建筑垃圾再生混合料在路基项目中的应用探讨

谭孝源

摘要：面对城市化的持续性推进，如今城市道路在社会中所发挥的价值与作用变得越来越突出。路基施工意义非凡、十分关键。本文以路基工作区作为讨论对象，利用一些简单的数据模拟辅助验证。围绕路基工作区结合城市道路项目实际条件，分析建筑垃圾再生混合料在路基施工过程中的使用具体思路，在改良配方的前提基础下通过现场试验、室内试验方式讨论路基施工数据和工程项目的关系，希望能够为路基作业提供合理性参照。

Abstract： With the continuous advancement of urbanization， the value and role of urban roads in society has become more and more prominent. Subgrade construction is of great significance and is very important. This paper takes the subgrade work area as the discussion object and uses some simple data simulation to assist the verification. Based on the actual conditions of the roadbed work area and combined with the urban road project， the paper analyzes the concrete ideas of the construction waste reclaimed mixture in the roadbed construction process， and discusses the relationship between the subgrade construction data and the engineering project through field test and indoor test on the premise of improving the formula. I hope to provide a reasonable reference for roadbed operations.

关键词：城市道路;建筑垃圾;路基作业;车辆荷载

Key words： urban road;construction waste;subgrade operation;vehicle load

中圖分类号：U414                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）34-0277-03

0  引言

在城市化推进中，交通系统的作用是非常关键的。城市道路为人们提供了出行环境、出行条件，同时也为加快经济互动提供了前提保障。作为一种带状立体结构，城市道路有着很大的占地宽度，施工中往往会用到非常多的砂石与土方材料。路基作为城市道路当中最重要的一部分，路基施工需要处理好细节问题，体现与发挥现代化节能环保施工工艺价值。城市道路是连接各个城市内部各个组团的重要纽带，道路的施工会对周围造成环境层面的影响。很多施工现场不具备土方挖掘的条件，为了施工就需要考虑各种填筑资源，如其中的路基填料。在近些年，国内各地城市发展迅速，许多建筑物都在重建和拆迁，产生了大量的建筑垃圾，这些垃圾大多采用直接填埋或是露天存放，浪费土地资源的同时也引起了比较严重的大气环境污染。所以这里建议直接使用建筑垃圾作为路基填料，再生利用建筑废弃物，减少资源浪费最大化施工效益。

1  路基工作区

在城市道路路基施工中所用的材料主材为石料与土。判断路基承载力、荷载的过程中主要考虑的是交通荷载中路基受到的三维受力情况与影响。竖向应力在路基中主要包括车辆的轮载附加应力，这种力会导致路基出现竖向的变形情况。路基的应力变化条件如图1所示，其中σ指的是路基自身的重力，而σ2表示的是受到的附加竖向应力。

在路面深度增加的过程中，路基的自重应力会不断扩大。此时竖向附加应力有不断缩小。也就是说在某深度范围条件下，该交通荷载竖向附加应力有着很大的自重力比值。路基竖向变形会受到很大的影响[2]。从相关文献报告中得知需要用路基工作区概念展开交通荷载带给路基深度影响的分析。

这里所说的路基工作区实际上指的就是在特定范围条件下，此时的交通荷载带来的竖向应力和路基自重之间的比重关系。确定路基工作区的过程中首先要考虑的就是明确计算自重应力与竖向附加应力的关系[3]。根据这些条件的数据比值判断工作区深度、工作区范围。

1.1 应力计算

在考虑有交通荷载的条件下，计算其应力属性时，可以先假设车轮的荷载是圆形的垂直荷载。此时路基有着弹性均质半空间属性。

1.2 深度计算

参照路基应力计算给出的条件可以确定的是σ与σ2的比为 ，这里的Za就是在该路基工作区中体现的深度条件。而P表示的是垂直荷载，K是系数，在判断中选择应用3/2π的方式。

在计算以上这比值过程中，1/n实际上非常小，一般来说该数值在1/10至1/5区间。这里所表示的是路基中交通荷载应力和路基自重比值关系能够忽略交通荷载带来的影响，满足了深度要求。参照前面公式得出这样的条件 。根据对这个公式的分析与讨论我们所能够了解和获知的是交通荷载和工作区深度、路基刚度关系密切[4]。设计道路结构过程中，必须要充分保证路基工作区刚度与强度、稳定性，这样才能够控制整个道路工程自身的属性与质量。

2  结构性能研究

2.1 参数模型

为了充分判断与分析填方路基使用中的路基受力情况、问题和条件，使用MIDASGTS专业分析软件，在软件平台模拟操作路基在受理過程中的静力状态情况。此时路基拥有了可以无限延伸的能力，在延伸中路基的断面保持相同，这样就可以采用二维平面模拟路基相关受力条件和环境变化情况。随后对道路的结构做深度划分，设置高度与宽度对应的模型。在实践中应用C20混凝土材料，这种材料主要用在对道路工程防水层的模拟。路基的构成部分则使用了莫尔库材料，在单元模拟中解决问题。最后利用点荷载手段模拟道路运行中车辆的荷载情况。表1是结构物的力学参数表。

