建筑废弃物再生集料振动水密回填技术
时间：2023-06-22 08:25:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
涂亮亮，蔡文科，许 勐，江 建，范璐璐
(1.深圳市市政工程总公司,深圳 518000；
2.深圳市天健(集团)股份有限公司，深圳 518034；
3.深圳市特区建工集团有限公司,深圳 518034)
城市更新过程中建筑物拆除会产生大量的废弃物，若是简单堆放或填埋，将消耗大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费，同时处理过程中不可避免会出现遗撒、粉尘和灰砂飞扬等问题，不仅影响城市环境、浪费土地资源，还会造成巨大的能源和资源的浪费[1,2]。因此，需要在对建筑废弃物进行除杂、破碎、筛分等处理的基础上，探索再生集料的资源化综合利用方向。
当前针对基坑及管沟回填的施工，由于受场地和工作面的限制多数情况下无法使用大型机械，现有技术通常是采用分层填筑分层压实的施工工艺。该方法分层厚度不宜过大，造成施工效率较低，且往往难以达到规范和设计对压实度的要求，使得后期易出现沉降、空鼓等质量问题，造成经济损失和质量投诉[3,4]。基于以上背景，采用振动水密法对建筑废弃物再生集料用于基坑和管沟回填的施工工艺进行研究，并铺筑试验段检验其使用效果。
1.1 再生细集料级配
取代表性样品进行筛分检测，再生细集料的级配试验结果如表1所示。
表1 建筑废弃物再生细集料的筛分结果 /%
1.2 再生细集料砂当量
细集料的砂当量是细集料路用性能的重要指标，反映细集料中所含的土或杂质的含量，以评定集料的洁净程度[5,6]。对再生细集料进行多次取样试验检测，砂当量试验结果如表2所示，可以看出再生细集料的砂当量满足现行国家标准的要求。
表2 建筑废弃物再生细集料的砂当量检测结果
2.1 击实试验
采用重型击实法测定再生细集料的最佳含水率和最大干密度，击实筒规格为φ152×120 mm，击实层数为3层，击实次数为98次/层。试验结果如表3所示。
表3 再生细集料击实试验结果
根据试验数据绘制含水率和干密度的关系曲线，如图1所示。由图1可以看出，试样的干密度随加水率的增加呈现先增大后减小的规律。这是由于试件含水量较低时，内摩擦力较大而不易被压实，而随含水量的增加，水膜的润滑作用有效降低了颗粒之间的摩擦力，在击实功的作用下使试件得到压实，当达到最佳含水率时，增大加水率将导致孔隙体积变大，干密度反而降低，甚至会出现“弹簧土”现象。由试验结果可知再生细集料的最大干密度为1.710 g/cm3，最佳含水率为14.8%。
2.2 膨胀性试验
为了避免再生细集料在回填应用中发生不均匀沉降，参考土工承载比(CBR)试验方法验证再生细集料的稳定性，对再生细集料进行膨胀性检测。结合市政项目管沟回填中对压实度的要求，分别成型三种不同压实度(85%、93%及96%)的试件，架好百分表，将百分表初读数调整至归零，置于水槽中并注水至高出试筒顶面以上约25 mm，浸泡4昼夜后，读取百分表读数，试验结果如表4所示。
表4 再生细集料在不同压实度下的膨胀性检测结果
从表4可以看出，随压实度的增大，泡水前后百分表读数呈现逐渐增大的趋势，说明试件的膨胀率在增大。这是由于试件的压实度越大，试样的干密度也就越大，单位体积内细集料颗粒越多，吸收的水分也越多，因此膨胀量也越大[7]。但总体而言，再生细集料泡水后的膨胀率均不大，说明再生细集料的体积稳定性良好。
2.3 分层回填压实工艺
现有主流的基坑回填技术是采用压实或者夯实的方法，分层填筑、分层夯实、分层检测，且每层的厚度一般为30 cm左右，分层厚度过大时，很难保证压实度符合要求。因此，回填效率较低。
施工前先配合机械进行清底、整平等工作，控制再生细集料含水率在最佳含水率左右，回填时由管道两侧向管底均匀填筑，每层厚度不超过30 cm，逐层夯实完成后采用罐砂法进行压实度检测，试验结果见表5。
表5 再生细集料采用分层填筑压实度检测结果
市政道路管沟回填压实度技术要求通常为：管顶上方0.5 m以下不低于85%，胸腔部分不低于95%。由表5可以看出，采用分层填筑工艺压实度仍有局部回填料的压实度没有达到95%的要求，说明施工过程中仍需加强质量控制。
