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建筑垃圾渣土在世博园区道路工程中的应用

    上海世博会园区原有厂房等建筑物拆迁过程中产生了大量建筑废弃物,建筑废弃物与建设场地原状土体相混和,形成建筑垃圾渣土。结合工程实践,总结采用高强高耐水土体团结剂(简称“HEC”团结剂)团结建筑垃圾渣土,应用于世博园区道路路基加固处理和半刚性基层的设计和施工技术。
    中国2010年上海世博会选址于上海市区黄浦江两岸,原址基本为工业用地,建有江南造船厂、上钢三厂等多家大中型企业,在世博园区基础设施建设过程中,原有厂房建筑拆迁产生了大量建筑废弃物,建筑废弃物与建设场地原状土体相混和,形成建筑垃圾渣土(以下简称渣土)。
    渣土在园区建设场地内分布面积广,体量巨大,性状亦十分复杂。在园区道路工程建设中,常规处治方法难以将其利用,若将路槽范围内渣土全部废弃,不仅需要外运堆放大量渣土,而且需要再从外部调运大量符合土路基填筑要求的土方,外运堆放渣土和外调土方,不仅增加了加固工程造价,也将大量占用土地和浪费自然资源,对自然环境也会造成不利影响。
从“可持续发展”的理念和“城市,让生活更美好”的办博宗旨出发,都应深入研究渣土的应用方案,做到物尽其用,避免对环境的不利影响。
1渣土的性状和固结剂
1.1渣土的性状
    渣土由渣和土两部分组成。渣的主要成分为厂房等建筑物拆迁产生的水泥混凝土块的砖块等建筑废弃物,也含有部分钢渣等工业废渣;土即为建设场地内的原状土体,基本为亚黏土,塑性指数在12左右。
渣土具有如下特点:
1) 粗集料得强度变化大,但总体强度均偏低,且分布不均。
2) 粗集料的粒径变化较大,超大颗粒含量较高。
3) 土中含有小部分表层填土和淤泥质土,植物根系和腐殖质含量较高,不符合路用材料的基本要求。
4) 渣与土混杂,粗、细集料比例不稳定,级配很差。
    渣土虽然具有上述不良性状,但同时也具备了作为道路建筑材料的基本特性。原状土体基本为塑性指数和含水量较为适中的亚黏土;同时建筑垃圾废渣与其混杂,又提供了一定的强度。
因此,渣土应用的技术关键,就是选择合适的土体固结材料稳定渣土,使其达到道路工程需要的路用性能。
1.2常规土体固结材料的不足
    目前,道理工程常用的土体固结材料主要有石灰,粉煤灰和水泥,相应的固结土为石灰土、二灰土和水泥土等。
上述土体固结材料适用于稳定一般土体或集料。当用作道路土路基加固时,要求土体具有较为均匀的强度和粒径,最大粒径不超过100mm,易于采用路拌机粉碎拌和,便于碾压成型;当用作基层或底基层时,则要求土体或集料具有良好的级配。用石灰、水泥等常规材料固结渣土,存在下列问题。
1) 由于渣土均匀性差,固结剂的掺量难以控制,掺量过低,则必然有部分粗集料含量较少的土体强度不能满足设计要求,提高掺量使固结土强度均达到设计要求,则易于产生温缩和干缩裂缝,而且浪费材料,提高造价。
2) 由于渣土中超大颗粒集料含量高,采用路拌机原槽掺灰拌和,容易损坏机械;采用挖掘机等简单机械施工,固结材料和渣土难以拌和均匀,无法保证工程质量;采用集中拌和和机械摊铺,则需要将渣土集中并剔除其中不良成分,不仅施工成本高、施工周期长,而且难以满足工程进度的需要。因此,石灰、粉煤灰、水泥等常规土体固结材料均不适用与固结渣土。
1.3HEC高强高耐水土体固结剂
    通过对建材市场上各种固结材料的考察和比选,并经过室内试验和试验路铺筑,最终确定使用HEC高强高耐水土体固结剂(High Strengh and Water Stability Earth Consolidator ,缩写“HEC”),作为渣土的胶凝材料,应用道路工程中。
HEC土体固结剂是一种无机水硬性胶凝材料。可用于固结一般土体、砂石集料和工业废渣,在工程实际应用中,用于固结淤泥质土,吹填砂等非常规建筑材料,用于道路工程、水利工程等,已经取得了良好的应用效果,室内试验和工程应用实践证明,与石灰、水泥等常规土体固结材料相比,采用HEC固结渣土、具有以下优势。
