垃圾炉渣用于路基填筑的土工特性试验分析

卢佩霞 殷成胜 王会芳

摘要：以扬州市生活垃圾焚烧发电厂的炉渣为研究对象，进行了筛分、含水率、击实、CBR、烧失量等公路土工试验，试验结果表明：垃圾炉渣的颗粒组成特征为公路土分类中的粗粒土，属于级配良好砾土，最大干密度1524 g·cm-3，最佳含水率为16%，液限为404%，塑性指数25.9，CBR值为5.4，有机质含量3.36%，适合作为二级及以下等级公路的路基填料。

关键词：道路工程；垃圾炉渣；土工试验；路基填料

中图分类号：U414.1文献标志码：B

0引言

垃圾炉渣是生活垃圾在垃圾发电厂经高温燃烧处理后的副产品，包括炉排上残留的焚烧残渣和从炉排间掉落的颗粒物。中国《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485—2001）明确规定：焚烧炉渣按一般固体废物处理[1]。如能将垃圾炉渣进行资源化利用，既可以节省用以填埋的土地资源，又可以作为替代资源，从而减少对自然资源的开采，有助于实现可持续发展，以及建设资源节约型、环境友好型社会的总体规划。

生活垃圾炉渣的资源化利用在美国、日本和欧洲已有几十年的历史。将城市生活垃圾焚烧炉渣进行磁选、筛分，去除其中的黑色及有色金属、阻燃材料等，并获得适宜的粒径，然后与水、水泥及其他骨料混合，按一定比例制成混凝土砖，这种工艺已得到了商业化应用。国内大多数垃圾焚烧厂对大量炉渣仍仅是进行简单的填埋。

从垃圾炉渣的基本特性与成分来看，它类似于沙石材料，粒径分布基本符合道路建材（骨料、级配碎石或级配砾石等）的级配要求，而且抗压强度较大，易压实到高承载力的状态，可用于路基填筑[2]。同时，由国内外对炉渣的研究现状[37]可知，研究炉渣物理化学特性的较多，对工程特性的研究较少。本文对炉渣进行室内土工试验研究，分析其用作道路路基填料的路用工程特性，为公路工程应用提供技术参数。

1试验原材料

本文试验选择扬州市生活垃圾焚烧发电厂的垃圾炉渣，垃圾焚烧采用机械炉排炉工艺。炉渣已经过垃圾处理厂预处理，过筛40 mm，露天堆放1个月左右。

2试验结果与分析

2.1颗粒组成

为了鉴别炉渣作为路基土的基本类别，须确定炉渣的颗粒级配组成。本文所有试验均执行《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）[8]中的相关规定。颗粒级配采用筛分法（T 0115—1993）。试验结果如表1表示，级配曲线如图1所示。

《公路土工试验规程》规定：颗粒组成在0.075～60 mm之间的土为粗粒土，在粗粒土中，又分为砾类土和砂类土。2～60 mm之间的土为砾类土，0075～2 mm之间的土为砂类土。粗粒土中砾类土质量多于砂粒土质量的土称为砾类土，反之称为砂类土。由表1可知：砂类占45.91%，砾类占5409%。按照土的分类，炉渣中砾类多于砂类，可以定名为砾类土。《公路路基设计规范》[9]中规定，填方路基应优先选用级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作为填料，填料最大粒径应小于150 mm。

图1炉渣级配曲线

《公路土工试验规程》规定：颗粒组成在0.075～60 mm之间的土为粗粒土，在粗粒土中，又分为砾类土和砂类土。2～60 mm之间的土为砾类土，0075～2 mm之间的土为砂类土。粗粒土中砾类土质量多于砂粒土质量的土称为砾类土，反之称为砂类土。由表1可知：砂类占45.91%，砾类占5409%。按照土的分类，炉渣中砾类多于砂类，可以定名为砾类土。《公路路基设计规范》[9]中规定，填方路基应优先选用级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作为填料，填料最大粒径应小于150 mm。

土颗粒组成特征以土的级配指标的不均匀系数（Cu）和曲率系数（Cc）表示。不均匀系数（Cu）反映粒径分布曲线上的土粒分布范围，按下式计算。

Cu=d60d10（1）

式中：d10为粒径级配曲线上纵坐标为10%所对应的粒径（mm）；d30为粒径级配曲线上纵坐标为30%所对应的粒径（mm）。

曲率系数（Cc）反映粒径分布曲线上的土粒分布形状，按下式计算。

Cc=（d30）2d10d60（2）

式中：d60为粒径级配曲线上纵坐标为60%所对应的粒径（mm）。

从图1垃圾炉渣级配曲线可知：d60=35 mm，d30=0.8 mm，d10=0.2 mm。通过计算得出：Cu=17.5，Cc=1.14。《公路土工试验规程》规定：砾类土同时满足Cu≥5和Cc=1～3两个条件，称为级配良好砾类土。由此可知，该炉渣为级配良好砾类土，作为路基填料，其级配组成是满足《公路路基设计规范》的。工程施工中用级配良好的填料作为路基土，有利于获得较大的压实度。

2.2含水率

含水率试验采用T 0103—1993 烘干法。试验结果如表2所示，本次炉渣试样的平均含水率为15.80%。

2.3土的界限含水率

《公路路基设计规范》[9]中规定液限大于50%、塑性指数大于26%的土不得直接作为路基填料。本次试验采用液塑限联合测定仪法，准确界定炉渣的界限含水率，进一步了解炉渣的工程性质。试验结果如表3所示，根据试验结果绘制锥入深度（H）与含水率（w）的关系图，如图2所示。由图2可知，炉渣的液限为40.3%，塑限为14.4%，塑性指数为25.9。对照规范指标，炉渣为低液限土，满足路基填料的工程要求。

2.4击实试验

为了保证路基压实度，施工过程中必须严格控制路基填料的含水率。通过击实试验确定炉渣的最佳含水率和最大干密度。试验采用电动击实仪以及T 0131—2007击实试验中的重型击实（Ⅱ2）试验方法，土样含水率分别为12%、14%、16%、18%、20%。击实完成后将试样放于105 ℃烘箱中烘干至恒重。试验结果见表4。