论建筑垃圾废骨料在组合锤法地基处理技术中的应用

胡保根，刘 斌，章学良

(江西基业科技有限公司,江西 南昌 330200)

1 前言

建筑垃圾废骨料主要来源于拆除老旧建筑、破旧建筑材料(使用过的建筑材料)、道路开挖和建筑施工工地。主要包括混凝土、砖、钢材、木头、以及玻璃、塑料等等。其中金属、塑料、木材等较容易回收利用,但需要合适的技术手段将金属、木材、塑料等分离出来,建筑废骨料主要以废旧混凝土和废旧砖瓦为主。据不完全统计,我国年建筑垃圾产生量超过15亿吨,占城市垃圾的比例约40%,数字格外触目惊心[1]。未来,这个数字还将伴随城镇化步伐加快和更大规模的城市建设而逐年以10%速度递增。预计2020年左右,我国建筑垃圾产生量将达到峰值。

然而,目前绝大部分建筑垃圾未经任何处理,便被施工单位运往郊外或乡村,露天堆放或填埋,耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费,同时,清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染,社会影响恶劣,尽快且科学合理处置建筑垃圾,已经成为我国城市发展迫切需要解决的问题[2]。

建筑垃圾废骨料回收再利用的困境,非常有必要加大建筑垃圾再利用的研究,研发一些技术简单高效利用的方法,在解决建筑垃圾产生的一系列问题的同时也能创造社会和经济效益。根据目前我国的现状采用组合锤法施工消化处理大量建筑垃圾,使建筑垃圾变废为宝,是一种行之有效的方法。用组合锤法夯实地基,由于其影响深度较深,可加强填料与原土之间的结合,处理深度较大,承载力也可大副提高。

《组合锤法地基处理技术规程》JGJ/T290-2012[3]定义：组合锤法对地基土进行挤密夯实或置换,形成夯实或置换墩体与墩间土共同组成的,以提高地基承载力和改善地基土工程性质的复合地基。它融合了多种地基处理技术的加固原理,根据不同的工程地质条件,选用不同的夯击能,充分发挥柱锤、中锤、扁锤使用潜力,对拟建物地基进行夯击成孔,采用建筑垃圾废骨料、当地廉价的土石混合料、工业废弃骨料等回填夯坑,再次夯击回填,最后低锤普遍夯实,通过对深层土、中层土、浅层土同时进行夯实挤密,达到加固处理的目的。(附工艺流程图)

该技术具有如下特点：1.设备简单,施工便捷,适应范围广,节省材料,降低投资,工期短等优点；2.在不改变起重机械和锤重的条件下,用组合锤法即可达到中能级甚至高能级的强夯效果,大大提高了处理后地基土的承载力和有效加固深度；3.组合锤法的置换着底深度可达15m左右,同时可以因地制宜选择不同的置换材料,如建筑垃圾(拆除的砼、砖块废渣)残骸等都可以作置换材料使用；4.处理效果直观、质量稳定、可靠性高；5.可以用于各类不同性质的软土土层的加固处理,地质条件适用性广,可用于一般多层工业和民用建筑的地基处理、基坑支护与边坡支护、公路铁路软土地基处理及水利堤坝的防渗加固等；6.地基处理不需用或少用水泥、钢材等人造材料,符合国家节材、节能、环保的要求。

2 组合锤法的环保作用

在地基处理中应用建筑垃圾硬骨料、原土、或者无毒无害工业废渣等材料,通过组合锤(柱锤、中锤、扁锤)法施工,形成的以建筑垃圾为主的墩(桩)体复合地基。不用水泥、钢材等人工制成材料,基本上属于原生态的处理方法,为提高岩土资源利用,消化建筑垃圾骨料提供了良好的应用途径,对减少固体废料排放,保护土地资源和生态环境起到了积极的作用。尤其适合于新区开发,围海造地等场合,其置换、挤密等加固效果与原生态系统的结合自然和谐。同时,通过建筑垃圾的综合利用,可以将建筑垃圾中的废渣就地处理和使用掉。如此一来,不仅大大减轻了外运负担及清运和堆放过程中的遗撒和粉尘的环境污染,还获得了可观的经济效益。

