李少斌，丁建軍，盧生軍

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

引言

近年來，國內(nèi)外港口工程及填海造地等項(xiàng)目規(guī)模爆發(fā)式增長。傳統(tǒng)的砂石料由于開采限制和環(huán)保要求等因素已無法滿足需求。與此同時(shí)，政府出臺(tái)了一系列政策鼓勵(lì)和推廣建筑廢料的資源化利用。且國內(nèi)外針對建筑廢料再利用工藝和技術(shù)在工程和建筑材料方面的研究已取得較多成果。港口工程領(lǐng)域，歐洲CIRIA協(xié)會(huì)的Rock Manual[1]設(shè)計(jì)指南和日本 OCDI協(xié)會(huì)的港口工程技術(shù)規(guī)范[2]中對建筑廢料的再利用做了簡要介紹。本文在國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合港口工程的工程特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)、施工和檢測三個(gè)方面對建筑廢料再利用在港口工程的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 建筑廢料再利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)《建筑垃圾處理技術(shù)規(guī)范》[3]，建筑廢料即建筑垃圾是指各類建筑物和構(gòu)筑物及其輔助設(shè)施等進(jìn)行建設(shè)、改造、裝修、拆除、鋪設(shè)等過程中產(chǎn)生的各類固體廢物。主要包括渣土、廢舊混凝土，碎磚瓦、廢瀝青、廢舊管材、廢舊木材等。建筑廢料再利用技術(shù)是指建筑廢料經(jīng)過粗分、破碎、篩選的預(yù)處理系統(tǒng)工藝后，將其重新利用于社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的技術(shù)。我國建筑廢料處理典型工藝如圖1所示。

工程領(lǐng)域，建筑廢料再利用應(yīng)用的大多為碎磚瓦、碎磚石、碎混凝土等無機(jī)物。國內(nèi)外學(xué)者自20世紀(jì) 60年代已開展對建筑廢料的再利用技術(shù)和工藝的研究，目前已取得一定的成果。美國、日本等一些國家對再生集料進(jìn)行了相關(guān)研究[4]，并成功應(yīng)用于再生混凝土生產(chǎn)和作為道路工程的路面基層和底基層材料。新加坡[5]將海/河/湖底的淤泥以及建筑工程廢土等組合在一起，添加化學(xué)復(fù)合固化劑形成垃圾材料矩陣，再進(jìn)一步結(jié)合化學(xué)物理復(fù)合法，形成一種“新生土”用于諸如填海造地等基建工程。國內(nèi)許多研究集中于通過室內(nèi)試驗(yàn)對建筑廢料再生集料力學(xué)特性指標(biāo)的評估，再生集料配比對混凝土強(qiáng)度的影響，以及地基加固工程和道路工程中再生集料的現(xiàn)場施工工藝和檢測技術(shù)等方面。

圖1 我國建筑廢料處理工藝

綜上，建筑廢料無論在建筑材料（如再生混凝土等）的研發(fā)應(yīng)用，或是工程實(shí)踐中設(shè)計(jì)、施工和檢測技術(shù)都得到了廣泛的研究和應(yīng)用，且積累大量的工程案例經(jīng)驗(yàn)。

2 建筑廢料在港口工程中應(yīng)用范圍

港口工程，本文主要針對港口水工建筑物，其包括碼頭、防波堤、護(hù)岸、陸域回填及處理、船臺(tái)滑道和船塢等。常見的港口工程需要大量的砂石、水泥和混凝土等材料，而建筑廢料在通過一定的物理化學(xué)處理或再次配制生產(chǎn)的再生集料將可替代這些材料應(yīng)用于堤心、陸域回填料和地基加固材料等。

港口工程相對于其他工程具有明顯的環(huán)境特性，因此建筑廢料的再利用先決條件需確保不會(huì)衍生環(huán)境問題。建筑廢料的再生集料組成物質(zhì)較為復(fù)雜，含有高強(qiáng)度的混凝土與低密度材料磚、瓦等混合一起，且在長期的自然環(huán)境中遭受著空氣中的腐蝕性氣體的侵蝕與碳化，導(dǎo)致再生骨料的強(qiáng)度一般均低于天然碎石骨料，因此建筑廢料在港口工程中應(yīng)用有其局限性，在重要承重混凝土結(jié)構(gòu)處如樁基、沉箱和縱橫梁等，以及外海環(huán)境下對骨料強(qiáng)度要求較高部位如護(hù)面和墊層石等應(yīng)慎重使用。Rock Manual根據(jù)再生集料浸出程度將其在港口工程中的應(yīng)用分成兩類，如表1所示。日本OCDI協(xié)會(huì)的港口工程技術(shù)規(guī)范中提到建筑廢料處理焚燒后的鋼渣等類砂材料，其有效內(nèi)摩擦角大，透水性好，比重大，可用作于港口陸域回填料、沉箱填充料和地基加固樁基材料。

