城市道路建筑渣土三级分类体系试验研究

范劲松， 柳炳康， 扈惠敏

（合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

随着当前我国各地旧城区改造步伐不断加快，城市道路翻新扩建过程中产生了大量的建筑渣土。这种道路建筑渣土是一种典型的路基杂填土，属于浅层地表覆盖土，一般混杂有数量不等的建筑废弃物和生活垃圾，如混凝土与砂浆碎块、碎砖块、碎石块、木屑及塑料等建筑材料［1］。其化学成分主要是硅酸盐、氧化物、氢化物、碳酸盐、硫化物、硫酸盐及少量的金属和有机物等［2］。构成土粒与石块主体结构的硅酸与碳酸化合物性质通常较为稳定，即使在潮湿、高压环境下，其中的无机化学反应也不明显，工程性质也较为优良。但因处置或堆积地点不利而可能引起的渗流物对环境的污染，诸如重金属污染或有机物发酵等却不应被忽视。

同时，此类杂填土亦具有组成不均匀、强度低、压缩性大、欠密实且具有湿陷性等特点［3－4］，工程指标难以控制，因而实际工程通常对其进行外运丢弃并置换新土。这一处置过程不仅提高了建设成本，还衍生出一系列的环境问题。其实这类建筑渣土亦具有较好的物理及化学稳定性［5］，如遇水不冻涨、不收缩、土体颗粒大、比表面积小、含薄膜水少、透水性好，能够阻断毛细水上升等。在潮湿状态和潮湿环境下，建筑渣土强度变化不大，可作基础垫层。国内外相关研究表明［6］，此类建筑渣土经分拣处理并加入适当改性材料如石灰、粉煤灰改良后，可达到相关规范中的路用性能指标，从而成为理想的路基填筑材料。

若要经济、合理、高效地再利用此类建筑渣土，就需要选取合适的分类指标对不同地区道路建筑渣土进行适当分类以便评价其路用价值，同时确定可加入的改性材料、施工器械及工序。鉴于土体自身的不均匀性，长期以来相关领域一直缺少全面、系统和便于实际操作的分类体系。本文针对建筑渣土自身材料特性，通过对本地区具有典型代表性的路基开挖中产生的杂填土进行多项性能试验，结合现行的公路土工试验规程［7］建立了一套较为实用的三级分类体系。

1 分类体系指标的选取

此类建筑渣土分类指标的选取需要充分考虑到土体自身的特性以及实际工程取用土的特点。分类指标应当紧密联系道路建设规范，选取较为直观便捷且具有广泛适用性的的测试项目，适应不同地域及现场条件，同时由分类指标得出的测试结果应当精确有效且可以直接指导工程应用。另外，分类体系的确定也应具有层递性，各级分类体系要有明确的目的与指导意义。

1.1 一级体系

通过现场走访调查和实际观察，可按产生位置与来源对其进行分类，如混凝土板，沥青混合料，路面砖、路缘石及砂浆块，沙石，土，生活垃圾等。具体可分为：以建筑垃圾为主的杂填土（代号J）；以生活垃圾为主的杂填土（代号S）；以工业垃圾为主的杂填土（代号G）；前三者的混合（代号H）。一级分类体系可以大致区分某类杂填土的组成，进而粗略评估其再利用价值。

1.2 二级体系

在一级体系的基础上，按照块状物（石块、混凝土块、砂浆块等）与土的比例将其划分为2类：以块状物为主的杂填土（w块状物≥50%）（代号SK）；以土为主的杂填土（w块状物＜50%）（代号TT）。块状物的分拣处理是此类杂填土循环再利用的关键步骤，了解块状物所占比例将有助于确定破碎器械种类，进而分析再利用的成本。

1.3 三级体系

三级分类体系包含一系列具体的土体材料性能指标，按照土的物理力学性质分类，即依据天然含水率、粒径、液塑限、塑性指数、最佳含水量、CBR值等指标，结合路用性能对其进行工程分类。

具体的测试结果将可以直观揭示各类杂填土的路用性能，以帮助工程人员进一步判定其是否达到道路建设所用路基填土的相关规范要求，确定再次使用的具体位置以及在未能达到应用要求时需采用何种改性措施对其进行处理、改良。

2 三级分类体系应用实例

本文选取合肥地区几处具有代表性的道路翻新过程中产生的渣土，通过实地走访调查、取样初处理和实验室测试分析，依据所提出的三级分类指标，建立了一套较为具体、客观的分类体系。该分类体系对不同地区同类型建筑渣土的回收再利用将具有一定指导意义。

