煤矸石在高等級公路路基施工中的應(yīng)用

祝傳魁+陸芳

摘 要： 煤矸石是各種工業(yè)廢渣中排放量最大、占地最多、污染環(huán)境較為嚴(yán)重的固體廢棄物，嚴(yán)重影響人們的生活、生產(chǎn)和身心健康。在煤矸石綜合利用的途徑中，將煤矸石用作路基填料，能夠減少筑路征地費用，改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。但是目前路基規(guī)范中并沒有相應(yīng)的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范煤矸石的應(yīng)用。因此，對高等級公路煤矸石填筑路基施工技術(shù)進行研究，具有極大的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞： 煤矸石；高等級公路；路基施工

我國是一個煤炭生產(chǎn)大國，是一個以煤炭為主要能源的發(fā)展中國家，當(dāng)煤炭在為我國快速增長的經(jīng)濟提供源源不斷能源的同時，也制造了相當(dāng)嚴(yán)重的空氣污染和固體污染，煤矸石就是其中一種較為嚴(yán)重的固體污染物。煤矸石是一種與煤層伴生的巖石，在煤炭的開采和洗選加工等過程中被分離出來，成為廢棄物。伴隨著煤炭的開采，大量的煤矸石由于利用率較低被堆積在礦區(qū)周圍，形成矸石山。露天堆放的煤矸石占用土地，容易發(fā)生自燃產(chǎn)生有害氣體，當(dāng)其受到雨水的淋濾作用，還會釋放出重金屬元素污染土壤和地表水。另一方面，高等級公路修筑路基需要大量的填充材料，將煤矸石用于修筑路基可以減少矸石山的堆積，節(jié)約土地，減輕對環(huán)境的污染，降低工程建設(shè)的成本，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

一、煤矸石材料的性能分析

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。

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，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)過粉碎，通過0.5毫米的篩，按照土的液限、塑限試驗法進行可塑性界限試驗，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土的最大干密度。同時，煤矸石的滲透性能壓縮系數(shù)及毛細水高度等路用指標(biāo)均優(yōu)于土的路用性能。

3、力學(xué)性質(zhì)。經(jīng)過對煤矸石的反復(fù)試驗，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)。

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

二、工程概況

本文以某雙向四車道一級公路為例進行，本路段設(shè)計時速為每小時100km，26m為其路基寬度。在本公路線路終點周圍設(shè)置煤矸石路基試驗段。根據(jù)工程建設(shè)需求，可在該公路K32+520—K32+720段鋪設(shè)煤矸石路基試驗段，200m為試驗段長度。按照施工流程，現(xiàn)場攤鋪試驗段的主要目的就是對松鋪厚度、碾壓遍數(shù)等參數(shù)的準(zhǔn)確確定，且以此指導(dǎo)施工。

三、高等級公路路基施工中煤矸石施工工藝

1、施工準(zhǔn)備

工程施工前，應(yīng)保證施工組織管理機構(gòu)完善，并進行質(zhì)量保證、安全管理及環(huán)境保護體系的建立與健全。工程施工相關(guān)人員應(yīng)及時進場，并向監(jiān)理單位上報。施工機械進場后，需做好調(diào)試工作。本工程機械配置情況如下：1臺T160推土機、1臺徐工22T振動壓路機、18T鐵三輪、卡特320挖掘機、JOHANNA-602全站儀等。

2、原土地面處理

按照相關(guān)施工規(guī)范規(guī)定，施工前必須清理干凈路基場地，且做好平整工作。要求清理干凈原地面植被、雜物、積水等。同時選取機械壓實基底，保證其與施工設(shè)計要求相符。如路段土質(zhì)較為干燥，并具有良好水文情況，便于排水，則可直接進行整平碾壓施工，當(dāng)其壓實度、平整度滿足設(shè)計要求后，即可在路基表面選取粘土進行路拱設(shè)置，其坡度為3%左右，這樣為降雨排水極為有利，能夠降低對壓實煤矸石路基的影響。如路段土質(zhì)含水量過多，一般情況下進行翻曬即可，但特殊情況下，需挖除原土，換填煤矸石塊處理。

