建筑垃圾在地基加固中的效果分析
2022-02-07张占超朱浩然
张占超 朱浩然 翁 楠 连 晶
(1.张家口市建设工程质量监督站,河北 张家口 075000;2. 河北省建筑工程质量检测中心有限公司,河北 张家口 075000;3.张家口市正元工程检测中心,河北 张家口 075000)
0 引 言
改革开放,给我国带来经济的飞速发展,城市的现代化建设也拔地而起.然而,大量的建设,也产生了大量的建筑垃圾[1].面对如此数量的建筑垃圾,只是简单的堆放和埋填,已经不再适宜,同时还会浪费土地资源,污染环境.所以,急需寻找到处理建筑垃圾的更新的、更合理的方式.发达国家早在20世纪中期,就开展了建筑垃圾再利用的相关研究[2].美国、德国、日本等国家,相继出台了有关建筑垃圾、废物利用等的政策规范.I.B.Topçu等[3]回收废旧的混凝土、沥青等材料,再生产出新的再生料,通过检测可知,其使用性能与新料无明显差别.Minoru Matsuo等[4]研究了建筑废土的利用与改良方法,为建筑废土的再利用提供了宝贵的经验.Tahmoorian Farzaneh等[5]利用再生的建筑集料,来代替沥青混合料中的原生集料,研究其可行性.发达国家对于建筑垃圾的研究较早,其再利用率也比我国高出很多.近年来,我国许多研究者也逐步开始了相关研究.侯景鹏等[6]针对建筑垃圾的再生材料,研究其物理特性,并与天然材料作对比,表明再生材料在透水性等方面的优势.范劲松等[7]针对渣土的产生与加工等方面进行了研究,提出新的分类方法与标准,为再利用提供了有效的经验和方法.张敏等[8]分析了建筑垃圾的资源化利用,从全生命周期的角度,对建筑垃圾的产业化发展,进行了详细的阐述.
面对如此形势,本文把建筑垃圾作为地基填料,依据实际工程实践,分析以建筑垃圾作为地基处理填料时,该地基的处理效果,并验证其可行性.
1 建筑垃圾的界定与分类
1.1 建筑垃圾的界定
迄今为止,对于建筑垃圾的定义,在全世界范围内,都没有明确的界定.建筑垃圾的种类繁多,组成成分多样,来源更是广泛,通常可能还会混有生活垃圾[9].因此,至今没有统一的意见来对其定义.
在民众的认知中,建筑垃圾可能只是旧房屋、建筑等拆除时产生的废弃料,然而,从科学的角度来说,还应包括新建筑物建造时产生的废弃料,如混凝土、砂石、塑料、金属、木料等,以及道路、基础施工中产生的碎石和废土,装修时产生的废料等几方面[10].
1.2 建筑垃圾的分类
建筑垃圾的分类,通常有三种,分别为:来源分类法、可利用性分类法和物理成分分类法.
(1)来源分类法
主要依据建筑垃圾的来源,即生成地点,来划分.包括建筑弃物、装修弃物、建材废品废料、基坑弃土、道路及建筑等拆除废弃物.
(2)可利用性分类法
主要依据组成成分以及材质,对建筑垃圾的再利用程度来划分.包括无机非金属类可再生利用建筑固废、有机类可再利用固废、金属类建筑固废、废旧物品.
(3)物理成分分类法
显而易见,是通过物理成分来划分.包括弃土、混凝土碎块、废混凝土、废砂浆、沥青混凝土碎块、废砂石、废砖、木材、石膏和废灰浆、塑料、纸、废钢筋等金属、废旧包装.
2 建筑垃圾地基处理方法
以建筑垃圾作为地基填料,对地基进行加固处理,并不是直接就能使用的,根据实地调查研究表明,堆放建筑垃圾多种多样,多数是拆迁形成的混凝土块、碎砖块、石块,夹杂有塑料、废旧门窗等,组分材质繁多,不能直接使用,应对其进行筛检分拣,并进行相应的破碎处理,使其能够符合要求.
经过破碎处理的建筑垃圾,可以分为细、中、粗三种,通过进行击实试验,得出细、中、粗骨料比例为4︰14︰5时,测试土样的干密度最大.为了实际施工方便,取骨料体积比为2︰2︰1.
地基处理的方法有很多种,工程常用的是振动碾压和强夯的处理方法.设计要求处理后地基承载力特征值120 kPa.
2.1 振动碾压地基处理
查阅相关工程资料,如地质水文条件、工程概况、场地建筑垃圾的情况等,选择合适的作业仪器设备,设计合理可行的施工方案,进行振动碾压的施工作业,并需满足相关的作业规范要求.振动碾压填筑施工流程图如图1.
图1 振动碾压填筑施工流程图
施工主要技术包括:
(1)施工前,需要对建筑垃圾进行分拣,除去金属、塑料等垃圾,并对大颗粒垃圾进行破碎处理;
(2)碾压作业之前,应清理操作面表层的杂草、植被;
(3)植被清理后,按既定位置测量放线;
(4)填筑前,应对地基进行相应的处理,方便施工;
(5)根据实际工况,制定较优的摊铺方案;
(6)选择合适的压路机,对场地进行分层碾压;
(7)根据试验方案,进行相应试验.
