红砂岩土与建筑渣土混合料路用性能研究

覃 鸿 孙广平 柳桥波

（1.江西理工大学江西省环境岩土与工程灾害控制重点实验室，江西 赣州 341100；2.江西理工大学土木与测绘工程学院，江西 赣州 341000）

1 引言

与大量建筑垃圾的随意堆积填埋的情况相反，在道路工程建设中，路基回填材料的供应往往供不应求。公路路基回填材料因公路等级不同，对材料的要求也有所不同。公路等级越高，回填材料的质量要求越高，消耗量也会随之增加。根据因地制宜的原则，路基回填材料的选择通常会根据不同的地理环境变化。若能在路基回填材料中大量使用建筑垃圾，不仅能减少工程中建筑垃圾的产出，还能节省建筑垃圾的处置费用，路基回填材料供不应求的问题也将迎刃而解。

红砂岩风化土是由人工或自然风化、崩解后的产物，不同地区的红砂岩力学性能差异性很大，会因为当地红砂岩土胶结物质和风化程度的差异而呈现出不同的强度和物理力学性质。红砂岩经常在挖掘或爆破出来后受到大气环境的作用而发生崩解破碎，并容易发生泥化。环境突变对红砂岩的崩解作用有着很大的影响，尤其是在红砂岩烘干后，含水率的突变对崩解作用的影响尤为明显，因此，红砂岩分布区的工程容易发生事故。甘文宁等人通过室内实验指出：红砂岩土即使未经过预崩解处理，在满足一定的含水率、压实度等控制指标的情况下，可以直接用作高等级公路的路基填料，并能满足路用性能指标。

路基是一种承受路面、车辆行人和本身荷载的线型结构工程物，路基工程本身具有材料复杂、受环境影响大、同时受静、动荷载作用以及稳定性不易维持的特点。路基的路用性能强度主要由加州承载比（CBR）来表征，结合上述问题，本文将对建筑渣土和红砂岩土以不同配比混合击实后，对混合料作为路基回填材料的性能进行研究。

2 试验概况

2.1 试验材料准备

以江西赣州某道路工程地区进行取材，获得当地的建筑渣土和红砂岩风化土。其中建筑渣土大多来源于拆迁的废旧民房，现场建筑渣土主要组成成分为废砖、废弃混凝土与碎石，以及少量玻璃、铁丝、塑料等杂质，因此，试验前先将建筑渣土进行破碎除杂处理，其中建筑渣土中主要成分的砖硂比例约为3∶7。除杂后的建筑渣土如图1-a所示，该建筑渣土的化学性质稳定，并有着良好的耐酸碱性能，其物理指标见表1。

图1 红砂岩风化土与建筑渣土

表1 建筑渣土的物理性能

文中的红砂岩土取自江西赣州高铁新区博罗洲路施工现场，取土时间于夏季，取样时为晴天，土样取自地表下1～2m，土样表观为褐色，混有少量有机杂质。取样后运至实验室除杂后，进行人工破碎并过筛，如图1-b所示，对土样物理性质参数进行测定，得到对应物理指标见表2。

表2 红砂岩土的物理性能

建筑渣土与天然骨料相比，吸水率、压碎值、比重等物理指标都有着较大差异，红砂岩土与建筑渣土混合料本质上依旧是细料与粗料构成的混合料，这种类似于土石混合料的类型是道路工程常见的填料。试验中设计不同建筑渣土与红砂岩土的比例进行试验，使用建筑渣土集料的粒径在40mm以下，红砂岩风化土的粒径在10mm以下。对超过孔径规格的建筑渣土或红砂岩土进行重新破碎处理。

以红砂岩风化土和建筑渣土为材料进行混合，分别组成建筑渣土含量为20%、40%、60%、80%混合料，得到对应的材料颗粒级配情况，如图2所示。

图2 红砂岩土与建筑渣土混合料级配曲线

2.2 击实试验

对不同建筑渣土掺入率的混合料进行标准击实试验，以建筑渣土含量20%、40%、60%、80%和建筑渣土集料试件为试验对象进行击实试验，得到对应路基填料的最大干密度和最佳含水率。

