建筑废弃碎石砖填筑路基的施工工法
山东鲁桥建设为有限公司
董光坤、柳春风、侯伟、李高波、郭忠宝
1．前言
在公路建设中为避免富水环境对路堤结构影响，一般采用高路基方案，大量消耗不可再生土地资源，路基取土活动不仅破坏了沿线环境景观，并形成了新的环境稳定问题。同时，路基工程常遇到沟塘等特殊区域，清淤后需进行回填处理。传统沟塘处置一般采用降水清淤后，分层填筑方案，回填材料多以石灰改良土或透水性块石料为主。这不仅施工费用高、难度大、周期长；而且加剧了公路建设对不可再生的土地资源消耗，且清淤后弃土易产生二次堆放占用土地问题，以及转运或堆放中的次生污染问题。将建筑废弃碎石砖等废料作为地基或填料，不仅可以解决以上存在的问题，还为废渣和建筑废弃碎石砖利用开辟了新的途径。
无棣县蔡河公路工程主线自东张路马山子镇蔡庄子村为起点，沿线途经七个乡镇与国道205相连，全长47.3Km，按交通部二级公路标准规划建设，设计行车速度80km/h，路面全宽18m,双向4车道,路面结构层为3+5cm沥青砼路面、2X18cm二灰稳定碎石基层、18cm石灰稳定土底基层。区域内地下水属黄河冲积平原水文地质区，地下水丰富且埋藏较浅，类型单一，属第四系孔隙潜水，主要由大气降水补给及河水补给。含水层多由粉砂、细砂组成。
蔡河公路工程中有37km路段利用原有的县乡公路，两侧排水沟均有积水，在施工中采用建筑废弃碎石砖填筑，减少了材料浪费，取得了明显的社会效益和经济效益。
2．工法特点
2.1工法采用机械连续冲压技术针对性良好，富水环境下的稳定性能、冲压层表面力学性能，具有良好的压实效果。
2.2建筑废弃碎石砖挤淤法，应用于路基加固，如沿线较长范围内存在淤泥，应用建筑废弃碎石砖。抛填过程中排出被挤出的淤泥，保证填料沉底并有足够的密实性。
2.3工法采用沉降量观测作为压实度的控制可以有效提高建筑废弃碎石砖路基的强度和稳定性。
3．适用范围
本工法适用范围：旧路改建拓宽、沟塘等路基路床以下填筑区域施工。
4．工艺原理
4.1建筑废弃碎石砖土碾压工艺
建筑废弃碎石砖路基施工过程中必须高度重视压实工艺，只有对路基压实施工进行严格的控制，提供足够的压实功，才能将砖块破碎，使粒径变小、
颗粒重新排列、填充孔隙、减少孔隙比，从而提高路基的整体强度与变形稳定性。但是还应注意，压实功应控制在合理的范围内，既要保证充分地压实，又要避免过分地提供压实能量，使粒径碾压过小，不能达到连续级配，同时避免出现粒径回弹，填料得不到充分密实现象的出现。
4.2建筑废弃碎石砖碾压遍数的确定
通过试验段，研究摊铺厚度、碾压能量、碾压遍数等因素对建筑垃圾填筑路基性能的影响，确定了碾压遍数与各力学指标的关系。
当松铺厚度为60cm时，碾压遍数超过6遍时，填料的回弹模量基本不再增长，变形模量和地基基床系数也表现出同样的趋势，甚至略有减小。这表明压实功一定的条件下，仅靠增加碾压遍数来提高建筑垃圾的强度和密实度是比较困难的。
①回弹模量结果
图1 建筑垃圾回弹模量与碾压遍数关系
②基准基床系数
图2 建筑垃圾基床系数与碾压遍数关系
③变形模量
图3 建筑垃圾变形模量与碾压遍数关系
因此，建筑垃圾路基施工时，必须根据经济、技术等方面的要求，合理确定相应压实功条件下的松铺厚度和碾压遍数。
5．施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
建筑废弃碎石砖填前处理路基基底处理摊铺、整平填筑碾压质量检测
5.2操作要点
5.2.1建筑废弃碎石砖填前处理