3、施工測量

施工前需復(fù)測公路沿線導(dǎo)線點與水準(zhǔn)控制點，向施工場地周圍引水準(zhǔn)標(biāo)高，且做好埋設(shè)工作。隨后進行道路中樁恢復(fù)，及時將邊線控制樁拉出。

4、攤鋪

清理及平整場地后，相隔20cm沿線進行控制樁設(shè)置，選取的設(shè)備為全站儀。橫斷面高程可選取水準(zhǔn)儀進行測定，并將邊樁準(zhǔn)確定出，進而將煤矸石與包邊土施工范圍確定出來。順著路基邊緣按照松鋪厚度縱向定樁掛線施工，且保證豎直定樁、平順掛線。按照網(wǎng)格在攤鋪施工作業(yè)時進行布料施工，根據(jù)掛線高度通過推土機攤鋪平整煤矸石。

選取水平分層法進行路基填筑，碾壓施工前，如煤矸石顆粒粒徑在15cm以上可剔出，可破碎，且選取平地機做好整平作業(yè)。矸石在碾壓環(huán)節(jié)如形成支點應(yīng)立即做好處理工作，避免對壓實度造成任何影響。如局部大顆粒出現(xiàn)堆積情況，需及時進行細顆粒補充及級配改善，避免出現(xiàn)粗集料窩，導(dǎo)致碾壓板結(jié)無法成型，此時需選用挖除換填施工方式進行作業(yè)。和包邊土結(jié)合位置，應(yīng)加大施工質(zhì)量重視程度，避免出現(xiàn)壓實度不符現(xiàn)象。

為確保包邊土壓實度，需把包邊土進行分層施工，根據(jù)工程實際情況，可分為2層。第一層施工需根據(jù)煤矸石層厚度50%進行攤鋪碾壓施工，完成碾壓施工作業(yè)后，需對其壓實度進行詳細檢測；第二層施工需根據(jù)網(wǎng)格布料一起施工。于煤矸石填筑速度而言，包邊土施工速度影響較大，應(yīng)選取機械+人工方式進行整形施工。為避免包邊土與煤矸石施工后高程出現(xiàn)較大差異，應(yīng)對兩者松鋪厚度差值進行綜合考慮，與煤矸石松鋪系數(shù)相比，包邊土應(yīng)大一些，比例為10到15%。

5、碾壓施工

松鋪厚度合格后才可進行碾壓施工，與最佳含水率相比，煤矸石含水率應(yīng)多出1%到2%左右。要求按照“低—高、慢—快、靜壓—振壓、弱振—強振“原則進行碾壓作業(yè)。要求前后兩臺壓路機配合施工，相近路段需做好搭接作業(yè)，每小時壓路機行駛速度需控制在2到4km之間。如大型碾壓機械局部無法壓實，可選取小型機械或人工方式進行補壓。為避免水分蒸發(fā)，對壓實效果造成嚴(yán)重影響，需做到攤鋪與碾壓同一天施工。

四、結(jié)束語

綜上所述，伴隨社會經(jīng)濟發(fā)展速度的不斷提升，煤炭消耗量也逐步增多，大量堆積的煤矸石也給全球各國國家?guī)砹酥T多問題。目前，如何解決煤矸石的有效利用問題已經(jīng)成為重要研究課題。公路工程路基填筑施工中，要求消耗大量土石資源，在路基填充時煤矸石的應(yīng)用，可降低毀田取土，還能消耗大量煤矸石，減少對土地的堆積占用，是煤矸石再利用的良好路徑。伴隨我國新一輪交通投資的發(fā)展，在高等級公路路基施工充分利用煤矸石應(yīng)用前景極為廣闊。■

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