煤矸石作路基填料在一級(jí)公路中的應(yīng)用技術(shù)探究

邊建民 黃前龍

（1.邯鄲市交通運(yùn)輸局公路工程管理處，河北 邯鄲 056000；2.中路高科（北京）公路技術(shù)有限公司，北京 海淀 100088；3.公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)新材料技術(shù)應(yīng)用交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，北京 海淀 100088）

煤矸石作為一種工業(yè)固體廢棄物，若不能得到充分合理的利用，將大量堆積，浪費(fèi)土地和經(jīng)濟(jì)資源，同時(shí)也會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。為了緩解煤矸石廢棄量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、砂石資源枯竭和市場(chǎng)供給緊張等矛盾局面，將煤矸石作為路基填料用于公路工程施工建設(shè)中，既合理利用資源又節(jié)能環(huán)保。

一、煤矸石性能要求

（一）顆粒級(jí)配要求

為了滿足煤矸石路基的承載力和穩(wěn)定性要求，需要選用硬質(zhì)煤矸石。天然狀態(tài)下的煤矸石由各種粒徑混合而成，各粒徑比例也因地域不同存在一定差異，采用自然級(jí)配較好的煤矸石作路基填料，路基結(jié)構(gòu)的密實(shí)性、強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性更好。煤矸石作路基填料的最大粒徑，要求96%壓實(shí)度時(shí)不大于10cm，94%、93%壓實(shí)度時(shí)不大于20cm，同時(shí)也要滿足不大于2/3層厚，路基壓實(shí)后的最優(yōu)含水率要控制在±2%范圍之內(nèi)。對(duì)于超粒徑范圍的煤矸石應(yīng)先予以剔除，待后續(xù)破碎達(dá)標(biāo)后再行利用。

（二）力學(xué)指標(biāo)要求

對(duì)于一級(jí)公路，其力學(xué)性能指標(biāo)要求塑性指數(shù)不宜大于26；壓碎值宜控制在30%以下；單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)保持在15MPa以上；上路床承載比CBR不小于8%，下路床承載比CBR不小于5%，上路堤承載比CBR不小于4%，下路堤承載比CBR不小于3%。

（三）穩(wěn)定性要求

煤矸石材料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期地質(zhì)作用，物化性能較為復(fù)雜，具有潛在膨脹不穩(wěn)定性，為了保證路基的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，應(yīng)該限制其膨脹率，并確保路基整體穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)含量。要求煤矸石中二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵等多種活性氧化物質(zhì)的總含量在70%以上，氧化物質(zhì)含量越多，剩余發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)越少，對(duì)路基的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性影響也就越小；自由膨脹率不宜大于40%，以免造成路基變形，面層開(kāi)裂，對(duì)于膨脹率過(guò)高的煤矸石，可考慮采用摻粉煤灰、黏土等方法改善，以減少對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性的影響；由于煤矸石與煤炭共存，極易自燃，要求燒失量控制在20%以下，以15%為佳；煤矸石作路基填料效果最佳的是紅色或黃色煤矸石，其次是灰褐色煤矸石，必要時(shí)應(yīng)通過(guò)改良等試驗(yàn)論證后采用；煤矸石中也不應(yīng)含有雜質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、強(qiáng)崩解性等影響路基穩(wěn)定的填料，有機(jī)質(zhì)含量不宜超過(guò)10%，耐崩解性指數(shù)不應(yīng)大于30%，以免影響路基粒料間的黏結(jié)作用，造成路基失穩(wěn)。將煤矸石材料用于鋪筑公路路基結(jié)構(gòu)，施工前需嚴(yán)格把控原材料質(zhì)量和筑路特性。

二、施工技術(shù)與質(zhì)量檢測(cè)

施工機(jī)械組合、最優(yōu)含水率、松鋪系數(shù)、分層攤鋪厚度和壓實(shí)度等也是控制公路路基施工質(zhì)量的重要因素，因此需結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和情況，控制鋪筑煤矸石路基以滿足施工技術(shù)和質(zhì)量要求。

（一）基底處理

基底作為煤矸石路基的下承層，在煤矸石路基施工前，需要先了解原路水文地質(zhì)條件情況，在完成碾壓、整平、壓實(shí)處理并將清表土雜物排除后，集中收集覆蓋存放，用于后續(xù)邊坡的植生綠化與防護(hù)使用；同時(shí)，為了保證后續(xù)路基施工過(guò)程的排水要求，需用黏土修筑成2%～3%的路拱橫坡，并保證基底的平整度和壓實(shí)度滿足規(guī)范要求。

（二）煤矸石運(yùn)輸

煤矸石運(yùn)輸宜采用機(jī)械裝載方式，利用大噸位的貨車(chē)運(yùn)輸，并且在煤矸石運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中需要全程做好覆蓋處理，以防水分蒸發(fā)及揚(yáng)塵造成環(huán)境污染。

