1. 引言
按照产生来源，建筑垃圾可主要分为建筑废弃物、装修废弃物、建材废品废料、道路及建筑等拆除废弃物 [1] [2] [3] [4] [5] 。国家“十四五”规划提出，推进大宗固废综合利用对提高资源利用效率、改善环境质量、促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义，鼓励建筑垃圾再生骨料及制品在建筑工程和道路工程中的应用。
康晓燕 [6] 在建筑垃圾路基回填应用中，对建筑垃圾的种类和具体施工工艺进行了研究，并将优选的建筑垃圾种类在所依托项目中得到了良好的应用。李行 [7] 通过将建筑垃圾分为纯混凝土块和砖混结构两种进行基础试验研究，发现两类材料均满足各级公路对路基材料的要求，验证了建筑垃圾用于路基填料的可行性。李少康 [8] 对建筑垃圾再生材料进行室内试验分析，提出建筑垃圾再生材料填筑路基的施工工艺、参数指标、检测方法及标准，为后期建筑垃圾做路基填料奠定良好的基础。陈冬梅等 [9] 用建筑垃圾处治软土地基，得到了不同建筑垃圾地基的沉降规律，验证了建筑垃圾处治软土地基的良好效果。张威 [10] 研究了不同配比建筑垃圾对施工的影响，得到了合理的碾压工艺和质量控制标准。
目前，建筑垃圾填筑路基存在以下几个问题：1) 对材料性能要求高：建筑垃圾再生粒料的成分复杂，组分的变异性较大，粗粒料比重大，不同组分间的强度特性相差较大；2) 颗粒破碎问题严重：施工过程中，振动碾压成型过程对颗粒破碎和级配变化有着显著的影响；3) 材料施工性能需优化：不同施工工艺对建筑垃圾破坏影响规律不明确。针对以上问题，本文通过分析碾压厚度和遍数对施工质量的影响，对施工关键技术进行优化，提出适用于建筑垃圾再生粒料的施工工艺。
2. 建筑垃圾材料工程特性
以废旧混凝土和废旧砖块为研究对象，选择以下11种建筑垃圾再生粒料配比方案，分别进行级配特性和CBR试验分析，确定最佳废旧混凝土和废旧砖块的掺配比例，具体试验方案如表1所示。
按照《公路土工试验规程》(JTG 3430-2020)中的颗粒分析试验方法，对A-1~A~11进行测试并计算得到各组不均匀系数和曲率系数，如图1所示。
(a) 不均匀系数 (b) 曲率系数
Figure 1. Relationship between concrete admixture and particle gradation
图1. 混凝土掺量与颗粒级配的关系
从图1可以看出，现当20% ≤ 废旧混凝土含量 ≤ 80%时，不均匀系数Cu大于30，曲率系数1 < Cc < 3，级配良好。同时废旧混凝土掺量与粒径5 mm以上含量之间有较好的线性相关性；即随着废旧混凝土含量的增加，再生粒料中粒径5 mm以上的含量也随之提高。
按照《公路土工试验规程》(JTG 3430-2020)中的承载比(CBR)试验方法，对A-1~A~11进行测试并计算得到各组CBR值，如图2所示。
Figure 2. CBR variation pattern of recycled aggregate from construction waste
图2. 建筑垃圾再生粒料CBR变化规律
从图2可以看出，CBR值随着混凝土含量的增加先增大后下降。当废旧混凝土含量 < 30%的时候CBR值下降明显，小于50，当废旧混凝土含量 > 30%之后CBR值增长值较快，CBR超过80，当废旧混凝土含量达到70%左右的时候，CBR值出现最大值，并缓慢下降，基本维持在90以上。
由以上试验数据可知，当废旧混凝土和废旧砖块的比例为70:30时，其工程性质处于最佳状态。为了方便现场施工，优选废旧混凝土掺量为60%~70%的建筑垃圾。
3. 建筑垃圾施工工艺与优化
因建筑垃圾粒料性质不同于常用的路基填料，因此在使用建筑垃圾作为路基填料施工过程中应选择合理的施工机械，运用适宜的施工工艺和检测方法。建筑垃圾填筑路基的施工工艺流程，如图3所示。
为了确定建筑垃圾填筑路基的最佳碾压层厚度和碾压次数，如表2，在试验段选择三段各100 m，分别设定碾压层厚度为20 cm、30 cm和40 cm。碾压次数为1~8遍，每碾压两遍对其压实度和沉降差进行检测分析，确定最优碾压遍数和碾压层厚度。
3.1. 压实度结果分析
(a) 碾压层20 cm
(b) 碾压层30 cm
(c) 碾压层40 cm
Figure 4. Variation rule of the compaction degree of construction waste with the number of crushing times
图4. 建筑垃圾压实度随碾压次数的变化规律