根据建筑废弃碎石砖的粒径和成分进行分选、剔除，进行级配优化处理。必要时采取破碎，添加水泥或石灰改性措施。一般采用简单有效的人工方法将可能的污染物、易腐蚀物、易降解物等不利填料予以剔除。路基填料的颗粒最大粒径一般不超过铺填厚度的2/3。然后运至方便利用而又不影响施工的区域分类堆放，不能使用的建筑废弃碎石砖混合体则单独堆放。
5.2.2建筑废弃碎石砖挤淤施工
建筑废弃碎石砖挤淤施工对材料的粒径要求较高，施工时优先选用粒径大于20cm的混凝土碎块。对碎石砖进行粒径分类筛选，分类堆放。挤淤时选用粒径大于20cm的碎混凝土块，挤淤的施工长度控制在30m，抛填时从施工段的一头开始，向另一头顺序施工，使淤泥向一侧挤出。待碎混凝土块抛出水面后，应用较小的建筑废弃碎石砖填塞垫平，用冲击压路机压实。
5.2.3摊铺整平
采用建筑废弃碎石砖代替一般路基填料，虚铺厚度选择是压实效果控制的重要参数。虚铺厚度应考虑冲击压实机性能、有效加固深度、填料粒径、填料性质，在确保填筑质量、技术合理的前提下，也应符合节约造价和缩短施工周期等方面所提出的要求。对于建筑废弃碎石砖大块料较少．采用后退式摊铺法。后退式摊铺法是指运料汽车在上一层已压实好的表面上后退卸料，形成许多密集的填料堆，再用推土机整平。若仍有个别较高的堆体，应通过人工整平使其表面平整。对于建筑废弃碎石砖大块料较多时，一般采用冲击碾压，此时填料松铺厚度不宜大于1.0 m，最大粒径不宜超过层厚的2/3。冲击压实填筑体颗粒上限粒径一般小于0.3~0.5m。
5.2.4填筑碾压
建筑废弃碎石砖路基施工过程中必须高度重视压实工艺。只有对路基压实施工进行严格的控制，提供足够的压实功，才能将砖块破碎，使粒径变小、颗粒重新排列、填充孔隙、减少孔隙比。从而提高路基的整体强度与变形稳定性。
但是还应注意，压实功应控制在合理的范围内，既要保证充分地压实．又要避免过分地提供压实能量，使粒径碾压过小，不能达到连续级配．同时避免出现粒径回弹，填料得不到充分密实现象的出现。
施工程序如下：
建筑废弃碎石砖采用冲压施工，施工程序如下：
①在适度含水量条件下填料松铺整平；
②用冲击式压实机进行冲击碾压，压实机的行进速度应控制在10~12km/h 左右，冲碾顺序应符合“先两边、后中间”的次序，以轮迹重叠1/2铺盖整个路基表面为冲碾一遍，碾压第3遍前，通过目测发现粒径较大，不需要做检测，碾压至第6遍筛分检测。一般冲碾5~8遍；
③建筑废弃碎石砖颗粒直径基本在3cm以下，且与碾压8遍的筛分试验较为接近，碾压效果即达到要求。挑拣出少量的未碾碎的钢筋混凝土块。按照路面横坡平地机精平，平轮压路机碾压2遍。
④检测路基压实度，如果压实度达不到要求，应视情况补充冲碾5~10遍；
⑤整理路槽，振动或静碾压路机碾压1~2遍，达到验收标准为止。
6．材料与设备
本工法所需材料为城市建筑废弃碎石砖，采用的机具设备见表6。
表6 机具设备表
7．质量控制
7.1工程质量控制标准
7.1.1填筑符合《公路路基施工技术规范》 (JTG G10-2006)
7.1.2经强振碾压，建筑废弃碎石砖应破碎成5~20cm左右的碎块并相互嵌挤稳定。
7.1.3碾压后的沉降量应趋于稳定，一般以最后两遍的平均沉降量不超过5mm为准，或其平均沉降量为总沉降量的5%~10%。
7.1.4实测项目
实测项目
7.2质量保证措施
7.2.1碾压顺序采用从两侧开始，向中心错轮的方式，轮迹重叠20㎝，碾压遍数一般为5~8遍。
7.2.2碾压时前5遍速度约为5~9k m/h，以后速度可加快至10~12km/h。