通过进行标准击实实验来获得不同比例的红砂岩土与建筑渣土混合料的最佳含水率以及最大干密度，该实验中混合料使用的建筑渣土粒径较大，因此，选用重型击实实验标准进行击实试验。

2.3 承载比CBR试验

加州承载比CBR值表示的是试件贯入量在2.5mm或5mm时，与同等单位压力的标准碎石在标准荷载下贯入到同等贯入量的比值，该数值是反映路基填料路用性能的重要指标，通常以百分比表示，引起CBR数值大小变化的因素有：材料性质、压实度、含水量、浸水时间等。

该试验运用上述击实试验得到各个混合料的最佳含水率以及最大干密度数据，材料分3层进行，每层98次的重型击实。击实后试件浸水96h，进行承载比CBR试验。

3 试验结果与分析

3.1 最佳含水率与最大干密度结果

通过对不同配合比的红砂岩土与建筑渣土混合料进行标准击实试验，得到各个混合料的最佳含水率和最大干密度数据见表3。

表3 建筑渣土混合料的最佳含水率和最大干密度统计表

混合料的最佳含水率随着建筑渣土掺入率的增加而逐渐减小，混合料的最大干密度随着建筑渣土掺入率增加，出现了先增后减的规律，建筑渣土掺入率为60%时，最大干密度值为2.050 29g/cm3，此时混合料的最佳含水率为9.40%。

3.2 承载比（CBR）试验结果

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），各个等级公路路床和路基填料压实度与承载比要求见表4。

表4 路床和路基填料压实度与承载比要求

对不同建筑渣土掺入率的材料进行CBR试验，得到相关的参数结果见表5。可以得知混合料的压实度和CBR均能达到规范要求。

表5 承载比试验统计结果

由试验数据可知，除了80%渣土掺入率和建筑渣土材料出现微小可忽略的收缩以外，其他混合料试件都未发生膨胀。随着建筑渣土掺入率的增加，混合料的CBR值出现了先增后减的现象，其中60%掺入率混合料试件CBR值最大。

3.3 回弹模量计算

材料取材地的江西赣州某道路工程地区中，对新建路基的回弹模量要求为25MPa，对路床顶土基回弹模量的要求为E0≥30MPa。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）的规定，在初步设计阶段可以用式（1）、式（2）来估算标准状态下的填料回弹模量。计算得到各个材料的回弹模量见表6。

表6 回弹模量计算结果

由计算结果可知，不同建筑渣土掺入率的混合料均能满足回弹模量设计值的要求（E0≥30MPa）。根据数据可以看出，在红砂岩土中掺入一定量建筑渣土后再进行压实，可以有效提高路基填料的路用性能，由于混合料中的红砂岩风化土和建筑渣土都取自于该施工现场，掺入建筑渣土还能有效减少建筑垃圾的乱堆乱放情况，减少建筑垃圾的运出费用。

4 结语

（1）通过筛分可知，红砂岩风化土的粒径大多在0.25～0.5mm，建筑渣土的粒径大多在5～20mm。

（2）通过击实试验可知，随着建筑渣土掺入量增大，最佳含水率减少，最大干密度先增大后减小，在建筑渣土掺入量60%时最大干密度值最大。

（3）随着建筑渣土掺入率增大，红砂岩风化土与建筑渣土混合料CBR值和回弹模量先增大后减少，在建筑渣土掺入率为60%承载比和回弹模量达到最大，不同建筑渣土掺入率的试件均能满足规范CBR要求，其回弹模量也能满足当地道路工程的设计值。

（4）由击实曲线、承载比数据和回弹模量数据可知，红砂岩土与建筑渣土混合料的路用性能比纯红砂岩土或纯建筑渣土材料的路用性能更好，红砂岩土掺入一定比例的建筑渣土作为路基填料，最大干密度、CBR值和回弹模量都会得到提高。