本发明涉及道路工程技术领域，具体而言，是一种以建筑垃圾与河砂为原材料生产的路基填料及其制备方法。
背景技术：
在路基回填工程中，河砂凭借良好的透水性、水稳性以及饱水压实性而备受青睐，尤其在水网密集区域，选用河砂作为路基填料，不仅取材便利，节约成本，还可以疏浚河道，保护耕地。然而河砂工程性能因取材区域不同而差异显著，且干稳性差，失水易滑坍。此外，不加节制地开采河砂，破坏河床河道的同时还导致了河砂工程性能恶化以及河砂资源短缺。
建筑垃圾是指在拆迁、建设、装修、修缮等生产过程中产生的渣土、废旧混凝土、废旧砖石及其他废弃物的统称，处置不当易引发安全隐患，影响空气质量，造成水资源污染，降低土壤生产力，增加城市建设成本。现有的建筑垃圾资源化手段技术要求高、加工工艺复杂，导致建筑垃圾资源化工作进展缓慢，引发建筑垃圾围城的困局。
粉碎分类后的建筑垃圾主要成分为废旧混凝土块、砖块以及废土等，无毒无害且具有较高的强度和良好的级配，可视为砂石材料理想的替代品和处治材料。研发一种比例合适的河砂与建筑垃圾混合料，可有效改善河砂工程性能并促进建筑垃圾资源化，是破解优质河砂资源短缺与建筑垃圾资源化困难的两难境地的有效技术措施。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于：提供一种以建筑垃圾与河砂为原材料生产的公路路基填料及其制备方法，并制定相应的施工工艺应用于路基回填工程，以改善河砂工程性质，促进建筑垃圾资源化与循环利用，节约河砂资源，具有良好的工程、经济、环保与社会效益。
本发明的技术方案如下：
本发明的目的在于提供一种以建筑垃圾与河砂为原材料生产的公路路基填料及其制备方法，并制定相应的施工工艺，以改善河砂工程性质，促进建筑垃圾资源化，为达到上述目的，采用的技术方案如下：
一种建筑垃圾与河砂生产的路基填料，该路基填料由河砂与建筑垃圾组成，混合料中建筑垃圾作为粗骨料可起到骨架作用，河砂作为细料颗粒可用于填充骨架间的孔隙；其中河砂的颗粒比重小于建筑垃圾的颗粒比重。
进一步的，所述的路基填料中河砂所占比例约为40％，建筑垃圾所占比例约为60％。
进一步的，所述的路基填料中河砂为松散无粘性的单粒结构；建筑垃圾主要成分应为废旧混凝土土块与废旧砖块。
进一步的，河砂粒径在0.075～1.15mm之间的颗粒含量不低于80％，且含泥量不宜超过10％，建筑垃圾粒径在2.36～32mm之间的颗粒含量不低于80％，最大粒径不宜超过60mm。
进一步的，路基填料中建筑垃圾的压碎值取值范围宜介于25％～40％之间；
进一步的，路基填料应具有连续级配，其级配曲线应圆滑无突变，不均匀系数范围40～80，曲率系数范围0.2～0.6；
进一步的，路基填料的击实特性应通过重型击实试验测定，并用于指导路基填筑施工与后期压实度检测。
进一步的，路基填料的承载比应满足《公路路基施工技术规范》(jtgf10－2006)关于路基填料最小强度的要求。
进一步的，建筑垃圾与河砂生产的路基填料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：通过机械破碎和筛分将建筑垃圾制成骨料，将建筑垃圾与河砂按照一定比例搅拌均匀制成河砂与建筑垃圾混合料；
步骤二：根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)对步骤一制备的河砂与建筑垃圾混合料进行筛分试验，选取具有连续级配且级配曲线圆滑无突变的混合料作为路基填料；
步骤三：根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)对步骤二选取的河砂与建筑垃圾混合料进行重型击实试验，确定混合料的最优含水率；
步骤四：根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)对混合料进行室内承载比试验，若所述混合料的承载比满足《公路路基施工技术规范》(jtgf10－2006)关于路基填料最小强度的要求，则可作为公路路基填料；
步骤五：根据步骤三所确定的最优含水率对河砂与建筑垃圾进行拌合，直至拌合均匀；
步骤六：将步骤五试验合格的路基填料沿试验段地面分层摊平，从路基两侧向路基中心分层碾压，松铺厚度不大于0.4m，压实层厚不大于0.25m；
