淮安新业电力设计有限公司 江苏淮安 223002
摘要：随着城市进程的快速推进，城市改建步伐日益加快，在提升人们生活质量的同时也带来了很多难以消化的建筑垃圾。近几年来，拆违拆临力度加大，建筑垃圾更是猛增。由于缺乏成熟配套的再生利用方法，建筑垃圾处置成为城市建设发展中的一个难点问题。特别是随着城市化进程的加快，仅仅通过回填旧窑坑、倾倒点消纳等传统处理措施，已无法满足处置大量建筑垃圾的需求。合理利用建筑材料充当地基处理原材料，具有显著的经济及社会效应，在建筑垃圾利用率提高的同时为建筑地基处理提出了新的方向。
关键词：建筑垃圾、挤密、复合地基
1 建筑垃圾特点
建筑垃圾主要来源于旧城改造和危房撤除、道路拓宽等方面，多由渣土、碎石块、废砂浆、砖瓦碎块、混凝土块、沥青块、废塑料、废金属料、废竹木等组成，因建筑垃圾的来源不同，其组成成分变化很大。建筑垃圾是一种不同于一般土体的包含大粒径的散粒体结构土，垃圾土在荷载作用下产生变形不仅与其存在状态有关，还与堆填时间存在紧密关系，表明具有一定的时效性。
建筑垃圾的构成决定了可以将其看作一种结构复杂、成分多样、多相的特殊土，所以对建筑垃圾各种性能可采用土体试验进行类似检测，由于实际工程数据的缺乏也可采用软件进行模拟研究。经过一段时间堆填建筑垃圾承载能力得到提高，在强夯布点测试中，振动加速度不论径向、切向还是竖向，其值均随距夯点的距离增大而减小。
建筑垃圾的筛分是其工程应用的第一步，不同材料破碎后作为骨料应用于工程时，对各种工程的性能会有不同的影响。玻璃骨料在混凝土中会产生有害的碱骨料反应，但当磨细到一定程度后会呈现出火山灰性质，能提高混凝土抗压强度，减小膨胀。旧塑料用做粗骨料可提高混凝土的延展性和抗渗性，用做细骨料则会影响水泥的水化反应，但却可减小收缩值。
因此对建筑垃圾进行再利用之前有必要对各种组成成分的影响进行研究和分析，以期待得到合理的再利用途径。
2 建筑垃圾灰土挤密桩的基本原理
建筑垃圾灰土挤密桩地基，是用建筑垃圾加固软土地基的原理是利用建筑垃圾中的废旧固体无机材料形成散状材料桩，通过重锤冲击或挤压等方法使桩与桩间土相互作用，形成复合地基，进而达到提高地基承载力的作用。
建筑垃圾的主要成分是耐酸碱且耐水性好的无机材料，同时具有颗粒大、透水性好、不冻胀、塑性小等稳定的物理性质。挤密桩施工工艺已非常成熟，桩体填料需要具有一定胶凝强度的材料，亦具有柔性桩的特征。采用纯建筑垃圾桩，由于其桩身的胶凝强度低，且孔隙率过大，容易造成桩体稳定性不强，单桩承载力不易达到理想效果，也不能很好地消除沉降影响。采用一定级配的建筑垃圾和灰土做成的挤密桩，既能避免建筑纯垃圾挤密桩的缺点，还能秉承灰土桩的部分优点，能够达到增加土的密实度，降低土中孔隙率，从而达到消除沉降影响和提高水稳定性的工程效果，并能很好地利用灰土挤密桩施工工艺中的所有仪器设备，更加方便推广使用。
3 工程实例依据
下面以设计过程中遇到的某220kV输变电工程实例为背景，通过现场勘察，岩土资料的剖析，结合理论构思和计算，初步确立一套切实可行的基础设计方案。
3.1拟建场地地质情况及地下水
3.1.1岩土地层构成、特征
根据工程可研报告提供的部分勘测资料，所址区内地基土由第四系冲洪积形成的粉细砂、粉土与粉质黏土组成。
层①粉土：灰褐、黄褐等色，稍密～中密，稍湿，夹有薄层粉质黏土，中压缩性。层厚2.00～3.00m。承载力特征值fak=100～120kPa。
层②粉质黏土：黄褐色，以可塑为主，局部软塑，属薄夹层，中压缩性。层厚2.00～3.00。承载力特征值fak=80～100kPa。
层③粉质黏土：灰黄、黄色，可～软塑，局部可塑。高压缩性。层厚2.00～3.00m。承载力特征值fak=70～90kPa。
层④粉土：灰褐、黄褐等色，稍密，很湿，夹有薄层粉质黏土，中压缩性。层厚1.00～2.00m。承载力特征值fak=100～120kPa。
层⑤粉质黏土：灰黄、黄色，软塑，局部可塑。高压缩性。层厚3.00～4.00m。承载力特征值fak=70～90kPa。
层⑥粉质黏土：灰黄、黄色，硬塑，局部可塑，底部见粉细砂，低压缩性。层厚4.00～5.00m。承载力特征值fak=180～200kPa。