1) 对渣土集料强度和均匀性的要求较低,对渣土进行简单处理,即可用于固结处治。
2) 固结后强度高,通过调整固结剂掺量,能够达到道路土路基加固处理和半刚性基层的强度要求。
3) 具有微膨胀的效果,有效缓解半刚性材料的温缩和干缩裂缝。
4) 施工难度低,在路槽内将渣土和HEC固结剂摊铺开,用挖掘机进行拌和后,再用压路机碾压即可。
2渣土在园区道路工程中应用
    世博园区新建道路位于黄埔江沿岸,路基软土分布广,地下水位高、初期采用上海市常用的半刚性基层沥青路面,并对软土路基进行加固处理;后期对路面结构和路基加固进行优化调整,采用HEC固结渣土代替常规用材料。
2.1在新建道路路基加固处理的应用
    HEC固结渣土具有较高的强度和水稳定性,采用两层共50cm低剂量HEC固结渣土代替级配砂砾隔水垫层和石灰土路基加固,既作为软土路基加固处理措施‘又起到阻隔地下水的作用。防止地下水渗入路面结构而导致路面水损坏。
2.2在新建道路半刚性基层中应用
    通过提高HEC固结渣土中HEC固结剂的掺量,HEC固结渣土可以达到与水泥稳定碎石相当的强度,可以作为道路半刚性基层材料。但是工程实际中采用挖掘机拌和的方法进行施工,渣土粗集料粒径又较大,HEC固结渣土结构层表面平整度难以保证,因此,部分园区新建道路仅采用高剂量HEC固结渣土代替水泥稳定碎石作为新建道路下基层材料。
2.3其他应用途径
    园区内临时施工通道行驶大量重载施工车辆路面结构承载能力的要求高,但对路面平整度的要求相对较低,因此,园区内大部分施工通道可采用HEC固结渣土作为半刚性基层材料,在其上直接铺筑沥青面层使用,园区停车场亦可采用HEC固结渣土作为铺装结构的基层材料。
3HEC固结渣土的技术要求
3.1材料要求
对于HEC固结剂,现行规范中并无相关要求,因此HEC固结剂的质量应满足其企业标准。
对于渣土,最重要的两项控制指标:
1) 粗集料的最大粒径要求,主要是为保证结构层的压实效果。渣土中粗集料的最大粒径一般不应超过压实厚度的1/3,对于超过最大粒径要求的集料,应在拌和前人工拣出。
2) 渣土中土与渣的比例要求,则主要是为了保证结构层的强度,粗集料之间的嵌挤是HEC固结渣土强度的主要来源‘土和HEC固结剂相互作用,将粗集料结成密实的板体,渣土中土的比例过高,强度难以达到设计要求;渣的比例过高,则不易形成密实的板体,渣土中土与渣的比例,一般应控制在4:6左右。但在实际施工过程中,由于现场渣土均匀性较差,一般控制在5:5~3:7.工程检测证明,在上述土与渣比例范围均能够满足强度要求。
3.2强度要求和混合料组成设计
HEC固结渣土的强度指标参照常规半刚性材料采用7d浸水无侧限抗压强度控制。
HEC固结渣土应用于道路基层或路基处理时,其设计参数应通过室内试验确定。
4HEC固结渣土的施工
    世博园区HEC固结渣土的应用部分,主要集中在新建道路路基加固处理,部分新建道路下基层和部分临时施工道路基层。
    综合考虑渣土性状、使用要求、施工周期、施工难度和造价等多方面的因素,HEC固结渣土基本采用挖掘机原槽路拌的施工方式。其优点是对渣土均匀性要求低、施工速度快、施工难度低、节约造价;其不足是平整度较难控制。
在对平整要求较高的应用场合,如道路上基层,建议对渣土进行一定的筛分处理,并采用集中拌和。平地机摊铺的施工方式。采用该种施工方式,可提高渣土的均匀性,HEC固结剂的掺量可适当降低;平地机摊铺也有利于保证结构层的平整度。
无论是原槽路拌,还是集中拌和,其施工要求都与常规半刚性材料,如石灰稳定土、二灰稳定土、水泥稳定土等类似,在此不再赘述。
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