步骤七：路基填筑完成后，应对路基的施工质量进行检测，检测内容应包括但不局限于路基压实度、弯沉值、平整度以及工后沉降变形等方面。
采用本发明提供的以建筑垃圾与河砂为原材料的路基填料制备方法，以改善河砂工程性质，促进建筑垃圾资源化，具有良好的工程、经济、环保与社会效益。
优选地，所述步骤一中选取的建筑垃圾的压碎值应介于20％～40％之间。
优选地，所述步骤一中所选河砂的颗粒比重应小于建筑垃圾的颗粒比重。
优选地，所述步骤二中所选混合料的不均匀系数范围为40～80，曲率系数范围为0.2～0.6。
优选地，所述步骤五采用路拌法进行拌合，拌合含水量为wopt-1％～wopt+1.5％；wopt为最佳含水量，所给拌合含水量为一个取值范围；
可选地，所述步骤五采用厂拌法进行拌合，拌合含水量为wopt-1％～wopt+0.5％；wopt为最佳含水量，所给拌合含水量为一个取值范围；
可选地，所述步骤四可通过掺加1.5％剂量水泥的方式对不满足强度要求的填料进行改良固化处理。
优选地，所述步骤六应首先采用钢轮压路机静压2遍，碾压速度为4～6km/h，然后采用22t凸块式振动压路机，时速2.3km/h进行6～8遍碾压，最后再以静作用压路机静压1～2遍。
优选地，所述步骤六进行机械碾压时，碾压搭接宽度应大于0.5m，对于机械碾压不到的部位，应采用蛙式打夯机或木质打夯机采用链接换套打法夯实，夯迹搭接宽度应大于1/3夯径。
优选地，所述步骤六每进行一次压实应对观测点的高程进行测量，振动压实前后的标高差在2mm以内即可进行下一层路基的填筑，否则应继续碾压直至满足要求。
优选地，所述步骤六每完成一层填筑，应及时对新填筑路基的压实度进行检测。
可选地，路基压实度检测方法可选用灌砂法、灌水法、环刀法以及核子仪法，并最终以灌砂法为准。
优选地，所述步骤六每完成一层填筑，应对路基中心沉降以及坡脚水平位移进行监测，当路基中心一昼夜的沉降量超过15mm，或坡脚的水位位移速率超过5mm/d，应停止填筑。
优选地，所述步骤六完成之后应立即进行洒水养护，使路基在成型7-10d内保持湿润状态，洒水量应控制在3-5kg/m2，使路基表面水不流动同时又能形成一层水膜。
由上述方法中所述的路基填料，由河砂与建筑垃圾组成，混合料中建筑垃圾作为粗骨料可起到骨架作用，河砂作为细料颗粒可用于填充骨架间的孔隙，外力作用下二者紧密结合，进而获取密实度最大、力学性能最优的混合料；
该发明的有益之处是：
本发明中公开的填料具有如下优点：
1.改良级配，提高密度。河砂中添加一定比例建筑垃圾填料，可避免河砂的细粒与建筑垃圾中的粗粒过度集中的现象，减少人工辅助工作，进而得到级配改良与干密度更大的填料。
2.改善透水性。河砂中添加一定比例的建筑垃圾，土体中的孔隙率与孔径均得到提高，通过渗透系数衡量材料的透水性，渗透系数显著提高，填料透水性好，沉陷快，更有利施工；
3.抑制毛细管作用。土体粒径越小，孔隙直径越细，毛细管作用越显著。河砂中添加一定比例的建筑垃圾，提高了土粒的粒径与孔隙直径，可显著降低毛细管作用；
4.提高抗剪强度。河砂中添加一定比例的建筑垃圾，建筑垃圾间的咬合力与摩擦力提高了混合料的内摩擦角，进而影响抗剪强度，提高了路基抵抗应力作用和避免破坏的能力；
5.改善压实性能。建筑垃圾作为粗骨料可起骨架作用，河砂作为细料颗粒可用于填充骨架间的孔隙，相同击实功作用下，混合料更易压实，更易获得较大的干密度和密实度；
6.提高承载能力。河砂中添加一定比例的建筑垃圾，混合料中颗粒间的咬合力与材料的密实程度均较河砂提高显著，混合料抵抗局部荷载压入变形与恢复瞬时变形的能力提高；
7.改善抗液化性能。可液化土的平均粒径介于0.02～1.00mm之间，不均匀系数不大于10，添加一定比例建筑垃圾可显著提高河砂的平均粒径与不均匀系数，降低发生液化的风险；
8.促进建筑垃圾资源化，减少自然资源消耗。将河砂与建筑垃圾混合料应用于路基回填工程，技术要求低，施工工艺简单，可促进建筑垃圾循环利用，减少对河砂资源的依赖，具有良好的工程、经济、环保与社会效益。
9.物理性能提高。该路基填料改善了河砂细粒过于集中和建筑垃圾粗粒过于集中的现象，具有连续级配且级配曲线应圆滑无突变，密实度较河砂有一定提高。由于建筑垃圾粒径较大，使得路基填料孔隙直径变大，提高透水性的同时对毛细管作用有明显抑制作用。