表1 Rock Manual中再生集料應(yīng)用分類

本文基于現(xiàn)有建筑廢料再生集料研究成果，綜合考慮港口工程結(jié)構(gòu)功能，將建筑廢料再生集料的應(yīng)用分為直接應(yīng)用和再生應(yīng)用，如圖2所示。

圖2 建筑廢料再利用在港口工程應(yīng)用分類

3 港口工程建筑廢料再利用設(shè)計(jì)

建筑廢料再生料由于成分復(fù)雜，與天然材料相比有很大的差別，其特性不僅與自身天然屬性相關(guān)，而且與歷史使用環(huán)境有很大的影響。因此建筑廢料在港口工程中再利用時(shí)，在設(shè)計(jì)階段須充分掌握建筑廢料的來源，并結(jié)合詳細(xì)的研究和試驗(yàn)，掌握其成分的完整特性。在室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)，利用GEO-studio和MIDAS／GTS等數(shù)值分析軟件進(jìn)行分析校驗(yàn)，設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 港口工程建筑廢料再利用設(shè)計(jì)流程

對于再利用渣土，結(jié)合《水運(yùn)工程巖土勘察規(guī)范》或BS 5930等國內(nèi)外勘察規(guī)范進(jìn)行含水率、密度、比重、顆粒分析等物理性試驗(yàn)以及直剪、三軸壓縮、固結(jié)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性試驗(yàn)。針對來源可能存在污染的廢棄渣土還應(yīng)進(jìn)行土腐蝕性相關(guān)試驗(yàn)。對于再生骨料，其密度，級配，強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性等指標(biāo)對設(shè)計(jì)有重要的影響，可根據(jù)歐洲規(guī)范EN 13383和EN 1097等及美標(biāo)ASTM相關(guān)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)。再生骨料的強(qiáng)度一般用洛杉磯磨損率指標(biāo)來進(jìn)行表征，反映物料在特定環(huán)境下抵抗自然磨蝕、沖擊磨損、剪切力等磨損力的綜合指標(biāo)。一般情況下，應(yīng)用于港口工程中的再生骨料洛杉磯磨損率應(yīng)不大于35 %。國內(nèi)各省自行發(fā)布的再生集料技術(shù)規(guī)范中對其指標(biāo)要求和試驗(yàn)批次及項(xiàng)目進(jìn)行了規(guī)定。以香港三跑機(jī)場公眾填料處理項(xiàng)目為例，其對建筑廢料再生料的試驗(yàn)要求如表2所示。

對再生骨料混凝土，在拌合物性能、力學(xué)性能、力學(xué)性能、長期性能和耐久性能、強(qiáng)度檢驗(yàn)評定及耐久性檢驗(yàn)評定等滿足國內(nèi)外相關(guān)混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)前提下，可采用相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的強(qiáng)度值和彈性模量。對混凝土量較大的工程，有試驗(yàn)條件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，對不同再生骨料替代率配置的混凝土進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，已確定最優(yōu)化的混凝土配合比[6]。目前國內(nèi)普遍認(rèn)為再生混凝土的強(qiáng)度和耐久性較普通混凝土較差，只適用于結(jié)構(gòu)非承重構(gòu)件。而國外已有相關(guān)學(xué)者根據(jù)試驗(yàn)證明再生混凝土的抗剪，抗彎和疲勞性能等與普通混凝土相差不大，且在抗裂性等方面表現(xiàn)更優(yōu)。因此，隨著建筑廢料再利用的推廣以及其成本降低，使得再生混凝土廣泛應(yīng)用成為可能。

表2 香港三跑機(jī)場公眾填料處理項(xiàng)目試驗(yàn)項(xiàng)目

根據(jù)上述所得參數(shù)采用數(shù)值分析軟件進(jìn)行計(jì)算分析。由于建筑廢料成分復(fù)雜，所得參數(shù)存在不規(guī)律性，因此設(shè)計(jì)人員須進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)比選，對某種結(jié)構(gòu)進(jìn)行多參數(shù)敏感性分析，從結(jié)構(gòu)安全、環(huán)境效益和費(fèi)用成本等因素進(jìn)行綜合考慮確定最優(yōu)方案。在實(shí)施階段中應(yīng)跟蹤現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析討論，必要時(shí)對原有設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在項(xiàng)目結(jié)束后需進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)類似項(xiàng)目提供參考。