3 组合锤法的节能作用

根据我公司的大量工程实践及分析、统计结果来看,本工法节能的功效主要是通过以下途径达到：通过改进后的组合柱锤对地基深层、中层及浅层土体的夯击处理,有效加固深度加大,使上部地基承载力提高,即利用上部岩土层作为基础持力层,不必要采用深层岩土层作为基础持力层,从而无须采用深基础(桩基等),以达到不需用或少用水泥、钢材等人工制造材料。人工制造材料的生产过程中能耗量较大,节约人造材料,就是节约资源、减少能耗。

《建材工业节能降耗发展纲要》[4]中显示：2003年我国水泥制造业能源消耗占建材工业总能耗的比重达77%。2005年水泥综合能耗节能目标为每吨159kg标准煤；中国钢铁工业协会日前公布的数据显示,纳入钢协统计的76户大中型钢铁企业,上半年吨钢综合能耗为658.56千克标煤/吨,吨钢可比能耗633.01千克标煤/吨,吨钢电耗452.8千瓦时/吨,吨钢耗用新水6.74吨/吨。由此可知,对于我们经常遇到的大量商品住宅来讲,节约水泥,节约钢材,对节约资源和能源意义重大。

组合锤法不仅适用于商品住宅工程,同样适合于大量的多层工业与民用建筑工程房屋建筑工程的地基处理,以及广泛意义上的交通、水利等土木工程中的地基处理。这些工程中,目前应用的预应力管桩,虽然钢材和水泥用量相对节约,可是其制作过程中耗能较大；普通预制桩水泥钢材耗用量也比较大；水泥搅拌桩虽然不用钢材,耗用水泥量也不少；钻孔、旋挖等各种灌注桩均需耗用大量水泥和钢材；水泥、钢材等人工材料除了制造过程中消耗大量能源外,运输过程同样需用大量能源、资源。

4 组合锤法处理地基的循环应用

“有多少资源可以重来”？随着现代经济的迅猛发展,各城市正向其周边快速扩张,但是作为城市建设可利用的建设用地则极为有限,这必然会有那么一天,我们周边已无可利用的建设场地。而按照建设法规规定,城市中心区域以50年使用期限设计的众多建筑已经到了或过了其服役年限,这时就会遇到拆迁重建的问题,也就面临着现有地基的循环应用问题。

纵观我们身边现有的建筑,多层和高层建筑多数采用的是钢筋混凝土桩基础,在50-70年使用年限到期后,混凝土桩基并没有因为年限到期而变质成普通岩土,而是仍基本保持为一个个的钢筋混凝土桩分布在岩土中,在拟建新建筑基础施工时,原有桩基础利用吧？安全可靠性和经济适用性是个难题!清除吧？是挖除还是破碎呢？无论采用哪一种措施,其结果都将是如同现在环境保护中的“先污染后治理”的意味,十分尴尬!

我们国家早年建筑由于使用期限到期或是现代城市发展和重新规划的需要,很多建构筑物已面临或正在进行拆除(重建)。而且也已经遇到了上述问题,如上海、北京等大城市地铁穿越区经常碰到隧道穿越建筑物底部桩林区域,为此而不得不花费大量物力、财力和时间去进行处理,一般现有的处理方法多是截桩托换。

组合锤法系采用原土或回填土、砂砾土、建筑垃圾等材料在原场地夯击成一个个墩基,其上部建筑一般采用独立柱基或条形基础等浅基础形式,在上部建筑使用年限到期后,该场地重建时,则不会发生前述桩基础的尴尬难题,从城市土地资源价值的开发与保护角度以及地下空间的开发利用来讲,使用组合锤法具有重大的现实价值和长远的历史意义。

