淺談煤矸石在河道堤防工程中的應(yīng)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(shè)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(guān)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(zhì)量優(yōu)良，還取得了較好的經(jīng)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(zhì)量控制等技術(shù)問題，還沒有無成熟、完善的規(guī)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(shù)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(yè)城市，隨著煤炭的開采，產(chǎn)生了大量的煤矸石，形成一座座煤矸石山，擠占農(nóng)田、河床。在新泰市境內(nèi)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(chǎn)、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(shè)項目中。治理河段堤防設(shè)計頂寬6.0m，堤頂高程為二十年一遇設(shè)計洪水位加堤頂超高1.8m。

在設(shè)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(diào)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(shù)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(huán)境造成很大的浪費和污染。

經(jīng)過方案比較，將堤防設(shè)計為粘土斜墻砂石堤，粘土斜墻后的堤身采用經(jīng)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(chǎn)生的社會效益也是不可估量的。

2 筑堤煤矸石的材質(zhì)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(jīng)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(zhì)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(jié)構(gòu)，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(nèi)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(jīng)風化，顆粒變小反而不均勻系數(shù)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(qū)段、八流程”進行施工。“四區(qū)段”是將作業(yè)面分為卸料區(qū)、攤鋪區(qū)、碾壓區(qū)和檢測區(qū)，做到界限分明。攤鋪煤矸石前應(yīng)先放樣，劃出堤基邊線、土質(zhì)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(shù)，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(yīng)以當天攤鋪、當天碾壓結(jié)束為原則。做好排水設(shè)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(yè)段時，先行填筑的地段應(yīng)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(yīng)大于150cm，確保相鄰作業(yè)段接頭范圍內(nèi)的壓實度符合設(shè)計要求。

土質(zhì)護坡應(yīng)與煤矸石填筑同步進行。為保證堤防邊緣壓實度，土質(zhì)護坡填筑時，堤基兩側(cè)應(yīng)各超寬填筑50cm，同時做好土質(zhì)護坡的排水設(shè)施。

攤鋪前應(yīng)在堤基中心，堤基邊緣等處設(shè)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(shù)值選用，并予以適當調(diào)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(yīng)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(yīng)遵循先輕后重原則，碾壓順序應(yīng)遵循先低后高的原則，以重型壓路機碾壓時，并應(yīng)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(shù)。采用“薄填、慢駛、多次”的方法，碾壓方向應(yīng)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(yīng)大于50cm，以防發(fā)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(shè)計規(guī)范要求。每碾壓一層完畢，應(yīng)用人工或機械將表面拉毛，以利結(jié)合。碾壓完畢后及時檢驗壓實度，符合規(guī)定要求后方可繼續(xù)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(wěn)壓后，再用振動壓路機振碾3～4遍。對于直線堤防段應(yīng)由土質(zhì)護坡開始向堤防中心碾壓，曲線堤防段應(yīng)由彎道內(nèi)側(cè)開始向外側(cè)碾壓。碾壓速度，穩(wěn)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(yīng)相互搭接，后輪必須超過兩段的接縫。

3.4 質(zhì)量檢測

隨機抽檢煤矸石相對密度15個點，室內(nèi)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(xiàn)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(guī)范和設(shè)計要求，滿足《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)程》（SL176-2007）要求。

4 結(jié)論和建議

4.1 煤矸石堤防施工應(yīng)注意的問題

1）煤矸石堤防施工中應(yīng)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(yīng)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(yīng)優(yōu)先選用紅色的或灰色的煤矸石（巖性為砂巖、粉砂巖、灰?guī)r等），避免使用灰黑色煤矸石（巖性為炭質(zhì)頁巖、泥巖等）。

3）施工過程中要嚴格按照《堤防工程施工規(guī)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?shù)钠扑?、篩選。

4）煤矸石堤防需要設(shè)置土質(zhì)路拱、土質(zhì)包邊和封頂。包邊土寬度不得小于1.5m，邊坡兩側(cè)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(huán)。邊坡防護可采用骨架護坡+鋪草皮，當?shù)谭肋吰螺^高、較陡時也可采用漿砌護坡或其他防護措施。

4.2 結(jié)論

經(jīng)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(shù)指標優(yōu)于普通土。

1）筑堤力學(xué)性能好。煤矸石的壓縮系數(shù)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(wěn)定性能好，粘結(jié)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(huán)境的制約較大)。其材質(zhì)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(yīng)用具有消耗量大、無需進行特殊處理及特殊技術(shù)手段的優(yōu)點，用做堤防填筑材料是一種有效地利用煤炭工業(yè)廢料和減少環(huán)境污染的有效途徑。隨著我國河道治理工程的大規(guī)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(qū)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。