2.4 振动水密回填
2.4.1 振动水密回填室内模拟试验
振动水密回填技术是将水灌入再生集料的表面，利用其润滑作用，有效减小颗粒间的内摩擦力，在振捣期间水的带动作用下，小颗粒填充到大颗粒的缝隙间，从而达到提高压实度的作用[8，9]。采用定制的1.5 m×0.8 m×1.0 m箱体模拟振动回填水密试验。将再生细集料按一定的松铺厚度摊铺，加水饱和，用插入式振动棒振动，每30～40 cm停留30～45 s，振捣2遍，确保填料饱和密实。待填料沉降之后，第二次加入回填料至超高，采用同样的方法再振捣1遍，去除表面的浮渣并整平，打开箱体底部的泄水阀排出多余的水，待表面无积水，达到一定的干燥程度，采用罐砂法检测回填料的压实度。对比再生细集料和天然细集料在振动密水回填工艺下的效果，试验结果如表6所示。
表6 再生细集料与天然细集料室内振动水密试验压实度检测结果
从表6可以看出，采用振动水密回填技术可以充分满足各工程部位对压实度的技术要求。在同种密实工艺下，再生细集料回填的压实度小于天然细集料的压实度，这是由于再生细集料的吸水率较大，在振动水密过程中吸收较多的水分，占据了部分空隙，相比天然细集料较难压实。
2.4.2 振动水密回填试验段铺筑
在室内模拟试验的基础上，依托实体工程进行振动水密回填试验段铺筑。现场施工前先清理基底，去除淤泥和杂质，并设置侧向排水的盲沟，将再生细集料按1.2～1.5 m的厚度进行分层填筑，在整平的基础上注水饱和至没过表面，将振动棒插入到填料表面、中部和底部依次振捣，每次移动的距离为30～40 cm，振捣时间30～45 s，来回振捣两遍保证充分密实不漏振，具体施工工艺流程如图2所示。
每层振捣完成后，待表面无积水且干燥到一定程度，采用罐砂法进行该层压实度检测，检测结果如表7所示，可以看出压实度基本都符合设计要求。与传统的分层填筑工艺相比，该技术显著提高了回填料的压实度。因此，具有广泛的推广应用前景。
表7 再生细集料振动水密回填技术试验段压实度检测结果
3.1 技术效益
鉴于当前很多工地基坑回填工作面狭窄，严重限制了大型机械设备的使用，因此，易出现回填料压实度不足、不均匀沉降以及路面开裂、空鼓等病害，甚至还会造成地下管线的破坏等问题。而采用振动水密技术进行回填可以有效避免上述问题，提高了管沟和坑回填的效率，可使压实度满足设计和规范要求，具有施工可操作性强、效率高、质量易控制等优点。在实际施工过程中还可通过增加振捣次数、延长振捣时间及减少振点间间距等措施进一步控制回填质量。
3.2 经济社会效益
1)循环利用，绿色环保。对建筑废弃物再生材料的综合利用，可以缓解城市更新所产生的建筑废弃物的处理压力，节约建设建筑垃圾受纳场站的土地空间；
同时可以减少对天然砂石的开采，缓解资源日益匮乏的现状以及对生态环境的破坏等问题。
2)节约工程成本。一方面可以节省大量建筑废弃物清运和处理的费用，另一方面，采用建筑废弃物再生细集料作为回填材料，与天然细集料相比，可使材料成本大幅降低。
3)提高施工质量。振动水密施工工艺利用振捣棒对再生回填料在饱水状态下振捣密实，可有效提高回填压实度，避免后期沉降问题。
4)提高施工效率，节省工期。与现有技术相比，振动水密回填技术可以使分层厚度大幅度增加，突破相关规范对厚度的限制，分层厚度可达1.2～1.5 m，显著提高管沟及基坑回填效率，有利于节省工期，减少因施工对交通的影响，可较快的开放交通。
a.试验表明不同压实度下再生细集料的膨胀率均不大，说明再生细集料的体积稳定性良好。
b.传统的分层填筑分层压实工艺，回填效率较低且局部压实度难以满足设计要求，而采用振动水密法回填工艺可使分层厚度达到1.2～1.5 m，压实度达95%以上，显著的提高了施工效率和施工质量，应用效果良好。
c.采用振动水密回填技术对再生细集料进行循环利用，在节省工期、降低工程造价的同时，可以有效保证施工压实度，减少对矿石的开采和对生态环境的破坏，社会效益和经济效益显著，具有广泛的推广应用前景。
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