10.力学性能改善。该路基填料中建筑垃圾作为粗骨料发挥骨架的作用，增加填料颗粒间的摩擦力与咬合力，河砂作为细骨料可填充骨架间的孔隙，增加填料的密实度与黏聚力。外力作用下，粗、细骨料协同发挥作用，使抗剪强度提高，压实性能改善，承载能力增加。
11.抗液化性能提高。可液化土的平均粒径范围在0.02～1.00mm之间，不均匀系数不大于10，河砂中掺入建筑垃圾后，平均粒径和不均匀系数提升明显，降低发生液化的风险。
12.施工便利。该路基填料较河砂透水性显著提高，透水性越好，沉陷越快，越有利于施工。同时该路基填料较河砂压实性能显著改善，相同击实功作用下，可获得更高的干密度和密实度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
附图1为本发明制备一种以建筑垃圾与河砂为原材料的路基填料的一个实施例的流程示意图。
附图2为本发明所述填料、河砂以及建筑垃圾的级配曲线图。
附图3、图4为本发明所述填料的重型击实试验结果。
附图5为本发明所述填料的毛细管水上升高度试验结果。
附图6、图7为本发明所述填料的直接试验结果。
附图8、图9为本发明所述填料在不同击实功作用下干密度与密实度统计结果。
附图10、图11为本发明所述填料在不同击实功作用下干密度与密实度统计结果。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
下面结合具体的实施例和说明书附图对发明做详细的说明，本发明公开来的路基填料由河砂与建筑垃圾混合组成，其中河砂所占比例约为40％，取自济南西北部黄河堤坝，为黄褐色松散无粘性的单粒结构，比重约为2.66；建筑垃圾所占比例约为60％，取自济南市刘智远片区旧村改造工程，主要成分为废旧混凝土土块与废旧砖块，砖砼比例约为7:3，吸水率为5.347％，颗粒比重约为2.71，压碎值在38.01％～38.25％之间。混合料中建筑垃圾作为粗骨料可起到骨架作用，河砂作为细料颗粒可用于填充骨架间的孔隙。
为表征混合料相对河砂与建筑垃圾级配的改善情况，根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)进行筛分试验，河砂、建筑垃圾以及混合填料的级配曲线如附图2所示。由附图2可知，河砂粒径在0.075～1.18mm之间的颗粒含量超过90％，含泥量约为3.2％，建筑垃圾粒径在2.36～32mm之间的颗粒含量超过90％，路基填料具有连续级配，其级配曲线应圆滑无突变，不均匀系数为77.8，曲率系数为0.23，属级配不良砾。路基填料显著改善了河砂细料和建筑垃圾粗料过于集中的现象，改良了河砂与建筑垃圾的级配特征。
为表征混合料最大干密度的提高，根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)进行重型击实试验，河砂与混合料的击实曲线如附图3、4所示。由附图3、4可知，混合料的最大干密度为1.917g/cm3，河砂的最大干密度为1.832g/cm3，最大干密度提高5％。
为表征混合料透水性的改善情况，根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)进行常水头渗透试验，河砂与混合填料的常水头渗透试验结果如表1所示。试验结果表明，混合料的透水性较河砂改善显著，透水性越好，沉陷越快，越有利施工。
表1常水头渗透试验结果
为表征混合料抑制土体的毛细管作用，采用直接观测法对混合料进行毛细管水上升高度，河砂与混合料的毛细管水上升曲线如附图5所示。由附图5可知，混合料的毛细管水上升速度略小于河砂，混合料与河砂的最终稳定高度分别为505mm和676mm，降低25.6％，降低地下水位上升时路基被浸湿的程度以及冬季冻胀的风险。
为表征混合料抗剪强度的提高，根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)进行直接剪切试验，河砂与混合填料直剪试验结果如附图6、7、8、9所示。由附图6、7、8、9可知，混合料与河砂的内摩擦角分别为30.6°和27.8°，黏聚力分别为14.62kpa和38.60kpa，混合料的抗剪强度较河砂有一定提高，路基抵抗应力作用和避免破坏的能力提高。