层⑦粉砂：浅黄、灰黄色，中密，饱和，成分以石英、长石和云母为主，磨圆度差，级配较好，中压缩性，局部夹粉土。层厚1.00～2.00m。层厚大于1.00m承载力特征值fak=200～220kPa。
3.1.2地下水条件
站址地下水为第四系松散层中的孔隙水，地下水类型为潜水。主要受大气降水、人类生活用水及农田灌溉的入渗补给，主要排泄途径人工抽水。勘测期地下水位埋深5.0～6.0m，丰水期3.0～4.0m，枯水期8.0～9.0m，年变幅一般为4.0～5.0m。
根据本次勘测所取水样，室内地下水水质腐蚀性分析成果表明地下水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。
3.1.3地基和基础分析
根据变电站上部结构布置方式及荷载特点，基础埋置深度初步设计时取2.5m，上部各电气设备用房的荷载如下表取值：
计算发现仅在竖向荷载作用下，独立基础面积为18m2时方可满足承载力要求，就该工程而言此时的基础尺寸已经过大，如果计入水平风荷载作用，该尺寸尚不能满足要求。
为此需对场地地基进行处理，常规的做法为桩基础和地基处理，建筑工程中常用的桩基础分为沉管灌注桩和PHC、PC预应力管桩；地基处理分为：换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和复合地基(散体材料增强体复合地基和有粘结强度增强体复合地基)。
据现场勘察，该变电站地处城市区域，该站北侧有一座垃圾场且大部分成分为建筑垃圾，利用建筑垃圾制作复合式地基，就地取材，即解决城市环境问题，又大大降低了工程建设成本。据测算，建筑垃圾灰土挤密桩的造价低，其造价为桩基的1/2～2/3，为大开挖深基坑或板基的1/3左右。站址南侧为空旷地域，西侧包河对面为较新的居民住宅小区建筑群，距离约150m，东侧毗邻一较旧的居民小区，为保证施工期间降低噪音，环境友好，本期工程不采用重锤夯扩沉管桩，而采用钻孔施工工艺。
3.2 复合地基承载力的初步估算
本期工程为户内变电站，除了设置有配电楼基础外，一层尚布置220kV变压器和散热器、10kV开关柜电气设备，其中变压器和散热器自重较大，基础以承载能力极限状态控制；10kV开关柜自重较小，为满足设备运行需避免过大的不均匀沉降，基础以正常使用极限状态控制；配电楼二者均需满足。
建筑垃圾灰土挤密桩为散体材料增强体复合地基，参照《建筑地基处理技术规范》第七章相关要求，对本期工程复合地基进行初步估算：取桩径d=500mm，s=1000mm，等边三角形布置，预估挤密处理后桩间土承载力特征值fsk=110kpa，桩体承载力特征值fpk=350kpa，则：
施工设计阶段时，需对现场处理后的复合地基进行静载荷试验，以试验获得的承载力特征值最终确定配电楼基础的尺寸，并以处理后的复合地基土层压缩模量进行沉降计算，确保其在满足规范的合理范围之内。另外需要在变电所的配电楼的部分框架柱出地面以上300mm～500mm处位置设置沉降观测，在施工期间及使用期间对配电楼进行沉降观测，施工时期每15天一次，工程竣工后1年时间内每3个月一次，工程竣工后2～3年内每半年1次，直至沉降达到稳定为止，并需及时向建设各方提供沉降观测结果。
4 结论
将建筑垃圾作为建筑渣土桩填料加固软土地基，能满足低层楼房(7层以下)的需要，且具有造价低、工期短、施工设备及施工工艺简单、振动小和效果好的特点，本次变电站工程根据现场实际情况，因地制宜、就地取材，具有较高的经济效益、社会效益及环保效益，并且可以作为试点，通过设计、监理、施工三方协作，形成完整的信息资料和监测数据，为此后的其它类似工程提供有效的参考价值。
参考文献
[1]江思义：建筑垃圾灰土挤密桩在黄土路基中的设计和应用，《路基工程》2015.3；
[2]陈建军：灰土挤密桩及载体夯扩桩处理建筑及生活垃圾场地的设计研究，《陕西建筑》2011.9
论文作者:吴玉皓
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
标签：地基论文; 建筑论文; 垃圾论文; 承载力论文; 特征值论文; 灰土论文; 压缩性论文; 《基层建设》2017年第36期论文;