肖向东 邬俊文 魏雅康

中交第四航务工程勘察设计院有限公司

1 引言

建筑废料是施工单位从事掘土挖方、楼宇建筑、隧道等施工活动产生的材料混合物，含碎片、瓦砾、砖块、混凝土、石块和渣土等。香港某工程需造陆650 hm2，需要总回填量约1亿m3，原计划主要回填料为内地海砂。然而，受内地政府海砂出口限制，原计划海砂无法顺利组织到场。工程急需在香港寻找新的回填料作为替代。

经设计研究，本工程在香港将军澳建筑废料堆填区临海区域新建临时港口、筛分出运装船系统，筛选出100 mm以内的建筑废料，装船运输至工程所在地回填。

2 建筑废料筛分装船系统装卸工艺方案及设备选型

根据建筑废料2 000万t回填量的需求和2年生产周期的计划，计划在临时港口建设3条建筑废料筛分出运装船生产线，生产效率为900 t/h。

2.1 港口建筑废料筛分装船系统工艺流程

经过对地理条件、建设经费、运营成本等多方面分析，港口筛分装船系统工艺流程见图1。

图1 建筑废料筛分生产工艺流程

具体工艺流程为：

(1)自卸汽车从填料库运载建筑废料经地磅至卸车平台。

(2)自卸汽车在卸车平台上卸载建筑废料至2个卸料点。

(3)每个卸料点对应1个棒条振动给料机(VGF1/2)，对卸载建筑废料进行初级筛选，淘汰200 mm以上的建筑废料，主要为不规则混凝土、石块等。

(4)每个棒条给料机分别对应1条皮带机(BC1/BC2)，将初级筛选后的物料各自运输至振动筛(VGS1/VGS2)。

(5)振动筛对来料进行二级筛选，淘汰100 mm以上的建筑废料，筛选合格的100 mm内物料落至BC3皮带机。

(6)BC3皮带机将合规格的建筑废料转运至BC4固定悬臂皮带机(外伸出海)进行装船作业。

(7)振动给料机和振动筛淘汰的不合规格物料(废料)通过自卸汽车运输至场地后方废料存放区。

2.2 建筑废料筛分出运系统设备选型

根据单个卸车点可达到的卸车效率，确定一级筛分即棒条振动给料机处理能力为800 t/h。颗分试验表明100 mm以上建筑废料占比达30%，确定筛出后的100 mm以内合格料最大能力为1 200 t/h。

经过分析测算，筛分生产装船系统主要设备选型见表1。

表1 单条筛分生产线主要设备选型

(续表1)

2.3 出运装船系统选型

建设传统的靠船泊位，需在岸边的前方水域打桩施工或基槽开挖，对已有海域有扰动；其次施工需要调遣大型船舶机械，工序复杂、周期长、成本高。鉴于本工程出运装船系统的泊位为临时使用、船型较小，为了施工快且成本低，设计采用悬臂钢结构外悬出海作为靠船构件，每个靠船泊位设置2个外悬臂钢结构，其型式为：钢结构主框架的主体部分朝外伸出于海岸线之外形成钢架悬臂式结构，后部与埋于土中的平衡箱体焊接成一个整体，平衡箱埋于土中且装满填料形成一个平衡结构[1-2]；在主框架的前端设置护舷，作为靠船构件(见图2)。

1.靠船护舷 2.主体框架 3.泊位前沿线 4.平衡箱图2 悬臂钢结构靠船泊位结构型式

3 建筑废料筛分出运装船效率提升措施

3.1 建筑废料物料特性

根据颗粒试验分析，建筑废料含泥量高达25%。在雨季含水率升高的影响下，物料粘结性强、黏附性强、流动性差。建筑废料另一特性是物料多元化。由于建筑废料来源很广，物料内部天然含有大量杂质，如无规则石块和混凝土、钢筋、钢管等。

3.2 试运行阶段效率较低的原因分析

由于建筑废料黏附性强和物料多元性等原因，在筛分生产初期阶段，筛分设备对物料适应性低，总体生产效率较低，综合平均生产效率仅为设计的50%(450 t/h)，经过分析，主要原因为：

(1)透筛面积小。棒条给料机宽度2.4 m，长度6 m，其中盲板区长4.2 m，棒条区长1.8 m，其可透筛面积仅为2.4 m×1.8 m=4.32 m2。建筑废料经盲板区域抛射振动输送至棒条区，盲板过长导致建筑废料滑入棒条区位移大，运动时间长，加之透筛面积小，从而导致筛分时间长。