7.2.3一般情况下每碾压5遍左右进行一次沉降量、破碎程度和弯沉指标的检测，五遍之后每隔两遍检测一次。
7.2.4碾压前查明碾压范围内的地下管线及附近各种构造物，并根据构造物的类型设置保护距离，施工前对于拟保护的构造物在保护范围的外围应设置明显的标记物，对于不符合避让距离但又必须施工的可采取降低压路机的行驶速度减弱振动，增加碾压遍数的保护措施，并应设专人指挥，尽量减轻影响。
8．安全措施
8.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。
8.2本工法施工用的主要设备为挖掘机、推土机、压路机，施工过程中严格执行操作规程，制定安全施工技术交底。
8.2.1挖掘机工作时，必须有专人指挥，并且在其工作范围内不得站人。
8.2.2材料运输车进出场必须打开转向灯，入场后倒车必须设专人指挥。
8.3建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作
业标准化、规范化。
9．环保措施
9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。
9.2对于驻地生活污水及施工过程产生的污水，预先设置污水汇集设施，沉淀处理达到排放标准后再行排放。
9.3施工前，对主要车辆行走便道进行硬化，防止扬尘；施工过程中，采取洒水降尘措施，控制扬尘。
10．资源节约
该工法发展绿色环保的施工方式，推广应用资源节约型和环保型的施工方式，通过资料的综合利用、资源短缺代用以及二次资源回用，降低对各类资源的消耗，减少建筑废料和污染物的生产和排放。我国节能技术政策大纲明确指出有条件的城市应试行建设垃圾利用等工程。因此，建筑废弃碎石砖的应用正顺应了国家环境保护与节能的严峻国情和重大方针政策。
11．效益分析
随着我国经济建设的迅猛发展和公路的大量修建，会碰到越来越多的旧路拓宽和建筑废弃碎石砖填筑路基的问题。本项目的研究，在理论技术上是
一个极大的促进和提高，具有巨大的应用和发展前景
11.1经济效益分析
软基、沟塘等特殊路基施工通常采用换填片石，故效益分析主要通过和换填片石施工进行对比。
1、换填片石：根据工程预算，换填片石单价每立方225.62元；
2、建筑废弃碎石砖：根据工程预算，建筑废弃碎石砖单价每立方82.5元
每立方节省费用：225.62-82.5=143.12元
无棣县蔡河公路工程共完成建筑废弃碎石砖填筑33万立方，共计节省费用4722万元。
11.2社会效益分析
11.2.1本工程共利用建筑废弃碎石砖33万立方，可减少建筑垃圾处理费336.6万元（参照滨州市物价局收费项目公示，建筑垃圾处理费为6元/t,建筑垃圾密度取1.7t/m3，节省费用：33*1.7*6=336.6万元）
11.2.2随着城市建筑垃圾量的增加，垃圾堆放点也在增加，而垃圾堆放场的面积也在逐渐扩大，对建筑废弃碎石砖的有效利用，减少了建筑垃圾对处理场地的占用，同时也减少了对土地的占用。
12．应用实例
无棣县蔡河公路工程位于无棣县境内，全长47.387km。全线地层土性为黄河沉积物冲洪积土体，以粉土、粉质粘土为主，5m以上地基土松软，地基承载力90～110kPa；地下水位埋深0.80～4.50m，一般为2.50m，由于地下水位较浅，雨季及春灌期地下水位明显抬升，两侧排水沟常年有积水，易导致地基土软化。在工程施工中，充分利用城市建设中产生的建筑废弃碎石砖，共完成建筑废弃碎石砖填筑33万立方米，成品检测符合《公路路基施工技术规范》 (JTG G10-2006)要求，取得了良好的经济和社会效益。