4 港口工程建筑廢料再利用施工和檢測

港口工程建筑廢料再利用施工中的材料供應(yīng)，運(yùn)輸，存儲(chǔ)和施工工藝需注意以下幾個(gè)方面問題。

1）材料供應(yīng)，應(yīng)結(jié)合施工組織方案和所在地廢料供應(yīng)情況確定由供應(yīng)商直接提供或現(xiàn)場自給生產(chǎn)。對于供應(yīng)商供貨，應(yīng)按規(guī)定批次檢查質(zhì)量證明文件及對再生集料進(jìn)行進(jìn)場檢驗(yàn)。若施工承包商自給生產(chǎn)，則應(yīng)調(diào)查明確建筑廢料供應(yīng)地的物料有效利用率、有效公填料出量，出運(yùn)情況等，并結(jié)合工期合理配置運(yùn)輸船舶，卸船設(shè)備和篩分處理設(shè)備等以確保建筑廢料處理能力滿足工程進(jìn)度需要。

2）材料運(yùn)輸應(yīng)防止二次污染，并采取防止粉塵飛揚(yáng)等措施。對于再生集料運(yùn)輸應(yīng)防止混入雜物。材料應(yīng)按類別、規(guī)格分開堆放儲(chǔ)存，且應(yīng)采取防止混入雜物、人為碾壓和污染的措施。在雨季特征明顯的區(qū)域應(yīng)采取覆蓋、遮擋和保護(hù)措施，有條件時(shí)應(yīng)配備料廠。

3）施工過程中應(yīng)保證建筑垃圾的均勻性，加工后的建筑垃圾填料應(yīng)采用挖掘機(jī)反復(fù)進(jìn)行拌和，防止建筑垃圾骨料出現(xiàn)離析現(xiàn)象。施工工藝和工序應(yīng)滿足《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》等港口工程施工技術(shù)規(guī)范。在無歷史數(shù)據(jù)和類似經(jīng)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置施工標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行試驗(yàn)性施工以確定最優(yōu)的施工方案。如地基處理工程，通過試驗(yàn)段的再生集料配合比驗(yàn)證及調(diào)整，以及處理工藝的對比，合理確定各種工藝參數(shù)。

4）提前做好各監(jiān)管部門的溝通工作。目前各地區(qū)針對建筑廢料再利用暫無明確法律或規(guī)范支持，因此施工過程中可能存在被罰款或停工等問題。施工單位在項(xiàng)目初始應(yīng)與監(jiān)管部門接洽，針對建筑廢料再利用可能存在的施工問題進(jìn)行研究討論，共同推進(jìn)本區(qū)域建筑廢料再利用監(jiān)管工作的發(fā)展。

施工完成后按港口工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如采用《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范對其進(jìn)行驗(yàn)收。對于回填和地基處理等分項(xiàng)工程應(yīng)進(jìn)行施工過程中土壓力、沉降、孔隙水壓力等監(jiān)測，以掌握再生集料在荷載作用下的變形等特性。施工完成后，進(jìn)行了施工過程及完成后的密實(shí)度測試、CBR試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、靜力平板載荷試驗(yàn)等試驗(yàn)對回填和處理效果進(jìn)行檢測[7]。

5 結(jié)論

通過上述研究現(xiàn)狀的闡述和對建筑廢料在港口工程中的應(yīng)用探討，可以得出如下結(jié)論：

1）建筑廢料再利用研究在國內(nèi)外工程領(lǐng)域已有諸多成果，且在工程實(shí)踐中得到成功的應(yīng)用，為港口工程中的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

2）建筑廢料再生集料可替代天然砂石料應(yīng)用于港口工程中，分成直接作為填充物或回填料等直接應(yīng)用和作為再生混凝土骨料等再生應(yīng)用。

3）建筑廢料由于其成分復(fù)雜性，在港口工程中設(shè)計(jì)階段，通過現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)充分掌握再生集料物理力學(xué)特性，并在設(shè)計(jì)中通過多方案必選和多因素敏感性分析確保設(shè)計(jì)方案最優(yōu)化。

4）施工承包商應(yīng)針對建筑廢料在施工過程中可能存在問題提前與相關(guān)監(jiān)管部門溝通。在港口工程建筑廢料再利用施工階段，應(yīng)通過材料供應(yīng)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、施工工藝和檢測等過程控制確保施工質(zhì)量。