(2)筛面角度小。棒条给料机筛面角5°，而建筑废料物料粘结性强，粘附力大。筛面角度过小导致物料在给料机上所受的主动下滑力小，摩阻力大，物料易结块粘滞在盲板，难以流动至棒条透筛区。

(3)透筛孔隙卡阻或堵塞。建筑废料物料多元化，内含规则形状不一的混凝土和石块。在棒条给料机生产过程中，不规则石块由于给料机振动影响，一定比率的不规则石块刚好卡阻在棒条间，导致后续越来越多的石块紧随卡阻，从而减小透筛面积，甚至造成筛面堵塞，影响物料透筛。

(4)堵料。建筑废料粘附性强，易在落料漏斗四角粘附堆积起拱造成漏斗堵塞，人工清堵增加了停机时间，降低了有效作业生产时间。

3.3 建筑废料装船效率提升措施

根据给料设备生产能力公式：

(1)

(2)

式中，F0为给料设备槽体横断面积；K1、K2为与物料特性有关的经验系数；α为给料设备筛面角度；A、ω、β为给料设备振幅、角频率、振动方向角；D为抛掷指数，建议1

从公式可以看出，给料设备生产能力与许多参数有关系。尽管本工程设备已建成并试运行，给料机设备部分参数如设备频率、振幅和振动方向角已无法改变，但其筛面角度、透筛面积存在调整空间。因此，通过改变设备部分参数来提高给料机生产效率：

(1)增加透筛面积。即调整给料机盲板和棒条长度，盲板长度缩短至1.8 m，棒条长度增加至4.2 m。改造后的给料机透筛面积增加至2.4 m×4.2 m=10.08 m2，是原透筛面积的2.3倍，从而增大筛分效率。

(2)增大给料机筛面角度。为降低成块成团的建筑废料在给料机筛面上的粘滞摩擦阻力，改造给料机前后四角弹簧高差，将筛面角度从5°增加至9°，从而增大给料机抛掷指数，加快物料透筛，增大筛分效率(见图3)。

1.前弹簧 2.机架 3.激振器 4.驱动电机 5.后弹簧 6.棒条横梁 7.后弹簧 8.棒条图3 给料机结构形式

针对建筑废料多元性的物料特性，从减低给料机卡料、堵料角度出发，在设备工艺上提高给料机生产效率：

(1)增加棒条级数。棒条区加长后，将棒条做成2到3级阶梯状，阶梯处高差200 mm。成团结块的建筑废料在各级棒条交接处坠落，使块体落差受冲击松散，增加物料流动性和松散性，加快透筛。

(2)改变棒条形状。将棒条顶部加工成前宽后窄的形式，使棒条间的透筛孔隙形成喇叭状；且在棒条2侧加焊36 mm钢筋。不规则石块下滑空间不仅越来越大，而且其与棒条相切成为单点接触，有效减少其和棒条间的摩擦阻力，使其迅速滑出棒条区进入废料区。

(3)增大落料漏斗侧壁角度。借鉴曲线落煤点的弧度状漏斗技术，将给料机下缓冲漏斗侧壁交接处增加1块过渡钢板，使相邻漏斗侧壁由锐角改变为2个钝角，可有效降低建筑废料粘附漏斗积料概率；其次，借鉴空气炮清堵的原理，在漏斗侧壁拐角处安装小孔径水管，可对侧壁积料进行冲击提前清理积料，预防堵料。

3.4 设备改进后提升效果

设备经过调整改进后，建筑废料在筛分源头给料机处流动性和物料松散度均高于改造前，且透筛面积增大约2倍，其透筛能力随之增强；物料粘度导致的堵料问题得到了有效抑制，减少了停机清堵，相对延长了筛分作业时间。

改进后的筛分装船效率由450 t/h提升至800～1 000 t/h。截止目前，2年内已成功筛分生产近1 900万t合格料，给回填工程提供了强有力的供料支撑。

4 结语

针对建筑废料分装运船难题，在工艺流程设计、设备选型、运营效率等方面进行了实践，取得了良好的技术、经济和社会效益：

(1)解决了建筑废料筛分效率较低的问题，使改造后的设备基本满足设计产能，为项目的顺利实施创造了条件。

(2)提高生产效率后的筛分生产线为本项目提供了稳定的填料保障，降低了外购砂的依赖。相对价格高昂的外购砂，建筑废料回购零成本，经济效益显著。

(3)为国内外实施建筑废料的再利用项目提供技术支撑，既可以解决回填料不足的问题，也可以解决建筑废料堆填处理难的问题。