环保型固化再生碎石土基层施工技术应用

张锡霖ZHANG Xi-lin

（上海建工四建集团有限公司，上海 201103）

1 概述

建筑垃圾的产生随着城市建设的不断发展越来越多。据统计，目前全国的建筑废弃物总量已经占到城市废弃物总量的30%~40%，新产生的建筑废弃物总量也颇为庞大。这些建筑垃圾基本都是占用大量土地资源，直接运到郊外露天堆放或填埋，且会严重污染当地环境，没有经过任何处理。因此，建筑垃圾处理成为国家一贯强调环保的大前提下重点治理的问题。既能解决环境污染问题，又能合理利用这些资源，取得一定的经济效益，如何利用建筑垃圾使之变废为宝，这是一个颇具深意的课题，因而具有十分重要的现实意义。[1]结合工程实际，拟使用建筑再生料作为道路基层填筑材料，不仅可以大量减少由于建筑垃圾倾倒对土地资源的占用，也可帮助政府解决部分废料处理问题，同时可降低相应的工程造价[2]。本文以常见的水泥稳定碎石基层为基础，探索一种新型的环保型固化再生碎石土基层，将建筑再生料资源化利用，推动建设绿色环保公路发展。

2 技术背景

通过业内咨询，了解到一种新型的环保型固化土基层可来替代老路基层。通过详细了解，业内某单位对此种新型固化土进行试验，简述如下：将100m 路基处理采用粉剂及水剂固化剂替换原路基处理的40cm 碎石层+40cm石灰土做法，替换后为50m 采用30cm 建筑旧料+30cm 环保型材料固化土层、50m 采用40cm 建筑旧料+20cm 环保型材料固化土层，剩余100m 采用原设计做法。

从压实度、弯沉值和7d 无侧限抗压强度这三项试验结果与水泥稳定碎石基层力学性能指标进行对比分析，可知新型固化土基层在压实度和弯沉值指标上可与水稳基层相媲美，而7d 无侧限抗压强度仍有不足。

因此，本文以常用的水泥稳定碎石基层力学性能指标为依据，针对7D 无侧限抗压强度不足的问题，通过不同土样配合比的试验，确定新型环保固化再生碎石基层的最优配合比，从而达到作为道路基层的性能要求，通过试验探索出一种新的环保型固化再生碎石土基层。

3 环保型固化土再生基层配合比设计研究

以环保型固化再生基层一般为环保固化剂、土壤、再生碎石以及水的混合物。

3.1 材料选用

3.1.1 环保固化剂材料

对固化剂材料性能的一般要求：必须是具有高度导电性溶液的离子交换型土壤稳定剂，与含有负离子的黏土混合后，与土壤颗粒表面吸附水的活性阳离子进行强力交换，促使土壤扩散层厚度减薄、电位势下降、土壤颗粒间排斥力降低，经水稀释后产生强离子作用的磺化油。联结加强，同时将土壤颗粒表面所带的负电荷中和，使土壤颗粒失去对水的静电吸引力，从而释放出束缚在吸附层和扩散层内的结合水，使之转化为自由水排出，这种电化学作用改变了粘土颗粒的双电层结构，成为一种不可逆的过程，它能将土壤的亲水性永久地转化为疏水性，使土壤易于压实，从而使土壤的亲水性对土壤的物理力学性能进行改良，形成结构稳定的整体板块。因此，相对于传统的水泥、石灰等无机结合料对土壤进行加固的作用，它能随水分排出并压实，其强度可随水而增加，且具有良好的水稳性。

3.1.2 土壤

应采用就近取土、先近后远的原则。土的有机质含量应小于5%，土的最大粒径宜不大于15mm，且粒径大于10mm 土的质量应小于土总量的5%。除了碎砾石包含细料、细沙和泥碳有机泥土不能作为环保水剂固化土土壤使用外，大砾石含沙和细料、砾石状沙或沙含细料、含细泥砾石砂、高塑性砾石、低压缩性淤泥沙和细料、高压缩性淤泥、中低度压缩性泥土、高压缩性泥土、高压缩性淤泥等等均可作为环保水剂固化土的土壤材料。

3.1.3 建筑旧料再生碎石

建筑旧料经挑拣、破碎、分离以后，剔除建筑砖块、瓦片、木块、生活垃圾等不可用于道路填筑材料的部分，留下混凝土碎块、石子、石屑等用作道路基层填筑材料。

3.1.4 水

应符合JGJ 63 的规定。

3.2 试验目的

采用环保型固化剂的基础上，改变土的组成，即添加骨料的方式，进行试验，取得3 项试验指标，即压实度、弯沉值、7d 无侧限抗压强度，从力学性能指标方面去论证其代替水稳基层的可行性。