5 工程案例的应用效果

典型案例一： 江西省化纤厂纺纱车间工程位于南昌市佘山路,建筑物为单层砖混结构车间,处理面积约为6682。全场地分布于水塘中,回填料均为约4～4.5米厚的建筑垃圾,主要成分为新近回填的碎混凝土块、砖块等,松散,湿～饱和,地下水与相邻近的水塘具有密切联系。该场地原土层为淤泥质土,承载力50kPa,采用组合锤法进行处理,处理后经检测复合地基承载力特征值达150kPa。按照以上回填的建筑垃圾平均层厚4.25米进行计算,该场地消化利用建筑垃圾多达28399m3。

典型案例二：南昌某六层商住楼,建筑面积6615,该商住楼原地貌为鱼塘、农田及回填的含砂杂填土承载力80kPa,原承载力原基础形式按(沉管)钢筋砼灌注桩与组合锤法处理地基进行比较,桩基承台、梁混凝土方量和按组合锤法处理后的柱基、条基所用方量基本相同。而桩基部分所用混凝土达784 m3,此混凝土量耗用水泥274.4吨、钢材12.5吨。按前述的能耗指标和目标值计算,采用组合锤法处理后经检测复合地基承载力特征值达150kPa,节约水泥所节约的能源相当于43.6吨标准煤,节约钢材所节约的能源相当于8.2吨标准煤。

近些年来,组合锤法在我公司及社会各界的支持下,得到大力推广和应用,经济效益、社会效益和节能效果十分显著,平均节约为27%。下面是本公司近期完成的几个代表性项目应用效果对比表：

序号工程名称建筑面积(m2)原设计基础型式采用组合锤强夯(置换)法处理节约水泥(t)节约钢材(t)节约地基基础造价(万元)节约比例(%)节约标准煤(t)1(中航洪都航空)A01号大部件装配厂房地基处理50000水泥搅拌桩5420/11530%861.782南昌市康城阳光家园一、二期220000人工挖孔桩18590210087840%4338.783九牧智能厨卫(武汉)有限公司东西湖区工业园地基处理60000人工挖孔桩13531656320%323.794南昌平海居住主题公园、香榭丽舍、荷塘月色、玫瑰华庭300000普通夯扩桩10800142036015%2652.36

序号工程名称建筑面积(m2)原设计基础型式采用组合锤强夯(置换)法处理节约水泥(t)节约钢材(t)节约地基基础造价(万元)节约比例(%)节约标准煤(t)5江西平海九里象湖城象湖里、康健里、静安里、翰领里120000普通夯扩桩438057014617%1071.79合计7800004054342551562加权平均节约27%9248.50

6 结束语

组合锤法地基处理技术在建筑垃圾废骨料利用、节能环保方面技术先进,作用显著,符合国家倡导建筑节能、推广绿色建筑的方向。该法作为先进施工技术的推广应用得到了省、市建设主管部门的大力支持,但作为先进建筑垃圾废骨料利用、节能环保技术的推广应用,未能得到相关部门足够的重视。为此,我们在继续改进、完善和创新该工法的同时,将开展科学、信息化施工,强化环保、节能效果,争取在建筑垃圾废骨料利用、节能环保方面取得更大的进步。同时,更希望有关部门给予关注和支持,让该项技术为国家的经济发展、建筑垃圾废骨料利用、节能环保及城市土地资源的开发利用和可持续发展作出更大的贡献。

[1] 伍锐,黄长松.建筑垃圾资源化利用产业链分析[J],四川建材,2016,42(2):125-127.

[2] 《建筑垃圾处理技术规范》CJJ134-2009.

[3] 《组合锤法地基处理技术规程》JGJ/T290-2012.

[4] 《建材工业节能降耗发展纲要》2016年08月26日,中国建筑材料联合会.