从图4可以看出，随着碾压次数的增加，压实度呈逐渐增加并稳定的趋势。从图(a)中可以看出，对于填厚20 cm的建筑垃圾路基，振动碾压次数超过4次时，压实度逐渐缓慢并趋于稳定，压实度超过96%，并当振动碾压次数达到6次时达到最大值，振动碾压次数达到8次时，压实度呈下降趋势，说明填厚20 cm在碾压已达到相对密实状态，继续碾压对压实度提升作用有限。从图(b)中可以看出，对于填厚30 cm的建筑垃圾路基，振动压实次数超过6次时，压实度逐渐缓慢并趋于稳定，最终压实度超过96%。从图(c)中可以看出，对于40 cm的建筑垃圾路基，振动压实次数超过8次时，压实度逐渐缓慢并趋于稳定，但是其最终压实度为95.4%，并未达到96%，无法满足路床填筑要求。基于此，可以判断碾压层厚度应控制在40 cm以下。
3.2. 沉降差结果分析
为了能够确定需要的碾压次数，要对沉降量进行测量。在测定沉降值时，采用观测法和轮迹法结合的方法。轮迹法指的是碾压的表面没有明显的轮迹，沉降观测法是使用水准仪测量两次碾压间的沉降的差值，一般小于2 mm。
采用低振幅、高频率的振动压实方式，振动压路机为26吨，碾压作业时，按照从外到内，先快后慢的方法进行，碾压时的行进路线要在纵方向上保持平行，并进行多次碾压。在横方向上的接头处要有半米左右的重叠，在纵方向上要有2 m到5 m的重叠。
(a) 碾压层20 cm
(b) 碾压层30 cm
(c) 碾压层40 cm
Figure 5. Variation law of settlement difference of construction waste
图5. 建筑垃圾沉降差变化规律
从图5可以看出，随着碾压次数的增加，沉降差呈逐渐增加并稳定的趋势，且随着碾压层厚度的减小，沉降差逐渐减小。从图(a)中可以看出，对于碾压厚度为20 cm的建筑垃圾路基，振动压实次数达到4次时，沉降差小于2 mm，并趋于稳定，振动压实次数达到8次时，沉降差出现增加的趋势，最终达到1.97 mm，说明在碾压4次时已达到相对密实状态，满足填筑要求。从图(b)中可以看出对于30 cm的建筑垃圾路基，振动压实次数达到6次时，沉降差小于2 mm，并趋于稳定状态，满足填筑要求。从图(c)中可以看出对于40 cm的建筑垃圾路基，振动压实次数超过8次时，沉降差逐渐降低，但是其最终沉降差仅为2.12 mm，无法满足路床填筑要求。基于上述数据及经济施工的要求，可以判断碾压层厚度应控制在40 cm以下。
3.3. 颗粒级配变化结果分析
为了进一步对建筑垃圾再生粒料在振动压实试验过程中所产生的颗粒破碎进行量化分析，首先通过筛分试验统计了振动压实后各粒径含量的变化。施工完成后，对压实完成的建筑垃圾材料取样，并进行筛分试验，分析碾压前后不同厚度下建筑垃圾的级配变化。
碾压层厚度为20 cm时，碾压前粗粒(d > 5 mm)含量为63.0%，碾压后粗粒(d > 5 mm)含量为46.9%，粗粒破碎率为25.6%。与施工前相比，粗粒径占比明显下降，细粒料占比增加。说明碾压6遍时，振动压路机已经对建筑垃圾骨料中的粗粒料造成了破坏，结合压实度和沉降差数据，可以得出碾压层厚度为20 cm时，碾压遍数不宜超过4遍。
碾压层厚度为30 cm时，碾压6遍和8遍时粗粒破碎率分别为6.3%和9.5%，说明在碾压8遍时，并没有对建筑垃圾骨料造成明显破坏，结合压实度和沉降差数据，碾压层厚度为30 cm时，碾压遍数6遍即可满足路床填筑要求，故最佳碾压遍数宜为6遍。
碾压层厚度为40 cm时，通过分析碾压前和碾压8遍后上部10 cm和底部10 cm的级配变化，发现底部10 cm的建筑垃圾骨料级配与碾压前的级配并没有明显变化，而上部10 cm的建筑垃圾骨料却造成明显破坏，导致粗粒减少，细粒增加，故可以判断但是不满足要求，故碾压层厚度不宜超过40 cm。
综上可以判断，如表3，当碾压厚度为20 cm时，可以得出最佳碾压层数为4遍；当碾压厚度为30 cm时，可以得出最佳碾压层数为6遍，而碾压层厚度为40 cm时，不宜进行路床施工。
Table 3. Optimization of compaction process
表3. 压实工艺优化
4. 结论
本文通过室内试验确定现场采用废旧混凝土和废旧砖块的最优掺比，通过压实度和沉降差检测分析，确定最优碾压遍数和碾压层厚度，对建筑垃圾再生填料路基施工工艺进行优化，得到以下结论：
1) 通过颗粒分析和CBR试验可知，当废旧混凝土和废旧砖块的比例为70:30时，其CBR值达到最大，工程性质达到最佳状态；
2) 现场压实施工当碾压层厚度为20 cm时，碾压次数超过4次后，级配变化明显，粗粒径占比明显下降，细粒料占比增加。厚度过小导致过度碾压，改变骨架结构，影响整体强度，碾压遍数不宜超过4遍；
3) 现场压实施工当碾压层厚度为30 cm时，碾压遍数6遍即可满足路基填筑要求，故最佳碾压遍数宜为6遍；
4) 现场压实施工当碾压层厚度为40 cm时，振动碾压前后，底部10 cm的建筑垃圾级配未发生明显变化，而上部10 cm的建筑垃圾却造成明显破坏，不宜进行路基施工。