路基填筑施工中煤矸石關(guān)鍵技術(shù)研究

魯銀亮+于金巖

摘 要：在人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)的今天，如何選取填料選擇與加大施工質(zhì)量控制已經(jīng)成為確保路基質(zhì)量的重要內(nèi)容。煤矸石作為工業(yè)廢渣的主要組成部分，其產(chǎn)量巨大，在公路建設(shè)中以填筑材料的形式得到了廣泛地應(yīng)用。本文以工程實(shí)例為背景，對(duì)路基填筑煤矸石施工工藝進(jìn)行了深入探究。

關(guān)鍵詞：公路工程；路基填筑；煤矸石

作為我國(guó)的重要能源，我國(guó)具有極為豐富的煤炭資源，隨著開(kāi)采煤炭量的不斷增加，煤矸石作為煤炭開(kāi)采副產(chǎn)品產(chǎn)量也逐漸增多。根據(jù)原煤產(chǎn)量計(jì)算煤矸石，其比例為10%到25%之間，也就是說(shuō)煤矸石每年增加量最少在1到2億噸。作為我國(guó)最大排放量的工業(yè)廢渣，現(xiàn)階段煤矸石歷年存積量已達(dá)到30億噸以上，其形成的煤矸石可堆放1500多山，其占地面積也應(yīng)達(dá)到10萬(wàn)畝，并呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)。通過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)化、淋溶、氧化自燃等物理化學(xué)作用露天堆放的煤矸石可造成嚴(yán)重的環(huán)境污染情況。為有效治理煤矸石環(huán)境問(wèn)題，可作為建筑材料加以利用，如我國(guó)屬于采掘矸石的煤矸石占有70%，可廣泛應(yīng)用于土木工程建設(shè)。本文主要分析其在公路建設(shè)中的應(yīng)用，其主要作為填充路基、路堤的材料或路面承載材料進(jìn)行使用。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，高速公路建設(shè)也加大了工程建設(shè)與土地之間的矛盾，作為路基填筑材料將煤矸石進(jìn)行二次利用，不僅可實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)成本降低的作用，還可實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 煤矸石概述

煤矸石系在采煤過(guò)程夾雜的碎石塊，在篩選過(guò)程中被選出來(lái)，其中有可燃性碴石和不可燃性碴石。煤矸石約占原煤產(chǎn)量的10%～20%。實(shí)際上，煤矸石并非單一的巖石，而是含炭物和巖石的混合物，是一種頁(yè)質(zhì)巖。隨著堆放時(shí)間的延續(xù)和煤矸石的自燃等，渣石堆的混合物中有塊狀、碎粒狀和風(fēng)化的細(xì)粒料，主要是紅、黃、灰黑等多種顏色。煤矸石材料化學(xué)、物理、力學(xué)性質(zhì)如下：

1、化學(xué)性質(zhì)

煤矸石的化學(xué)成份隨著煤層地質(zhì)年代的不同而有所波動(dòng)，但其化學(xué)成份主要有SIO2、AI2 O3 、Fe2O3 及少量的CaO、MgO、SO3 。氧化硅和氧化鋁含量之和在70%以上。煤矸石填筑高等級(jí)公路路堤主要考慮其燒失量、顆粒粘聚力與活性有關(guān)的成份。完全燃燒的煤矸石其燒失量約10%以下，沒(méi)有完全燃燒的煤矸石燒失量稍大，應(yīng)慎重考慮選用。

2、物理性質(zhì)

煤矸石經(jīng)過(guò)粉碎，通過(guò)0.5毫米的篩，按照土的液限、塑限試驗(yàn)法進(jìn)行可塑性界限試驗(yàn)，塑性指數(shù)較低，屬低塑性材料。由于煤矸石的毛體積密度較小，以致最大干密度接近或超過(guò)土的最大干密度。同時(shí)，煤矸石的滲透性能壓縮系數(shù)及毛細(xì)水高度等路用指標(biāo)均優(yōu)于土的路用性能。

3、力學(xué)性質(zhì)

經(jīng)過(guò)對(duì)煤矸石的反復(fù)試驗(yàn)，煤矸石的CBR值與飽水的回彈模量均高于土的相應(yīng)指標(biāo)。而非飽水的土的回彈模量又高于煤矸石的相應(yīng)標(biāo)，這表明煤矸石的水穩(wěn)定性較好。煤矸石的抗凍性能在山東省內(nèi)可不予以考慮。同時(shí)煤矸石的摩擦角與壓縮性指標(biāo)均優(yōu)于土的相應(yīng)指標(biāo)。但其粘結(jié)力低于土的指標(biāo)。

通過(guò)對(duì)煤矸石的化學(xué)、物理、力學(xué)和水理性質(zhì)的試驗(yàn)和對(duì)填筑高等級(jí)公路路堤的應(yīng)用技術(shù)分析，證明自燃的煤矸石填筑高等級(jí)公路路堤的各項(xiàng)路用指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求，而煤矸石的容重較小，相對(duì)含水量較低，受季節(jié)施工影響較小，便于裝運(yùn)和壓實(shí)，又可縮短工期。