2.1 一级体系的分析与确定

在4处取土地点采取渣土土样，均为城市道路改扩建过程产生的建筑垃圾与土体的混杂物，其外观与组成描述见表1所列。

表1 土样组成外观描述

按照产生的来源与位置划分，4种土样均属于混杂有建筑垃圾的城市道路杂填土，其分类代号为J，通常此种杂填土填料的物质成分不一，所含的杂质较多，堆积分布也不均匀。

2.2 二级体系的分析与确定

二级体系分类采用筛分法获取杂填土中土和块状垃圾的比例。筛分结果见表2所列。其中粒径大于6cm的块状石块或垃圾（依据文献［7］将其列入巨粒组范围），由于对土体性质影响有限，为方便试验，将其弃除。

表2 杂填土成分

由表2中4组土样分拣结果可以看出：B、D土样中土的含量较多，均可达到95%，块状物的含量极少；A土样土含量也较大，但所含块状杂物不可忽略，3种土样均属于TT类，其分类代号为J－TT；C土样块状物比例超过50%，素土的含量较少，基本属于SK类，其分类代号为J－SK。同时各组土样中块状垃圾和土的比例分布较离散，说明杂填土堆积组分及分布具有显著不均匀性。

对于划归SK类的土体，因块状垃圾所占比例较大，其工程性质更加难以把握。在实际工程中，对于砖块、混凝土块等密实度较大的物块通常采取机械破碎的方式对其进行回收利用。

2.3 三级体系的测试、分析与确定

按照材料物理性质建立第3级分类体系，通过筛分后粒径小于6cm剩余土体的实验数据得出具体的第3级分类指标，用以指导其在路基填土工程中应用。本试验采用的第3级指标有：天然含水率、自由膨胀率、土样的液塑限、粒径及CBR值等。4种土样的部分实验室测试结果见表3所列。

图1为利用甲种密度计对去除粒径大于6cm块状物后剩余土体测得的粒径分配曲线。

表3 土样分析测试结果

图1 土样粒径分配曲线

（1）依据文献［8］的相关规定，利用膨胀率建立第3级分类体系。4类土样均属于弱膨胀潜势土（自由膨胀率＜65%）［9］，不需进行特殊处理。针对多雨地区或重载交通路段，应掺加水泥或石灰做改性处理，以改变土的胀缩性能，提高土体强度，增加路基稳定性。

（2）依据文献［7］中塑性图的划分标准，利用土样的液塑限值建立第3级分类体系。A、B、C土样属于低液限范畴（自由膨胀率≤50%），可称为低液限黏土，记为CL。D土样属于高液限范畴（自由膨胀率＞50%），可称为高液限黏土，记为CH。

（3）依据文献［7］中相关标准，利用土样粒径分布建立第3级分类体系。4种土样均可判别为细粒粉质土或黏质土。4种土样在各粒径范围内分配较为均匀，其中原状土样C中因为含有较大比例的块状垃圾，使得利用现行土工试验标准对其进行精确分析归类具有一定难度，本试验仅考虑其中素土部分的工程性质。

（4）依据文献［10］中对路基填料的控制指标，利用CBR值建立第3级分类体系。B、C土样（CBR＞8%）可满足公路上路堤或路床填料控制指标，属于高承载力土，可直接应用于实际工程；D土样（CBR≥5%）基本满足公路上路堤或路床填料控制指标，属于中承载力，可直接应用于实际工程，或进行适当改性处理后投入实际工程；A土样（CBR＜5%）不能满足控制指标，属于低承载力土，必须采取适当改性措施［11］或冷再生技术［12］。

2.4 分类体系之间的联系

该三级分类体系自身是一个整体，每一级分类的目的与分类指标各不相同但又相互协调。应用各级分类指标不仅可以对现场土样进行快速定性命名，还能够提供较为精确的材料性质与路用性能检测内容，从而为现场踏勘、取样分析、工程评估和后期施工各阶段提供详实、直观、准确的分类判据。

3 结束语

当前各地旧路改扩建工程日渐增多，合理选取分类体系及其技术指标，对其中产生的建筑渣土的回收再利用将具有重大工程实践价值和指导意义。本文确定的三级分类体系及其技术指标能够紧密结合现场工程实际，根据相关工程规范要求确定具体检测项目及判断标准，具有较强的适用性和规范性。本文通过测试、分析对选取土样进行三级分类，过程清晰，结论明确，证实该分类体系简便易行。

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