2.2 强夯地基处理
根据工程场地建筑垃圾的实际情况,结合相关规范、图纸、文件等,设计设计合理可行的施工方案,进行强夯地基处理的施工作业,并需满足相关的作业规范要求.强夯地基处理施工流程图如图2.
图2 强夯地基处理施工流程图
施工主要技术包括:
(1)施工前,同样需要垃圾分拣、破碎、表层植被清除等准备;
(2)强夯作业前,需要对夯点,进行详细准确的测量、放样,此次施工采用梅花形夯点;
(3)采用水平分层的方式进行此次强夯作业;
(4)按照施工方案,进行点夯、满夯的施工作业.每次作业完成,需测量沉降量,并回填、整平夯坑后,在进行下一次作业;
(5)技术人员应对夯坑的击数、深度等数据仔细记录.
2.3 施工控制
(1)施工之前,详细摸底场地情况,制定作业规范,严格遵守;
(2)严格控制再生骨料的生产品质,监测其配比以及强度,分类存放;
(3)施工作业完成之后,要进行场地巡查,检测施工骨料达标情况;
(4)碾压作业时,制定合理的施工方案,严格控制铺设厚度和填料质量,并逐层监测其沉降情况;
(5)强夯作业时,选择合适的设备,制定合理的施工方案,把控夯击深度,安排专职人员监测沉降量,发现问题,及时汇报;
(6)施工作业期间,时刻注意天气变化,及时整平场地,设置排水沟、截水沟,避免积水;
(7)施工现场的各种机械和配电箱等设备,应该设置相应的避雨设施.
3 建筑垃圾地基处理效果研究
经过振动碾压以及强夯处理后,建筑垃圾作为填料进行地基加固处理,其效果是否满足设计要求,需要进行检测.本文选择对建筑垃圾的填筑地基变形和承载能力进行效果分析.选用K30试验,测试地基系数;选用重型动力触探试验,检测承载力和变形.
3.1 K30试验
K30试验,即平板载荷试验,已广泛应用于实际工程.以地基系数作为主要指标,来评价基床压实质量,检验地基强度和变形指标.相关规范对K30技术指标的要求见表1.
表1 地基K30技术指标
地基系数,是载荷作用下,用圆形承载板,测定的荷载强度比上下沉量基准值.根据规范[11]的要求,选择30cm承载板,选取不同的3个测点,进行测试.测试结果见表2.
表2 K30试验结果
表2中K30试验结果可知,距地基顶面距离0m的各测点,K30值170~175Mpa/m,距地基顶面距离0.6m的各测点,K30值165~186Mpa/m,距地基顶面距离2.5m的各测点,K30值152~170Mpa/m.各测点的K30地基系数,均能满足规范要求,表明建筑垃圾填筑地基加固处理满足要求,具有可行性.其效果分析,需进一步进行检测.
3.2 重型动力触探试验
动力触探试验,是原位测试技术的一种,在勘探和地基处理等领域广泛应用.其工作原理为:以锤击数大小为指标,对土的密实性进行判定,从而间接评价强度和变形指标.对于不同种类的土,可以选取不同锤击能量的试验,分别为:轻型、重型以及超重型.依据场地实际工程情况的粒径级配,结合工程经验,选用重型动力触探试验,锤重63.5kg,评价地基处理性能.选择不同的3个孔点,进行动力触探试验,试验深度0.5~3.0m,试验结果见图3.
图3 N63.5锤击数与深度曲线
由图3可知,N63.5锤击数,离散性较大,原因是建筑垃圾的粗大颗粒填料,对动力探头的阻挡作用,并造成反弹.根据规范[12],计算出N63.5锤击数的平均值,对地基强度和变形指标进行评价.试验结果见表3.
表3 N63.5锤击数及试验结果
由表3可知,试验结果结合相关规范,该地基承载力范围在705~793kPa,经计算其均值为761kPa;变形模量范围39.8~44.5Mpa,经计算其均值42.5Mpa.建筑垃圾处理的地基,其承载力和变形指标,都满足了工程设计要求,表明建筑垃圾作为填料进行地基处理的可行性.
4 结 论
本文主要研究建筑垃圾作为填料进行地基处理的可行性,并通过K30试验和重型动力触探试验,评价其地基处理效果,得到以下结论:
(1)根据工程实践情况,可采用振动碾压以及强夯等方法,将建筑垃圾作为填料,进行地基处理.
(2)建筑垃圾填筑的地基,其测定的K30地基系数范围152~186MPa/m,且各测点的K30地基系数,均能满足规范要求.
(3)建筑垃圾填筑的地基,其承载力均值为761kPa,变形模量均值42.5MPa,都满足了工程设计要求,验证了建筑垃圾作为填料进行地基处理的可行性.
(4)建筑垃圾的资源化利用,充分发挥其廉价、易得等优点,是建筑垃圾再利用的发展趋势.