淺談煤矸石在河道堤防工程中的應用

徐國東 劉 巍周 震

（1.泰安市河道管理局 山東 泰安 271000；2泰安市水利勘測設計研究院 山東 泰安 271000）

在新泰市柴汶河河道防洪治理工程中，按照國家關于煤矸石綜合利用的精神要求和新泰市的具體情況，采用煤矸石作為堤防填筑的原材料，通過對煤礦的固體廢棄物進行了綜合利用，不僅工程質量優良，還取得了較好的經濟效益和社會效益。目前，用煤矸石填筑堤防的施工工藝、檢測方法、壓實標準、干密度的測定，機械組合及質量控制等技術問題，還沒有無成熟、完善的規范和標準，在施工管理實踐中，我們對煤矸石填筑堤防施工的技術進行了有益的研究與探索。

1 工程概況

新泰市是一座煤礦工業城市，隨著煤炭的開采，產生了大量的煤矸石，形成一座座煤矸石山，擠占農田、河床。在新泰市境內柴汶河上游段自然河道（樁號48+100～73+500），沿河煤礦、村莊亂堆亂放礦渣和垃圾，堵塞了河道，汛期河道行洪時嚴重阻水，洪水四處滿溢，給兩岸生產、生活帶來安全危害。為提高柴汶河防洪能力，將柴汶河防洪治理工程列入了國家和省級中小河流治理工程建設項目中。治理河段堤防設計頂寬6.0m，堤頂高程為二十年一遇設計洪水位加堤頂超高1.8m。

在設計時，我們對筑堤材料進行了方案比較。如果用粘土筑堤，需要遠距離調土，運距遠費用高。而治理河段中有堆積十余年的、并有足夠數量的煤矸石山，若以此料筑壩，既可就近取材，廢料利用，又可清除河道行洪障礙，疏浚河道。煤矸石作為采煤過程中的廢棄料，給生活空間、環境造成很大的浪費和污染。

經過方案比較，將堤防設計為粘土斜墻砂石堤，粘土斜墻后的堤身采用經過自然焚化的煤矸石。在施工中共修筑煤矸石堤防6km，填筑煤矸石50多萬方。它不僅使工程造價大大降低，同時，所產生的社會效益也是不可估量的。

2 筑堤煤矸石的材質特性

煤矸石中含有較低的碳，主要礦物成分是伊利石、高嶺石等粘土礦物經及石英、云母石、長石和少量的碳酸鹽和硫鐵礦等，從總體上說煤矸石屬于黏土質原材料。此外，它伴有許多開采附屬物如煤、其他雜物等。煤矸石呈黑、褐色，層狀結構，油脂光澤，較易粉碎，路基成型后，其表面平整、密實。

柴汶河河道內的這幾座堆積達10年之久的煤矸石，通過與新煤矸石比較，說明堆積時間愈長，顆粒風化愈嚴重，粒徑變細的愈多，不均勻性增大，密度有所提高。

這幾座煤矸石料的顆粒組成中d<5mm的顆粒含量為19.78～27.87%，雖經風化，顆粒變小反而不均勻系數增大。有利于大小顆粒彼此充填，故級配較好。

3 施工方法

3.1 填筑原則

煤矸石料填筑堤防，按照“四區段、八流程”進行施工。“四區段”是將作業面分為卸料區、攤鋪區、碾壓區和檢測區，做到界限分明。攤鋪煤矸石前應先放樣，劃出堤基邊線、土質護坡界線等，以便于嚴格控制攤鋪厚度、平整度、含水量，控制碾壓范圍和碾壓遍數，防止漏壓，最后便于正確檢測密實度。“八流程”就是填料選擇、基底處理、攤鋪平整、含水量控制、振動碾壓、檢測簽認、堤基成型、邊坡修整。

3.2 煤矸石攤鋪

攤鋪長度應以當天攤鋪、當天碾壓結束為原則。做好排水設施，防止水侵堤基。施工采用水平分層填筑法，在將筑堤工程分成不同作業段時，先行填筑的地段應分層留臺階，保證每一個壓實層能夠相互重疊搭接，搭接長度應大于150cm，確保相鄰作業段接頭范圍內的壓實度符合設計要求。

