煤矸石在國道307清徐段改線路基填筑中的應用

常榮亮

(清徐縣交通運輸局，山西太原 030400)

國道307清徐段改線工程承擔著連接太原市與呂梁市的重要作用，在清徐境內(nèi)長17 km。隨著清徐縣城城市規(guī)模的不斷擴大，已有12 km完全進入民營經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，成為城市道路的組成部分。該路段混合交通十分嚴重，已經(jīng)嚴重影響到一級公路的通行能力和服務(wù)質(zhì)量，為此計劃將該路改線。改線工程全長15.534 km。一級公路，設(shè)計速度60 km/h。路基寬23 m。全線共需填方64.8萬 m3。

清徐縣是我省煤炭深加工的大縣，存置有豐富的煤矸石，占用大量的土地，而且污染大氣、農(nóng)田和水體，對社會和環(huán)境造成大的污染。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，通過對這些煤矸石的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場檢測，確定采用當?shù)刎S富的煤矸石作為附近路段路基填料，并提出煤矸石路基施工的具體施工工藝及檢測方法。通過利用當?shù)孛喉肥粌H解決了工業(yè)廢料長期堆放造成的環(huán)境污染，而且減少了取土占地，節(jié)約了大量的土地資源，也實現(xiàn)了變廢為寶。

1 煤矸石路堤

煤矸石是在煤礦建設(shè)、煤炭開采和加工過程中排放出的廢棄物。2003年，吉林省交通科學研究所通過室內(nèi)試驗，掌握了煤矸石的級配組成，物理、化學、工程力學等性質(zhì);通過試驗路段的鋪筑，驗證了煤矸石作為道路建筑材料是可行的，其強度明顯優(yōu)于土。

2 填料選擇

選擇填筑路基的煤矸石不得含泥塊、樹根、建筑垃圾等。

1)承載力和穩(wěn)定性:應采用硬質(zhì)煤矸石，禁止使用泥結(jié)煤矸石。

2)力學指標:據(jù)路基規(guī)范中對填石路基壓碎值要求，煤矸石路基壓碎值宜不大于30%，石料單軸抗壓強度不應小于15 MPa。

3)穩(wěn)定性:煤矸石中氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等氧化物總含量要大于80%，氧化物含量較多，其剩余氧化反應才不會對路基產(chǎn)生較大影響。煤矸石燒失量應小于20%。填筑路基煤矸石使用已經(jīng)燃燒過，紅色與黃色煤矸石的效果最佳，灰褐色煤矸石次之。

4)《路基設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定有機質(zhì)含量超過25%的土不得用于路基填筑，對于煤矸石，對路基穩(wěn)定不利的有機質(zhì)含量應當更嚴格要求，應不超過15%。

3 施工工藝

煤矸石填筑路基的工藝流程為:基底處理、包邊土施工、煤矸石儲運、攤鋪碾壓、效果檢測。

3.1 基底處理

路基施工時，應嚴格按照JTG F10-2007公路路基施工技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，確保路基穩(wěn)定性。填方路基在填前碾壓前，應將表層30 cm厚腐殖土清除，填前碾壓寬度為左右側(cè)坡腳線以內(nèi)，并用砂性土將路堤填筑范圍內(nèi)的坑穴填平。為確保路基邊緣壓實度，路基兩側(cè)應超填30 cm，待刷坡時，再予以清除。

遇地下水位較高，或有軟弱地基應按規(guī)范進行處理。在煤矸石進料前，應對原地面整平、碾壓，并在壓實后的原地面上填筑2%～3%的土質(zhì)路拱，以利在施工過程中排除雨水和地表水，為煤矸石路堤的填筑提供便利條件。

3.2 包邊土的填筑

包邊土的作用主要是防止雨水和地表水侵入路基內(nèi)部使煤矸石中的煤粉與水和空氣發(fā)生化學反應，生成二氧化碳等有害氣體，污染環(huán)境;其次是有利于種植花草樹木，消除黑灰色對人的視覺的影響。

在煤矸石攤鋪前應首先培好護肩土并進行預壓，使其較同層煤矸石預定的松鋪厚度高出5 cm～8 cm。每層煤矸石與護肩土要同步壓實并考慮松鋪厚度的不同，以增強路基中矸石和土邊坡的整體性。護坡土寬度為垂直邊坡方向不小于1.0 m，護坡土部分每25 m設(shè)置橫向盲溝一道，斷面尺寸為30 cm×40 cm×150 cm，兩側(cè)盲溝交錯布置，內(nèi)填碎石、砂礫或透水性良好的級配材料，予以夯實，以利排水。