2.2 边界条件

路基的边界条件为：顶面为自由表面，两边为横向约束，底面为固定约束，在实践中还需要将模型的左面、右面、下面三个区域作为参照点，使用法向约束。此外上部要进行自由约束。另外使用和二维模型保持垂直的平面，用转动约束与法向约束，这么做能够规避模拟面在运行中发生转动效果[6]。在这里需要先做假定计算，先将路基的每一个层看作是有着均匀性、连续性的弹性体，此时没有滑移现象。初始应力除了要考虑路基自重以外，还要考虑测向静止土压力[5]。在多次尝试、多次实践加工操作以后发现测向静止土压力并没有对材料造成过多的弹塑性参数干扰和影响。

2.3 结果分析

车辆荷载过程中路基发生的竖向位移情况详见图2。

从图给出的数据可以看到，在路面荷载作用下，此时的路基发生了很明显的变化，其中最大的部分就是靠近地面的部分，发生了非常明显的变形现象，有的甚至达到了5.9毫米。并且其沉降还以放射状条件四散分布。

在车辆荷载作用下，此时的路基就会发生不稳定性位移。随后深入分析得到的是，路面荷载作用会让路基呈现出受力变化现象，这里所指的变形实际上就是路基此时受到了很大的应力变形。假设路基和路面保持很近的距离，那么这个时候就会出现变形程度更加严重化。必须说明的是，实践中虽然有多个地区都有明显沉降变形，但是最明显的还是路面5米以下，如果深度超过5米，到了5至7米区间时，那么沉降量问题就能够得到有效控制。如果深度超过了7米。那么此时的沉降量就能够被控制在1毫米范围当中。从中得知的是路基沉降位移的主要发生点为路面与路基上部。

在车辆荷载作用下路基发生了竖向应力变化，如图3所示。

在深度增加的过程中应力会逐渐变小。通过调查最深地区的应力有1.12MPa。在最后的分析中获知，该区域车轮荷载受到的垂直力在它的下方1至2米左右。在深度超过3米的时候，其应力值有不断减小。这也充分证明了路基在较深处所承受的附加应力带来的荷载振动会很小，而在路基浅层部位就相对来讲荷载振动大很多。这些规律性衰减现象可能是因为路基的整体部分对应力带来的荷载振动具有吸收消化功能，对往下传播的应力传递起到一个衰减作用。

3  改良路基填料配方的做法

在我国城镇化建设发展过程中，城市道路成为了一项非常重要的任务。有城市发展的地方就有城市道路的建设，当然不同地区的自然条件和水土条件不同，引发了各种各样的施工结果。有些地区含水量很大，所以在路基碾压后发生了弹簧效应问题。对此，施工过程中可以采用很多种施工方案，比如土工格栅、抛石挤淤等等。但在选择这些方案时需要考虑一些敏感因素，如地质水文、地基深度、社会经济效益等因素。以前传统施工中所用的土工格栅与抛石挤淤实际上是不环保、不节能的。为此就需要应用新型的解决办法，那就是建筑垃圾。如某城市道路项目在施工前拆除了原地址大量建筑物，留下大量废弃建筑垃圾。清除与搬运这些建筑垃圾会投入大量人力、物力资源。搬运中很有可能会导致清运环节出现大量扬尘、灰尘引起环境污染问题发生。这势必会影响到工程整体进度，对工程造成巨大的负面影响。这就需要利用建筑垃圾再生混合料作为就近城市道路的路基施工，这样以来，不仅把建筑垃圾就地消化了，还节约成本，同时还能体现环保的价值。正因为有这样非常好的正面效果，故在近些年我国项目工程中都得了广泛应用。

3.1 建筑垃圾改良

从当前我国的大环境来看，最常见的建筑垃圾就是各种砖渣土，由于这些砖渣土材料有着较大的压缩性与渗透性，如果将这些砖渣土直接用于路基当中肯定会对质量造成一定负面影响。在使用这些砖渣土材料的过程中要充分考虑避免其压缩性与渗透性的扩大化，要从根本上提高路基填方整体稳定性。为了减少这一负面影响，就需要处理好材料配合比的关系。我们采用石灰土和粉煤灰作为改良附加材料，具体实践结果与配合比关系如表2所示。

在实践中将控制路基填料含水量作为首要任务，要确保填料含水量始终处于最佳稳定状态。通过实践得到证明，当改良材料在4%至8%的时候有着较好的稳定性。通过对配合比做合理、充分改良，保障压实度始终稳定在0.96。结束实践以后，用为期4d的浇水措施对其进行养护，随后做性能试验，结果与条件如下。