3.3 配合比试验

试验材料选择现场土源，以及现场拥有的再生碎石。

研究再生碎石粒径与级配组成，通过筛分试验，结果如表1、图1。

表1 再生碎石筛分记录表

图1 再生碎石级配

分析可得再生碎石的粒径级配为5-16 约占40%，16~31.5 约占45%，其余约15%。

通过CBR 试验，测得再生碎石压碎值28.9%。

采用此再生碎石进行，配合比试验，试件组成如表2。

表2 配合比实验结果

通过标准击实试验，测得碎石土的最优含水率为10.9%，最大干密度为2.078g/cm3。

3.4 现场试验方案

试验考虑取100m 施工便道，设计40cm 建筑旧料（路基）+40cm 固化再生碎石土（基层），40cm 固化再生碎石土分2 层施工，用于取得力学性能指标，试验研究40cm 固化再生碎石土代替机动车道水稳层可行性。

试验准备条件：

下承层建筑旧料路基要求：弯沉值小于250（0.01mm），或者回弹模量大于45MPa（换算弯沉值约250），同常规土路基顶弯沉值。（表3）

表3 路基弯沉值实测数据

3.5 现场试验过程

根据施工经验及水泥初凝时间要求，并结合本试验段的面积，总结本试验段施工工艺。

图2 施工工艺流程图

3.5.1 预摊铺及预碾压

将施工用的土石混合料铺筑在施工段上，铺筑时，对混合料含水率进行检测，含水率控制在24%以下方可进行下一步工作。采用22 吨单轮压路机对混合料进行预碾压，并采用平地机对预碾压后的基层进行初平，且根据方案进行标高的控制（根据松铺系数预留部分余量）。

3.5.2 环保固化剂的撒布

固化剂撒布采用撒布车进行，每20cm 层厚控制洒布量25kg/m2。在撒布完成后，并在三个小时内需完成本施工段的碾压。

3.5.3 铣刨拌和

铣刨拌和机械为冷再生机，该机械拌和宽度为2.3m，一次拌和压实厚度为20~35cm，在施工中，该机械可根据方案要求对铣刨深度进行调节。以4 米/分钟的速度行进。在铣刨过程中，做到缓慢、均匀、连续，在单幅再生施工进行到一个作业段结束后，在纵向接缝处的相邻两个作业面重叠处，以10~30cm 为宜，倒出再生机和洒水车进行第二幅施工。本试验段在施工过程中不需要在铣刨中加水，含水率适当。[3]

3.5.4 平地机精平

冷再生混合料铣刨拌和后，在工作面上用平地机快速初平2 次，凹陷处及时整修，整修时先将混合料翻松5cm，再将混合料填平，用平地机按复检标高整形，整形时平地机由两侧刮平至路中央，必要时再返回刮，按规定的坡度和路拱要求进行，然后整形后的再生层没有出现明显的车轮痕迹，也没有出现集料离析的现象。[4]

3.5.5 碾压

完成精平后，用22 吨振动压路机的低幅高频一次稳压，然后高幅低频进行二次碾压（这样就可以压实再生层下2/3），再用平地机进行一次精平，然后用压路机的高幅低频进行三次碾压，最后再进行一次静压，就可以得到紧密相连的纹理。直到无明显轮迹或凸起现象，完成碾压，最后进行压实度检测和结构层厚度检测。

3.5.6 养生

在完成固化土基层的施工后，采用土工布进行覆盖养生，洒水量及频率以保证其表面湿润即可。根据环保型固化剂功能特性，养生时间一般为1~5 天。

3.5.7 试验检测

压实度：98.2%＞水稳设计值98%；7d 无侧限抗压强度R（7d）=3.54MPa＞水稳设计值3.5MPa；弯沉值（水稳设计值34.2（0.01mm））。（表4）

表4 基层弯沉值实测数据

3.6 试验结论

采用环保型固化剂的40cm 厚固化土，改变土源组成，即在土中掺40%再生碎石后，在弯沉值、压实度和7d无侧限抗压强度这三个力学性能指标方面能够与水稳基层相近，可替代水稳基层。

4 实施效果

固化再生碎石土基层试验段实施经济性如表5。

表5 固化再生碎石土基层成本核算

综上可知，40cm 厚固化再生碎石土基层成本约130元，而等厚度水稳基层成本价约160 元/m2，固化再生碎石土基层能够节省成本约18.7%。

环保型固化再生碎石土基层，从力学性能方面分析，可替代水泥稳定碎石基层作为道路结构持力层，且具有施工速度快、养护时间短、节能环保、降低工程造价等优点，尤其适合上海地区的绝大部分土质。

5 结语

使用环保型固化再生碎石土基层的工艺可以让包括上海在内的不产砂石地区，资源化建筑旧料再生碎石利用，无需外运大量砂石料，能达到节省运能和破碎石料的能耗的目的，并具有节能环保，保护生态，降低造价等多方面的优越性；同时，本文介绍的新型道路结构将改变筑路必须大量采用碎石结构的传统，进而成为筑路材料发展史上的一个重大变革，推广应用到上海的道路基层结构施工中，具有重要的理论意义和工程应用价值，符合上海经济和社会可持续发展的迫切需要。