3.3 煤矸石運輸

運輸煤矸石時應盡量利用機械裝車，大噸位汽車運輸，并采取防止揚塵措施，做好環(huán)境保護。

3.4 煤矸石攤鋪及整型

煤矸石應按水平分層法填筑，即按橫斷面全寬水平分層填筑，現(xiàn)場倒料時應盡量倒在同一斷面。在路堤中心、邊緣等處設(shè)厚度控制樁，攤鋪厚度不應超過35 cm。攤鋪過程中，應對超過15 cm的大塊煤矸石進行破碎或移除至路基外。對于較大塊煤矸石集中處和與包邊土結(jié)合處，應補充細料填充，確保級配良好。采用平地機配合推土機整型，先用推土機粗平后穩(wěn)壓，平地機精平縱向從路兩側(cè)向中心刮平，刮平時要不斷測放高程，以達到設(shè)計高程。

3.5 灑水

攤鋪后應檢測煤矸石含水量，若超出最佳含水量±2%的范圍，應進行晾曬或灑水。加水量可按如下公式計算:

其中，W0為煤矸石原始含水量，%;W為煤矸石要求達到的含水量，%;Q為需要加水量，kg;L為攤鋪長度，m;B為攤鋪寬度，m;H為松鋪厚度，m;ρ為松鋪濕密度，kg/m。

3.6 煤矸石路基壓實

正確的壓實方法是保證煤矸石路基壓實度的一個重要條件，包括壓實厚度、壓實機具、碾壓速度和遍數(shù)。煤矸石壓實應遵循:先靜后動，先輕后重，先慢后快，先邊后中，先低后高的原則。直線地段由邊坡向路基中心碾壓，曲線段由曲線內(nèi)側(cè)向外側(cè)碾壓。碾壓速度不大于4 km/h，穩(wěn)壓時碾壓輪跡橫向應相互搭接，縱向后輪必須超過相鄰段的接縫，達到無漏壓、無死角，以確保碾壓均勻。

通過試驗段的填筑，檢驗施工機械功能、機械組合、人員配置是否合理，是否能達到設(shè)計要求，確定煤矸石填筑路基的松鋪厚度、壓實速度、壓實遍數(shù)等工藝參數(shù)，以利指導大規(guī)模施工。

碾壓現(xiàn)場施工順序:

1)靜壓。將1臺30 t振動壓路機從路面兩邊往中間靜壓1遍，輪跡與上一次重疊40 cm以上，速度控制在2 km/h～3 km/h。2)穩(wěn)壓。開弱振碾壓1遍，輪跡重疊1/2，速度為3 km/h～4 km/h。3)強振。開強振碾壓4遍，輪跡重疊2/3，速度為3 km/h～4 km/h。4)消痕和局部處理。靜壓多次進行消痕，速度為2 km/h～3 km/h。

施工過程中注意揀除超過10 cm粒徑的煤矸石及雜物，對于局部邊角地帶，應人工配合小型手扶式振動壓路機或蛙式打夯機壓實到要求的壓實度。

攤鋪后的煤矸石必須及時碾壓，做到當天攤鋪，當天完成碾壓，以防止水分蒸發(fā)影響壓實效果。

3.7 壓實度

路基壓實度決定了路基的水穩(wěn)定性、強度和沉降量。

碾壓密實后，用灌砂法檢測煤矸石的壓實度。施工過程中的每一壓實層，可用試驗路段確定的工藝流程和工藝參數(shù)，控制壓實過程。現(xiàn)場可采用沉降量法進行控制。

沉降量觀測標高時需測原地面、虛鋪和壓實后高程，計算每遍高程變化，連續(xù)兩次高程無明顯變化即為壓實完畢。施工時宜采用較小塊的鋼板作為沉降觀測點。實際施工中，碾壓遍數(shù)確定以后，對于前幾次碾壓可不進行觀測，當碾壓到最后兩三遍，再進行測量。此法采用儀器簡單，易于現(xiàn)場施工人員掌握。

3.8 養(yǎng)護

成型后的路基要進行密實度檢測;若不能及時施工上層時，應適當灑水，以免表層干燥揚塵。養(yǎng)生期內(nèi)應封閉交通。達到路堤封層部位應及時按設(shè)計要求用粘土進行封層處理。

3.9 效果檢測

在煤矸石填筑效果檢測中，除一般的標高、寬度、橫坡等項目外，需特別重視壓實度和彎沉檢測。施工單位可以采用貝克曼梁法來檢測彎沉。彎沉只在路基頂面檢測，若彎沉值合格，則說明整體強度已經(jīng)滿足要求，反之，則說明整體鋪筑效果不良。

4 結(jié)語

煤矸石作為路基填筑材料，在國道307清徐段改線工程施工中的應用，解決了路基填料問題。通過現(xiàn)場質(zhì)量控制，提高了路基質(zhì)量。通過廢物利用，對減少廢料占地，減少環(huán)境污染，建設(shè)生態(tài)文明社會等具有深遠的意義。

［1］JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］鄧學鈞.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2002.