3.2 室内试验

首先是压缩试验，也就是展开对各种配合比条件下的路基填料性能数据的分析工作，重点是压缩系数。在粉煤灰与石灰的添加量达到3%的时候可以看到，这时候路基填料压缩系数最小。从中可以判断的填料的压缩性最小时的稳定性最好、最不容易受应力影响变形。

其次是渗透试验。我们从建筑垃圾砖渣土路基填料中去部分样品，用附加材料石灰土和粉煤灰作为配料，附加材料为细粒土状态。在操作中使用变水头渗透操作，用这种做法能够有效掌握填料渗透的系数。从试验数据、实验结果看到的是粉煤灰与石灰如果达到了3%的添加量时，那么这时候的填料平均渗透系数就达到最小数值。该系数为1.07074*10-6。从该数据我们所能够得知的是，该组有着理想的渗透改良效果。

最后是CBR试验。通过对前面各种数据分析的结果，使用其中的一个数据组做CBR试验，在实验中取得CBR值。该值将会作为验证实验与工程规范是否相统一的条件。这里的CBR具体值用到的是CBR=P1/P2*100%。在这一公式中可以看到，如果贯入量为2.5mm，那么它所对应的荷载压强就会到达763.9kPa，使用前面所说到的公式能够获知路基填料上路床CBR为10.91。根据道路工程相关规范路基路床CBR≥8%的要求，确定该组数据满足需要。

基于以上条件与数据选择其中一段城市道路进行具体实验。最后得到的结果是按照以上配合比混合参配生产得到的填料并没有对路基造成负面影响，没有出现严重沉降变形现象。通过这种混合料参配保证的路基的整体稳定性，也保证了良好的车辆通行条件，同时路基的排水效果也起到改善效果。

从全文的数据测试结果可以看到的是路基、交通荷载、工作区深度之间相互关联是非常密切的，三者对于路基最后的稳定性影响非常突出。在路基工作区中，车辆荷载带给路基结构的影响最为突出。设计路基结构时一定要充分考虑路基工作的刚度、强度与稳定性。

此外根据本文所叙述的结果可以看到的是，路基工作区建筑垃圾再生混合料以及道路工程相关規范报表对于路基路床的CBR值有着明确性能要求。为了让这些建筑垃圾填料可以在使用中发挥实际作用，需要使用二灰改良混合料。如添加3%的粉煤灰、石灰，用这种附加材料来保障路基工作区的刚度、强度与稳定性，以确保车辆通行平稳，为人们创造更稳定的道路环境。

4  使用建筑垃圾再生混合料注意事项

建筑垃圾在使用过程中虽然有很大的优势所在，但在实际施工中还有几点值得我们注意的。

4.1 提前展开土壤适配性条件与材料化学属性分析

因为很多建筑垃圾在使用与常年累计作用中存在高浓度化学成分，这些化学成分包含很多有害物质。如果直接拿来使用很有可能会污染水源、土地资源。所以在使用建筑垃圾过程中需要提前做好土壤适配性以及建筑材料化学数据判断工作。

4.2 搭配使用各种材料

通过对建筑垃圾的化学属性进行科学分析后，对不符合回填的建筑垃圾要采用合适的途径改变材料性能、属性。通过和其他材料的搭配使用，以消除建筑垃圾原本的不利化学成分，减少对环境的污染。

4.3 提前进行再生材料的筛选与分类

使用不同材料时候一定要严格按照其材料特征进行作业。比如混凝土、石块、废土等资源的混合使用时，需要认真的考虑这些资源条件的特征，采用不同的作业方式。所以，在使用前一定要慎重筛选与分类材料，同时做好材料清洗工作，减少垃圾杂质污染。

5  结语

从国家大数据网中我们可以看出，当前我国有着数量非常庞大的建筑垃圾资源，这些建筑垃圾资源的随意堆放势必会对我国土地资源造成很大的负面影响，并且会危害当地环境。为了减少对环境造成的负面影响，可以充分使用建筑垃圾资源作为路基施工填料。通过合理的筛选与分类，搭配稳定性良好的配方附加材料，制成既稳定又安全的高质量建筑垃圾再生混合料。在保障与满足工程要求的前提下，把建筑垃圾变废为宝，为人们的生活创造福祉。

参考文献：

[1]王涛.公路工程项目建设改扩建道路路基加宽施工技术应用[J].住宅与房地产，2019（24）：191，209.

[2]邢灿连.公路工程项目中的填石路基施工技术[J].交通世界，2019（22）：28-29.

[3]袁海鸿.公路工程项目建设改扩建道路路基加宽施工技术应用[J/OL].交通世界，2019（16）：74-75，77.

[4]焦小平.对高速公路路基施工技术标准化相关问题的研究[J].科技创新与应用，2019（20）：146-147.

[5]陈文.基于某项目的新旧路基加宽处理方法研究[J].中国新技术新产品，2019（12）：109-110.

[6]耿武.路基填筑施工质量控制要点[J].四川水泥，2019（05）：249.