路基填筑施工中煤矸石關(guān)鍵技術(shù)分析

高方方

摘 要 伴隨煤礦開采事業(yè)的發(fā)展，煤矸石作為煤炭副產(chǎn)品得以大量生產(chǎn)。其不但會(huì)占用大量土地、農(nóng)田，更會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。如何對(duì)煤矸石合理利用，得到了相關(guān)單位的普遍關(guān)注。本文以工程實(shí)例為背景，通過計(jì)算與分析多種設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)作為路基填筑材料的煤矸石的施工工藝進(jìn)行了深入探究。

關(guān)鍵詞 高速公路；路基填筑；煤矸石；概況；設(shè)計(jì)參數(shù)；施工工藝；包邊土施工

中圖分類號(hào) U4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2015）09-0069-02

隨著公路工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)展，交通運(yùn)輸量也逐漸上漲。在公路路面等級(jí)與質(zhì)量提升的同時(shí)，路基施工質(zhì)量也得到了人們的重視。在人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)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，其具有極大的產(chǎn)量，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在公路建設(shè)中以填筑材料的形式得到了廣泛地應(yīng)用。目前，我國公路工程建設(shè)已進(jìn)行了相應(yīng)的煤矸石試驗(yàn)，如山東省205國道張博段，其總長度為40km，因其施工路段周圍具有矸石山，通過相關(guān)試驗(yàn)選取煤矸石作為路基填筑材料，試驗(yàn)顯示，與石灰土（12%）底基層強(qiáng)度相比，煤矸石底基層強(qiáng)度更高，與公路施工規(guī)定相符。由此可見，路基填筑施工中應(yīng)用煤矸石可達(dá)到成本降低、環(huán)境污染減少與土地利用率增加的目的，為更好地分析煤矸石在路基填筑的應(yīng)用情況，筆者從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

1 煤矸石的概況

作為我國的重要能源，我國具有極為豐富的煤炭資源，隨著開采煤炭量的不斷增加，煤矸石作為煤炭開采副產(chǎn)品產(chǎn)量也逐漸增多，在形成煤層過程中和煤伴生、共生的堅(jiān)硬巖石被稱為煤矸石。根據(jù)原煤產(chǎn)量計(jì)算煤矸石，其比例為10%到25%之間，也就是說煤矸石每年增加量最少在1到2億噸。作為我國最大排放量的工業(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10萬畝，并呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)。通過長期風(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（圖1）。

為有效治理煤矸石環(huán)境問題，現(xiàn)階段國內(nèi)外主要由兩方面對(duì)煤矸石環(huán)境問題加以處理，第一，選取相應(yīng)措施對(duì)煤矸石物化作用加以控制；第二，綜合利用煤矸石地面堆積量降低的方式進(jìn)行有效治理。因煤矸石工程性能良好，可作為建筑材料加以利用，如我國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。

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，28m為其路基總寬度，總長度為10.2km。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，攤開晾曬；第二，將相應(yīng)外摻劑添加到煤矸石內(nèi)，攤開晾曬。一般選取的外摻劑為生石灰粉，其能將煤矸石內(nèi)過多水分吸收，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設(shè)計(jì)參數(shù)確定

作為確保壓實(shí)效果的主要指標(biāo)，路基材料級(jí)配對(duì)施工質(zhì)量控制至關(guān)重要。在開挖、運(yùn)輸與存儲(chǔ)過程中煤矸石極易受風(fēng)化影響，根據(jù)粒度可將煤矸石分為3類：25mm以上為粗粒矸石、1mm到25mm之間為中粒矸石與1mm以下為細(xì)粒矸石。篩分煤矸石應(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行，并將篩分結(jié)果進(jìn)行煤矸石級(jí)配曲線的繪制，根據(jù)煤矸石級(jí)配曲線，進(jìn)行煤矸石級(jí)配指標(biāo)與曲率系數(shù)的確定，其相關(guān)公式如下：

根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際情況，風(fēng)干篩分煤矸石后，可進(jìn)行煤矸石級(jí)配曲線的繪制（圖2），以此得出不均勻系數(shù)Cu=8.288，曲率系數(shù)Ce=0.655。試驗(yàn)結(jié)果顯示，煤矸石具有較高細(xì)料含量與含水量。為提升施工質(zhì)量，改善煤矸石與路床填土性能，需進(jìn)行摻灰作業(yè)。如摻灰量達(dá)到煤矸石7%時(shí)，其符合最佳含水量，壓實(shí)效果良好，強(qiáng)度較高。摻灰量達(dá)到填土7%時(shí)，灰土含水量符合最佳含水量，每立方米1.68g到1.74g為其最大干密度，粉土CBR可從3%到5%向30%到50%不斷增加，以此與設(shè)計(jì)規(guī)定相符。

4 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?；謴?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（25cm到30cm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，在攤鋪過干煤矸石前2到3天，可通過灑水進(jìn)行料場(chǎng)悶料作業(yè)。通過機(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。以此避免攤鋪時(shí)出現(xiàn)人為離析現(xiàn)象。煤矸石粒徑在20cm以上時(shí)，如在碾壓施工前及時(shí)檢出或破碎，并通過機(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程中對(duì)石灰消解程度進(jìn)行確定，如無法完全消解，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，并在路基兩側(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。通過包邊土施工，對(duì)高速公路邊坡植樹種草養(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題，要求粗粒在細(xì)粒土內(nèi)含量不超過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1m為包邊最低寬度，通?？刂圃?m到1.8m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5m到8cm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)。

5 結(jié)論

綜上所述，伴隨改革開放的不斷深入，高速公路工程對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用也得到了人們的廣泛關(guān)注。高速公路工程建設(shè)和沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們生活息息相關(guān)。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，才能為國民經(jīng)濟(jì)增長提供可靠保障。

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