路基工程中建筑垃圾再生混合料的具體應(yīng)用

殷興華

在當(dāng)前城市化持續(xù)推進(jìn)的大背景下，高速公路在其中起到了不容忽視的作用，其中又以路基部分尤為關(guān)鍵。但縱觀多數(shù)工程案例可知，填方路基施工時(shí)周邊往往不具備開挖土方的條件，這點(diǎn)在城市建設(shè)中顯得更為突出，由此帶來了路基填料不足的問題。

一、工程背景

在本文所探討的高速公路工程中，其周邊建設(shè)有一定規(guī)模的建筑物，經(jīng)拆除處理后產(chǎn)生了大量的建筑廢棄物。若對(duì)其進(jìn)行清運(yùn)處理，一方面需要投入過多的成本，另一方還會(huì)引發(fā)運(yùn)輸沿途垃圾遺漏以及粉塵散布等問題，這對(duì)于道路建設(shè)工作持續(xù)開展造成了阻礙。因此，在填方路基中充分利用建筑垃圾，極具必要性。

二、路基工作區(qū)理論

無論是路基還是房建工程，其中的基礎(chǔ)部分所發(fā)揮出的作用均一致，屬于一種典型的帶狀構(gòu)筑物，能夠?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)提供支撐，此環(huán)節(jié)使用的材料通常以土以及石料居多。關(guān)于填方路基，需要使用到大量的填料而形成帶狀路基，當(dāng)區(qū)域內(nèi)有車輛通行時(shí)，所產(chǎn)生的荷載便會(huì)經(jīng)由路面最終傳遞到路基結(jié)構(gòu)之中，因此路基通常會(huì)處于三維受力狀態(tài)。路基內(nèi)部存在大量的豎向應(yīng)力，除了路基的自重應(yīng)力外，還包含了車輛運(yùn)行中所產(chǎn)生的豎向附加應(yīng)力，而后者則是引起路基豎向附加變形的重要因素。

伴隨著路面深度的持續(xù)加大，自重應(yīng)力也會(huì)進(jìn)一步增加，但對(duì)應(yīng)的豎向附加應(yīng)力會(huì)表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。由此可以得知，在某個(gè)特定的深度范圍內(nèi)，受車輛運(yùn)行所引起的豎向附加應(yīng)力相對(duì)更強(qiáng)一些，此時(shí)路基會(huì)表現(xiàn)出明顯的豎向變形現(xiàn)象，而要想分析交通荷載對(duì)于路基深度范圍所形成的影響機(jī)制，則需要借助于路基工作區(qū)這一概念來進(jìn)行。相較于路基的自重力而言，若因車輛運(yùn)行而產(chǎn)生的豎向附加應(yīng)力占據(jù)了較大比重時(shí)，那么對(duì)應(yīng)的范圍便可稱之為路基工作區(qū)。

三、填方路基結(jié)構(gòu)性能數(shù)值研究

1.計(jì)算參數(shù)及模型

為了進(jìn)一步探討填方路基的受力狀況，此處引入了MIDASGTS軟件，借助于此平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)路基受力狀態(tài)的靜力模擬操作。路基具有無限延伸的特性，同時(shí)斷面也大體相同，因此具備二維平面單元模擬的條件，對(duì)道路結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的劃分，建立寬度與高度分別為40m與20m的模型，使用了C20混凝土材料來模擬道路工程中的防水層，關(guān)于路基的各個(gè)構(gòu)成部分，則均有莫爾庫(kù)材料來完成對(duì)應(yīng)變單元的模擬，最后用點(diǎn)荷載的方式來模擬運(yùn)行過程中的車輛荷載。

2.計(jì)算假定及邊界條件

（1）計(jì)算假定

此處將路基各層視為一個(gè)具有高度連續(xù)性與均勻性的彈性體，并且不存在相對(duì)滑移現(xiàn)象；關(guān)于初始應(yīng)力，除了路基自重應(yīng)力外，還涉及到了側(cè)向靜止土壓力。經(jīng)過多次加載操作后，并不會(huì)對(duì)路基材料的彈塑性參數(shù)造成任何影響。

（2）邊界條件

選取模型的左、右、下3個(gè)面，分別給予其一個(gè)法向約束，同時(shí)還對(duì)上表面進(jìn)行了自由約束處理；除此之外，選取與二維模型相垂直的平面，對(duì)其施加法向約束以及轉(zhuǎn)動(dòng)約束，此舉可以避免模擬面出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。