土質護坡應與煤矸石填筑同步進行。為保證堤防邊緣壓實度，土質護坡填筑時，堤基兩側應各超寬填筑50cm，同時做好土質護坡的排水設施。

攤鋪前應在堤基中心，堤基邊緣等處設置松鋪厚度控制樁，控制攤鋪厚度。煤矸石的松鋪厚通過試驗確定，可在施工中按下列數值選用，并予以適當調整。

人工攤鋪:1.3～1.5 機械攤鋪:1.2～1.3

3.3 煤矸石壓實

煤矸石堤防應由下而上分層填筑，每層虛鋪厚度不宜大于30cm，在碾壓機械碾壓之前，宜先用推土機推平，平地機整平，壓路機低速行駛碾壓4～5遍，使表面平實。煤矸石碾壓，應遵循先輕后重原則，碾壓順序應遵循先低后高的原則，以重型壓路機碾壓時，并應控制行駛速度：一般平碾不超過2km/h，并要控制攤鋪厚度和壓實遍數。采用“薄填、慢駛、多次”的方法，碾壓方向應從兩邊逐漸壓向中間，碾輪每重疊寬度15～25cm，運行中，碾輪邊距填土邊緣應大于50cm，以防發生滑坡傾倒。邊角、邊坡、邊緣壓實不到之處，輔以人力夯或小型夯具，直至達到設計規范要求。每碾壓一層完畢，應用人工或機械將表面拉毛，以利結合。碾壓完畢后及時檢驗壓實度，符合規定要求后方可繼續填筑。

從新泰市柴汶河煤矸石填筑堤防的施工實踐來看，如果采用機械攤鋪煤矸石層，可直接用20t以上的中型或重型振動壓路機分層碾壓3～4遍，每層壓實厚度不得大于30cm。如果采用人工攤鋪煤矸石層，宜先用履帶式機具8～12t輕型壓路機靜壓1～2遍，穩壓后，再用振動壓路機振碾3～4遍。對于直線堤防段應由土質護坡開始向堤防中心碾壓，曲線堤防段應由彎道內側開始向外側碾壓。碾壓速度，穩壓時采用1擋(1.5～1.7km/h)，振碾時采用 2擋(2.0～2.5km/h)為宜。 碾壓輪跡應相互搭接，后輪必須超過兩段的接縫。

3.4 質量檢測

隨機抽檢煤矸石相對密度15個點，室內試驗得到煤矸石最大干密度1.65g/cm，最小干密度為1.43g/cm，現場采用灌水法檢測煤矸石干密度，計算得到其相對密度。煤矸石相對密度度共抽檢14點，合格14點，合格率100%，煤矸石填筑相對密度符合規范和設計要求，滿足《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》（SL176-2007）要求。

4 結論和建議

4.1 煤矸石堤防施工應注意的問題

1）煤矸石堤防施工中應嚴格控制含水量，含水量不足時不易壓實，含水量過大時也不易壓實，保證碾壓含水量為最佳含水量為±(1%～2%)。填料分層厚度一般在30cm左右，最大不超40cm。

2）填料應盡量選擇存放時間較長的煤矸石，盡量使用在矸石山自燃后的煤矸石，應優先選用紅色的或灰色的煤矸石（巖性為砂巖、粉砂巖、灰巖等），避免使用灰黑色煤矸石（巖性為炭質頁巖、泥巖等）。

3）施工過程中要嚴格按照《堤防工程施工規范》控制壓實，為便于回填的煤矸石，其粒徑不宜大于20cm，建議選用粒徑5mm左右的煤矸石，必要時可進行適當的破碎、篩選。

4）煤矸石堤防需要設置土質路拱、土質包邊和封頂。包邊土寬度不得小于1.5m，邊坡兩側宜用粘土封坡，以隔絕煤矸石與外界的直接接觸，避免干濕循環。邊坡防護可采用骨架護坡+鋪草皮，當堤防邊坡較高、較陡時也可采用漿砌護坡或其他防護措施。

4.2 結論

經過探索和實踐，我們認為，煤矸石作為一種堤防填筑材料，有多項技術指標優于普通土。

1）筑堤力學性能好。煤矸石的壓縮系數較小，壓縮模量較高，堤防強度遠高于土堤防，煤矸石填筑的堤防穩定性能好，粘結性強，有較強的抗雨水沖刷能力和抗風雨侵蝕性能。

2）筑堤工藝簡單。煤矸石填筑堤防施工條件更加寬松，施工工藝更加簡捷(土方路基受天氣環境的制約較大)。其材質特征完全符合堤防填料路用特性的要求。

3）筑堤能廢物利用，一舉兩得。煤矸石在河道治理堤防工程中的應用具有消耗量大、無需進行特殊處理及特殊技術手段的優點，用做堤防填筑材料是一種有效地利用煤炭工業廢料和減少環境污染的有效途徑。隨著我國河道治理工程的大規模興建，煤矸石在河道治理堤防工程中的利用具有廣闊的前景，這對于我國煤礦地區既能解決河道堤防征地取土困難，又能大量消耗積存的煤矸石。