2 工程實(shí)例

某高速公路工程為我省“五縱、四橫、四通道”干線公路網(wǎng)規(guī)劃中的一橫。其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道，28米為其路基總寬度，總長(zhǎng)度為10.2千米。路基填方施工中可選取煤矸石作為部分路段填筑材料，并進(jìn)行粘土包邊。因該路段煤矸石具有較大的天然含水量，通常在20%到30%之間，為確保其符合含水量最佳值，一般選取兩種方式進(jìn)行施工，第一，攤開(kāi)晾曬；第二，將相應(yīng)外摻劑添加到煤矸石內(nèi)，攤開(kāi)晾曬。一般選取的外摻劑為生石灰粉，其能將煤矸石內(nèi)過(guò)多水分吸收，還能夠在化學(xué)作用下，和煤矸石內(nèi)細(xì)料膠結(jié)，進(jìn)而對(duì)煤矸石的穩(wěn)定性與強(qiáng)度進(jìn)行有效提升。

3 路基填筑施工中煤矸石施工工藝

1、施工測(cè)量

測(cè)量器具與設(shè)備是公路工程施工測(cè)量的主要機(jī)械設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定在實(shí)地進(jìn)行道路具體標(biāo)定，為公路路基施工作業(yè)提供便利。恢復(fù)中線測(cè)量、測(cè)設(shè)施工控制樁、測(cè)設(shè)路基邊樁及邊坡等都是路基施工測(cè)量的主要任務(wù)，完成測(cè)量放線工作后，應(yīng)對(duì)路基施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。

2、路基地面處理

根據(jù)JTG F80—2004相關(guān)規(guī)定檢測(cè)煤矸石施工前的路基，要求清理、平整與壓實(shí)原路面，以此對(duì)路面壓實(shí)度、彎沉、中線偏位、縱斷高程、平整度等進(jìn)行確定。原地面地質(zhì)、水文信息調(diào)查應(yīng)在煤矸石路基施工前進(jìn)行，在干燥、排水狀況良好的路段，原路面平整碾壓施工需在進(jìn)料前進(jìn)行。完成驗(yàn)收工作后，應(yīng)進(jìn)行下封層填筑，其選取材料為粘土（25到30厘米厚度），與原地面相比，應(yīng)高出一些，3%為其路拱橫坡，以此為雨水排除提供便利。

3、存儲(chǔ)與運(yùn)輸

選擇填料時(shí)，要求煤矸石路基填料具有較長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間，如煤矸石經(jīng)物理、化學(xué)作用具有較大塊狀，必須選取行之有效的措施進(jìn)行處理。一般可通過(guò)人工或機(jī)械加工方式，以此確保材料級(jí)配粒徑與路基填筑設(shè)計(jì)規(guī)定相符。在堆料場(chǎng)內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)其含水量，盡可能降低現(xiàn)場(chǎng)灑水工作量，在攤鋪過(guò)干煤矸石前2到3天，可通過(guò)灑水進(jìn)行料場(chǎng)悶料作業(yè)。通過(guò)機(jī)械運(yùn)輸煤矸石，一般選取大噸位自卸車輛。

4、拌和與攤鋪

在煤矸石堆旁利用裝載機(jī)對(duì)煤矸石填料集中拌和，均勻攪拌后在向施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)送。一般選取水平分層填筑法進(jìn)行施工，也就是根據(jù)橫斷面全寬依次向上水平分層填筑。以可避免攤鋪時(shí)出現(xiàn)人為離析現(xiàn)象。煤矸石粒徑在20厘米以上時(shí)，如在碾壓施工前及時(shí)檢出或破碎，并通過(guò)機(jī)械、人工等對(duì)碾壓時(shí)出現(xiàn)的支點(diǎn)矸石塊進(jìn)行整平處理，以此保證碾壓施工質(zhì)量。如煤矸石需進(jìn)行石灰穩(wěn)定，可根據(jù)煤矸石天然含水量在拌和過(guò)程中對(duì)石灰消解程度進(jìn)行確定，如無(wú)法完全消解，需進(jìn)行24小時(shí)悶料，以此確保多余水分能夠被石灰完全吸收，并達(dá)到防止生石灰塊在碾壓后出現(xiàn)吸水膨脹等問(wèn)題。

5、包邊土施工

填筑到一定高度后，可選取黏土對(duì)路床進(jìn)行封頂，并在路基2側(cè)加做包坡護(hù)肩土，以此避免路基內(nèi)部滲入雨水、地表水及降低有害物質(zhì)污染環(huán)境。通過(guò)包邊土施工，對(duì)高速公路邊坡植樹(shù)種草養(yǎng)護(hù)十分有利。一般包邊土塑性指數(shù)需控制在15以上，如包邊土選取細(xì)粒土為材料，可采用低液限粘土、低液限粉土，其土液限可控制在40%以下，為防止坡面沖刷等問(wèn)題，要求粗粒在細(xì)粒土內(nèi)含量不超過(guò)35%。包邊施工后，邊坡內(nèi)極易嵌入片石、水泥混凝土預(yù)制塊等材料。為便于植被生存，要求1米為包邊最低寬度，通?？刂圃?到1.8米的范圍。選用分層填筑的方式進(jìn)行包坡護(hù)肩施工方式，在煤矸石填筑前，先進(jìn)行包坡護(hù)肩土填筑，再進(jìn)行預(yù)壓作業(yè)，要求其高于煤矸石5到8厘米之間，隨后和同層煤矸石填料統(tǒng)一壓實(shí)，以此對(duì)路基結(jié)構(gòu)整體性能進(jìn)行有效增強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤矸石作為高速公路工程路基填筑施工的重要材料之一，其施工技術(shù)水平的高低將直接影響到工程的整體質(zhì)量，為此，施工單位必須重視設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，規(guī)范施工工藝，只有這樣才能推動(dòng)交通工程的快速發(fā)展，才能為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供可靠保障。

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