3.計(jì)算結(jié)果分析

（1）位移分析

受車輛荷載的影響，會(huì)引發(fā)路基豎向位移現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行分析得知，在路面荷載的作用下，路基會(huì)出現(xiàn)一定程度的受力變形現(xiàn)象，若與路面的距離越近，那么所產(chǎn)生的變形程度也越大，且達(dá)到了5.9mm；盡管多個(gè)區(qū)域都發(fā)生了沉降現(xiàn)象，但以路面以下5m之內(nèi)最為明顯，當(dāng)深度達(dá)到5～7m時(shí)，沉降量將大幅減緩，若＞7m，所產(chǎn)生的沉降量則穩(wěn)定在1mm以內(nèi)。因此，關(guān)于路基沉降現(xiàn)象，其主要集中在路面以及路基上部這兩大區(qū)域。

（2）應(yīng)力分析

受車輛荷載的影響，路基會(huì)產(chǎn)生豎向應(yīng)力，對(duì)其進(jìn)行分析得知，受交通荷載的影響，會(huì)給路基帶來附加應(yīng)力，且這一現(xiàn)象伴隨著深度的增加而愈發(fā)明顯，最大處達(dá)到了1.12MPa，經(jīng)分析后得知，這一區(qū)域主要為車輪荷載所在垂直方向的正下方1～2m處；當(dāng)深度＞3m時(shí)，應(yīng)力值明顯減小。

四、高速路基工作區(qū)填料配方改良研究

1.建筑垃圾土改良方案

關(guān)于建筑垃圾的類型，主要以磚渣土為多，考慮到土體滲透性與壓縮性的要求，同時(shí)提升路基填土的水文性，有必要對(duì)土樣進(jìn)行分析與改良。對(duì)粉煤灰以及石灰等類型的磚渣土進(jìn)行改良后，所帶來的效果較為良好，就石灰改良土而言其最佳配合比介于4%～8%區(qū)間內(nèi)，以歷史施工經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)，綜合考慮到所在區(qū)域的實(shí)際情況，決定同時(shí)加入石灰以及粉煤灰，從而達(dá)到改良效果，關(guān)于其配比情況如下表所示。

組號(hào) 粉煤灰 石灰 建筑垃圾1 2 2 96 2 92 3 3 3 94 4 4 4 94 5 4 2 94 2 4

嚴(yán)格控制土樣的含水量，保障其處于最佳狀態(tài)下，基于上述的配比進(jìn)行改良，將壓實(shí)度控制為0.96，此后對(duì)所得到的制樣進(jìn)行了4d養(yǎng)護(hù)處理，并展開了性能試驗(yàn)，具體做如下分析。

2.室內(nèi)試驗(yàn)研究

（1）壓縮試驗(yàn)

對(duì)各配合比狀態(tài)下的路基填料壓縮系數(shù)進(jìn)行分析，當(dāng)石灰與粉煤灰的添加量為3%時(shí)，在此條件下所帶來的土壓所系數(shù)處于最小值，由此可以得知該組的不可壓縮性達(dá)到了最佳狀態(tài)。

（2）滲透試驗(yàn)

由于試驗(yàn)土樣主要以細(xì)粒土為主，因此展開了變水頭滲透試驗(yàn)，從而得知土的滲透系數(shù)，當(dāng)石灰與粉煤灰的添加量為3%時(shí)，其平均滲透系數(shù)最小，為1.07074×10-6，意味著該組改良試樣的滲透性最低。

（3） CBR試驗(yàn)

基于上述的分析，選取第3組展開CBR試驗(yàn)，由此得知其CBR值，實(shí)際結(jié)果表明其符合工程規(guī)范，借助公式（1）可以得知CBR的具體值：

式（1）中：P1-荷載壓強(qiáng)，kPa；P2-標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)，kPa，如果貫入量達(dá)到2.5mm，此時(shí)該值為7MPa。

對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行分析得知，當(dāng)貫入量達(dá)到2.5mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的荷載壓強(qiáng)達(dá)到了763.90kPa，借助于上述公式能夠得知CBR值為10.91%，這符合工程所提出的≥8%的要求。

在上述基礎(chǔ)上，選取了某一路段展開試驗(yàn)，實(shí)際結(jié)果表明不存在明顯沉降現(xiàn)象，車輛通行狀況良好，滲水與排水都能達(dá)到要求。

五、結(jié)語

綜上所述，建筑垃圾可以成為路基工程中的主要材料來源，就分揀、篩分等操作，在此基礎(chǔ)上分別增加3%的石灰以及粉煤灰，經(jīng)試驗(yàn)得知所得到的改良建筑垃圾混合料質(zhì)量較佳，達(dá)到了工程所提出的要求，其可行性良好。