（三）包邊土攤鋪

天然煤矸石材料質(zhì)地較為松散，還有硫、鐵、鋁、鈣等多種氧化物，為了防止在自然條件下煤矸石發(fā)生自燃或二度風(fēng)化，以及路基排水、雨水等侵蝕路基對(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，同時(shí)也為了防止煤矸石中的污染物質(zhì)溶于水中，造成水體和土地污染。因此，在煤矸石路基攤鋪施工前，需要先對(duì)路基兩側(cè)1m～2m的范圍內(nèi)進(jìn)行包邊土施工，包邊土可以采用剔除雜物后集中收集的清表土，待分層填筑煤矸石施工工序后，再同步整平碾壓以保證路基結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

（四）煤矸石攤鋪

將煤矸石與包邊土兩種材料在路基斷面范圍內(nèi)同步水平分層填筑施工，分層攤鋪整平壓實(shí)是確保路基施工質(zhì)量的關(guān)鍵，其厚度應(yīng)根據(jù)壓實(shí)工具、工藝性試驗(yàn)等確定松鋪系數(shù)、松鋪厚度，一般壓實(shí)厚度不超過(guò)35cm，分層攤鋪厚度不超過(guò)40cm，以保證壓實(shí)度要求。按照測(cè)量放線劃分的網(wǎng)格布料，并且攤鋪的長(zhǎng)度應(yīng)控制在當(dāng)天可碾壓完畢的范圍；攤鋪過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)超粒徑范圍的煤矸石應(yīng)剔除，待破碎達(dá)標(biāo)后再使用；做好包邊土和煤矸石搭接處細(xì)部處理以確保路基就的整體穩(wěn)定性；待攤鋪初步整平后，修筑出不小于2%的路拱橫坡用以排水。

（五）碾壓成型

將煤矸石材料運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，整體攤鋪整平后，按照最優(yōu)含水率換算出具體灑水量現(xiàn)場(chǎng)灑水，待鋪筑的煤矸石材料表面呈現(xiàn)出微干狀態(tài)后，按照“先低后高”的碾壓順序整平碾壓，以保證路基壓實(shí)效率和壓實(shí)度。在碾壓施工工序中，煤矸石路基填料中骨料間的嵌擠和填充作用共同決定著路基的壓實(shí)效果，所以應(yīng)采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，并確定適于相應(yīng)煤矸石路基的壓實(shí)機(jī)械噸位和碾壓遍數(shù)、速度等方案以減小粒間空隙，增大骨料間的密實(shí)性。待完成碾壓工序后，立即檢測(cè)路基質(zhì)量壓實(shí)度，保證施工質(zhì)量滿足要求。

（六）質(zhì)量檢測(cè)

公路路基質(zhì)量檢測(cè)階段，除了需要進(jìn)行一般標(biāo)高、路拱橫坡、路基路面寬度等常規(guī)檢測(cè)以外，還要重點(diǎn)檢測(cè)路基的壓實(shí)度與彎沉。

壓實(shí)度檢測(cè)。公路路基的填筑質(zhì)量通常會(huì)采用灌砂法和水袋法檢測(cè)路基壓實(shí)度的方式，但考慮到該方法檢測(cè)需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，所檢測(cè)數(shù)據(jù)的離散性較大，代表性較差，而且采用煤矸石材料作路基填料施工方法與填石路基也存在一定相通之處，因此對(duì)于煤矸石材料填筑路基考慮采用沉降量法來(lái)檢測(cè)評(píng)估路基的壓實(shí)情況。在利用沉降量法檢測(cè)路基壓實(shí)度的時(shí)候，需要將沉降觀測(cè)點(diǎn)建立于鋼板上，并觀測(cè)和控制原地面高程和壓實(shí)后高程，從而達(dá)到檢測(cè)路基壓實(shí)度的目的。

彎沉檢測(cè)。在對(duì)煤矸石路基進(jìn)行彎沉檢測(cè)時(shí)，可用貝克曼梁法在路基頂面檢測(cè)以確定路基的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

三、結(jié)語(yǔ)

煤矸石作為一種煤礦產(chǎn)業(yè)的工業(yè)固體廢棄物，如果處理不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，將煤矸石材料用作公路路基填料，能夠有效緩解資源和環(huán)境保護(hù)的壓力；與此同時(shí)，煤矸石材料良好的強(qiáng)度、剛度、透水性、耐凍性等特點(diǎn)，也保證了將其用作路基填料，能夠有效防止路基凍融、翻漿、唧泥、塌陷、裂縫等病害的發(fā)生，保證公路質(zhì)量要求，提升公路服役壽命。