为表征混合填料压实性能的提高，对混合料与河砂在不同击实功作用下进行击实，干密度与密实度的发展规律附图10、11所示。由附图10、11可知，在相同击实功作用下，混合料的干密度与密实度均大于河砂，土体越密实，越有利于路基获取稳定、高强、坚固、抗载、耐久等优势。
为表征混合料承载能力的提高，根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)进行室内承载比试验和室内承载板试验，河砂与混合料的承载比与回弹模量试验结果如表2所示。试验结果表明混合填料的承载比与回弹模量均大幅提升，路基承载能力和抵抗变形的能力提高。
表2室内承载比与承载板试验结果
为表征混合料抗液化性能的提高，由附图2混合填料的级配曲线可知，混合料的平均粒径为平均粒径约为6.12mm，不均匀系数约为78，不存在液化风险。
实施例2
本发明还提供了一种建筑垃圾与河砂生产的路基填料的制备方法，具体的过程如图1所示，具体如下：
步骤step1：本实施例所选河砂取自济南西北部黄河堤坝，为黄褐色松散无粘性的单粒结构，比重约为2.66，含泥量为3.25，所选建筑垃圾取自济南市刘智远片区旧村改造工程，主要成分为废旧混凝土土块与废旧砖块，砖砼比例约为7:3，颗粒比重约为2.71，压碎值在38.01％～38.25％之间。由附图2所示级配曲线可知，河砂粒径在0.075～1.18mm之间的颗粒含量超过90％，含泥量约为3.2％，建筑垃圾粒径在2.36～32mm之间的颗粒含量超过90％，满足本发明技术要求。将建筑垃圾与河砂按照6:4的比例进行混合。
步骤step2：根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)对上述河砂与建筑垃圾混合料进行筛分试验，试验结果如附图2所示。由附图2可知，混合填料改善了河砂细粒过于集中与建筑垃圾粗粒过于集中的现象。混合填料具有连续级配，级配曲线应圆滑无突变，不均匀系数为77.8，曲率系数为0.23，属级配不良砾，满足本发明的技术要求。
步骤step3：根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)对上述河砂与建筑垃圾混合填料进行重型击实试验，试验结果如附图3所示，混合填料的最优含水率为9.6％，最大干密度为1.917g/cm3，河砂的最大干密度为1.832g/cm3，最大干密度提高5％。进一步地，对路基填料与河砂在不同击实功作用下进行击实，干密度与密实度的发展规律附图10/11所示。由附图10、11可知，在相同击实功作用下，混合填料的干密度与密实度均大于河砂，土体越密实，越有利于路基获取稳定、高强、坚固、抗载、耐久等优势。
步骤step5：根据《公路土工试验章程》(jtge40-2007)对路基填料以及河砂进行室内承载比试验，测得路基填料的承载比为113.29％，河砂的承载比为20.81％，承载比大幅度提高，所述路基填料的承载比满足《公路路基施工技术规范》(jtgf10－2006)关于路基填料最小强度的要求，可作为公路路基填料。
步骤step4：根据击实试验确定的最优含水率wopt，采用路拌法或厂拌法对路基填料进行拌合。进一步地，若采用路拌法进行拌合，拌合含水量为wopt-1％～wopt+1.5％；若采用厂拌法进行拌合，拌合含水量为wopt-1％～wopt+1.0％。
步骤step6：将试验合格的路基填料沿试验段地面分层摊平，松铺厚度不大于0.4m，压实层厚不大于0.25m。碾压时按照“先边缘后中间，先轻后重”的原则，首先采用钢轮压路机静压2遍，碾压速度为4～6km/h，然后采用22t凸块式振动压路机，时速2.3km/h进行6～8遍碾压，最后再以静作用压路机静压1～2遍。机械碾压不到的部位，应采用蛙式打夯机或木质打夯机采用链接换套打法夯实。进一步地，填筑过程中应对压实度和路基沉降变形进行检测，符合要求方可进行下一步操作。路基施工完成后应立即进行洒水养护，使路基在成型7-10d内保持湿润状态。
步骤step7：路基施工完成后应立即进行洒水养护，使路基在成型7-10d内保持湿润状态。进一步地，应对路基的施工质量进行检测，检测内容、频率及方法如下表所示。
表3路基质量实测项目
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。