路基填筑施工中煤矸石關鍵技術研究

魯銀亮+于金巖

摘 要：在人們環境保護意識逐漸增強的今天，如何選取填料選擇與加大施工質量控制已經成為確保路基質量的重要內容。煤矸石作為工業廢渣的主要組成部分，其產量巨大，在公路建設中以填筑材料的形式得到了廣泛地應用。本文以工程實例為背景，對路基填筑煤矸石施工工藝進行了深入探究。

關鍵詞：公路工程；路基填筑；煤矸石

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品產量也逐漸增多。根據原煤產量計算煤矸石，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廢渣，現階段煤矸石歷年存積量已達到30億噸以上，其形成的煤矸石可堆放1500多山，其占地面積也應達到10萬畝，并呈現出逐年上升的趨勢。通過長期風化、淋溶、氧化自燃等物理化學作用露天堆放的煤矸石可造成嚴重的環境污染情況。為有效治理煤矸石環境問題，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%，可廣泛應用于土木工程建設。本文主要分析其在公路建設中的應用，其主要作為填充路基、路堤的材料或路面承載材料進行使用。在社會經濟高速發展的今天，高速公路建設也加大了工程建設與土地之間的矛盾，作為路基填筑材料將煤矸石進行二次利用，不僅可實現工程建設成本降低的作用，還可實現工程建設的經濟效益與社會效益。

1 煤矸石概述

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

1、化學性質

煤矸石的化學成份隨著煤層地質年代的不同而有所波動，但其化學成份主要有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，應慎重考慮選用。

2、物理性質

煤矸石經過粉碎，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及毛細水高度等路用指標均優于土的路用性能。

3、力學性質

經過對煤矸石的反復試驗，煤矸石的CBR值與飽水的回彈模量均高于土的相應指標。而非飽水的土的回彈模量又高于煤矸石的相應標，這表明煤矸石的水穩定性較好。煤矸石的抗凍性能在山東省內可不予以考慮。同時煤矸石的摩擦角與壓縮性指標均優于土的相應指標。但其粘結力低于土的指標。

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

2 工程實例

某高速公路工程為我省“五縱、四橫、四通道”干線公路網規劃中的一橫。其設計標準為雙向四車道，28米為其路基總寬度，總長度為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行施工，第一，攤開晾曬；第二，將相應外摻劑添加到煤矸石內，攤開晾曬。一般選取的外摻劑為生石灰粉，其能將煤矸石內過多水分吸收，還能夠在化學作用下，和煤矸石內細料膠結，進而對煤矸石的穩定性與強度進行有效提升。

3 路基填筑施工中煤矸石施工工藝

1、施工測量

測量器具與設備是公路工程施工測量的主要機械設備，根據設計規定在實地進行道路具體標定，為公路路基施工作業提供便利。恢復中線測量、測設施工控制樁、測設路基邊樁及邊坡等都是路基施工測量的主要任務，完成測量放線工作后，應對路基施工人員進行技術交底。

2、路基地面處理

根據JTG F80—2004相關規定檢測煤矸石施工前的路基，要求清理、平整與壓實原路面，以此對路面壓實度、彎沉、中線偏位、縱斷高程、平整度等進行確定。原地面地質、水文信息調查應在煤矸石路基施工前進行，在干燥、排水狀況良好的路段，原路面平整碾壓施工需在進料前進行。完成驗收工作后，應進行下封層填筑，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、存儲與運輸

選擇填料時，要求煤矸石路基填料具有較長存儲時間，如煤矸石經物理、化學作用具有較大塊狀，必須選取行之有效的措施進行處理。一般可通過人工或機械加工方式，以此確保材料級配粒徑與路基填筑設計規定相符。在堆料場內適當調節其含水量，盡可能降低現場灑水工作量，在攤鋪過干煤矸石前2到3天，可通過灑水進行料場悶料作業。通過機械運輸煤矸石，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對煤矸石填料集中拌和，均勻攪拌后在向施工現場進行運送。一般選取水平分層填筑法進行施工，也就是根據橫斷面全寬依次向上水平分層填筑。以可避免攤鋪時出現人為離析現象。煤矸石粒徑在20厘米以上時，如在碾壓施工前及時檢出或破碎，并通過機械、人工等對碾壓時出現的支點矸石塊進行整平處理，以此保證碾壓施工質量。如煤矸石需進行石灰穩定，可根據煤矸石天然含水量在拌和過程中對石灰消解程度進行確定，如無法完全消解，需進行24小時悶料，以此確保多余水分能夠被石灰完全吸收，并達到防止生石灰塊在碾壓后出現吸水膨脹等問題。

5、包邊土施工

填筑到一定高度后，可選取黏土對路床進行封頂，并在路基2側加做包坡護肩土，以此避免路基內部滲入雨水、地表水及降低有害物質污染環境。通過包邊土施工，對高速公路邊坡植樹種草養護十分有利。一般包邊土塑性指數需控制在15以上，如包邊土選取細粒土為材料，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，要求粗粒在細粒土內含量不超過35%。包邊施工后，邊坡內極易嵌入片石、水泥混凝土預制塊等材料。為便于植被生存，要求1米為包邊最低寬度，通常控制在1到1.8米的范圍。選用分層填筑的方式進行包坡護肩施工方式，在煤矸石填筑前，先進行包坡護肩土填筑，再進行預壓作業，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一壓實，以此對路基結構整體性能進行有效增強。

4 結束語

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，其施工技術水平的高低將直接影響到工程的整體質量，為此，施工單位必須重視設計參數的選擇，規范施工工藝，只有這樣才能推動交通工程的快速發展，才能為國民經濟增長提供可靠保障。

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