40—2007））［4］，使用规格为5mm、2mm、1mm、0.5 mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm的圆孔筛进行筛分测定。土样采用烘干土样，按照四分法分成4份，采用水洗法对土样颗粒级配进行筛分，其筛分结果如表1所示。

表1 路基材料颗粒分析试验结果

1.3 击实试验

依照《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）［4］采用重型击实实验，对细粒土进行击实，以得到其最大干密度和最佳含水量。试验结果如表2所示，从表可知最佳含水率与最大干密度分别为8.0%和1.65g/cm3。

表2 建筑废弃物细粒土击实试验

1.4 液塑限试验

根据《公路土工试验规程》中的“T 0118—2007液限和塑限联合测定法进行试验”，采用液限和塑限联合测定仪，对再生骨料小于0.5mm的颗粒进行表面观察和手捻试验，可知该细颗粒可分类为砂类土。试验中采用的公式（1）确定塑限出入土深度hp然后根据计算的hp值，根据实验数据得出wp，实验结果如表3所示。

表3 建筑废弃物细粒土液塑限试验

依据《公路路基施工技术规范》（JTG F 10—2006）［2］中的相关标准，作为沙基填料液限小于50%、塑性指数小于26且含水量适宜直接压实的细粒土，能够直接作为路基材料。建筑废弃物制备的再生土料是液限30%、塑性指数16均优于规范规定，故可直接作为路基材料。

2 实验结果与分析

利用建筑废弃细粒土制备公路路基，并对建筑废弃物路基填料静态路用性能进行试验研究。路基填料的承载比实验和静回弹模量实验均依照《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）的规定进行。建筑废弃物路基填料制备完成后依据我国《公路路基施工技术规范》（JTG F 10—2006）进行评价。

2.1 承载比（CBR）实验

依照《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）［4］进行实验，以检测材料抵抗局部荷载压入变形的能力。在压实度为96%的条件下得到3组平行实验的CBR值如表4所示。

表4 建筑废弃物细粒土CBR实验（压实度96%）

l＝2.5mm时的承载比

式中，CBR2.5为贯入量为2.5mm时的承载比，%；P为单位压力，kPa。

l＝5.0mm时的承载比

式中，CBR5.0为贯入量为5.0mm时的承载比，%；P为单位压力，kPa。

依据《公路路基施工技术规范》（JTG F10—2006）［2］中的相关标准，高速公路与一级公路的填料最小强度（CBR）（%）为8，试验中实际测试的建筑废弃物制备的再生土料CBR均值为56.1，是标准所要求最小强度的7倍，表现了良好的抵抗局部荷载压入变形的能力和良好的路用性能，是一种性能优良的路基材料。这种强度的明显优势主要是因为建筑废弃物再生细粒土中含有大量的水泥砂浆及混凝土微粒，这些水泥砂浆和微粒经过再次的水化硬化，形成了一定的强度，从而大幅度的提高了建筑废弃物再生细粒土的CBR值。

2.2 静回弹模量实验

路面设计中常采用回弹模量作为土基抗压强度的指标。依照《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）［4］进行实验，以检测路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值来评价土基的抗压强度。在压实度为96%的条件下得到3组平行实验的实验结果，如表5所示。

表5 建筑废弃物细粒土回弹模量实验（压实度96%）

依据《公路路基施工技术规范》（JTG F10—2006）［2］中的相关标准，建筑废弃物制备的再生细粒土回弹模量满足标准要求。回弹模量越高则说明土基在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力越强。建筑废弃物再生细粒土的回弹模量测试表明其能够承受约30MPa的垂直荷载，远远超过了普通车辆所能产生的压力。因此，建筑废弃物再生细粒土足以用作路基材料。

3 结 论

对实验选取的建筑废弃物再生细粒土路基填料进行了基本性能测试和静态路用性能实验研究，包括承载比（CBR）、静回弹模量等试验。经过一系列的试验，测定结果表明：

a.建筑废弃物再生细粒土的基本性能均满足国家相关标准的基本要求，其最佳含水率与最大干密度分别为8.0%和1.65g/cm3，且液限小于50%、塑性指数小于26，含水量适宜直接压实，能够直接作为路基材料；

b.建筑废弃物再生细粒土的CBR值平均值为56.1，是标准所要求最小强度的7倍，表现了良好的抵抗局部荷载压入变形的能力和良好的路用性能，是一种性能优良的路基材料。这主要是因为建筑废弃物再生细粒土中的水泥砂浆及混凝土微粒再次水化硬化，从而形成了一定的强度，大幅度的提高了建筑废弃物再生细粒土的CBR值；

c.建筑废弃物再生细粒土的回弹模量测试表明其能够承受约30MPa的垂直荷载，远远超过了普通车辆所能产生的压力。因此，建筑废弃物再生细粒土足以用作路基材料。

［1］ 中华人民共和国交通部，JTG F10—2006公路路基施工技术规范［S］.

［2］ 交通部公路科学研究院，JTG E40—2007公路土工试验规程［S］.

［3］ 黄永强，张家生.高速公路路基沉降及路面动力特性研究［D］.中南大学.