煤矸石試驗檢測與現場質量控制分析

賴震霖

遼寧馳通公路工程監理事務所，遼寧沈陽 110005

1 概述

遼陽燈塔至沈陽遼中高速公路地處北方平原地帶，沿線當地的土方非常緊缺，征地取土非常困難，周邊有紅陽一礦、紅陽二礦、紅陽三礦、到處都是堆成小山的廢渣煤矸石，根據這一特點并結合高速公路的土源緊缺的難題，項目部經綜合考慮并經試驗檢測結果數據最終決定采用煤矸石進行路基填筑。燈遼高速公路K29+581～K39+525 段采用煤矸石進行路基填筑，我們受遼寧省高等級公路建設局委托對紅陽三礦煤矸石各項指標進行試驗檢測，以保證路用材料各項指標符合技術要求。

2 采用煤矸石填筑路基可行性

根據煤矸石調研結果及填筑路基煤矸石技術性能要求與《公路路基設計規范》、《公路路基施工技術規范》、沈大路《煤矸石填筑路基層施工技術操作規程》的經驗資料相結合，提出煤矸石材料必須如何以下要求：

通過室內試驗各項指標均符合要求，在此基礎上我們將煤矸石用于路基填筑。

（1）所使用的沈煤集團紅陽三礦存放20 年以上并經過充分自燃、性能穩定的紅褐色煤矸石填筑路基，必須保證抗壓強度高風化較慢，不宜自然風化破碎，嚴禁使用抗壓強度低、易于風化破碎、遇水易崩解、未燃或自燃不徹底、含固定碳及揮發成分較高。特別當泥結煤矸石遭遇水之后，導致強度喪失，降低了路基承載能力，對公路使用性能具有直接影響；

（2）煤矸石應選擇級配較好，對于級配良好煤矸石，通過輾壓之后，可形成致密結構。有效防止基床翻漿，具有較好的透水性、承載力、穩定性，若煤矸石含有大量大顆粒，且自然級配較差，不能直接作為路基填料，需經過破碎改良處理之后，方可作為路基填料使用；

（3）煤矸石的穩定性要求，因煤矸石存在膨脹性、潛在不穩定性特定，當作為路基填筑使用時，處于道路使用期內會出現膨脹，引起面層開裂。因此，按照路基填料規定，使用達標膨脹土，與混合填料比例小于50%。當摻用粉煤灰時，以粘土取代，控制好粘土塑性指數，數值為8～14 范圍內，不能含有雜質、腐植土，路基包邊土不得使用膨脹土。

3 均勻控制填料、最大顆粒

根據規范的規定，根據現場煤矸石、壓實厚度的情況，工程指揮部要求：煤矸石只能作為臺后30m 之外路床頂面80cm以下填料，在填筑前必須填筑一層至少30cm 厚的粘土下封層，應與其他填料交替進行填筑，每個橫斷面內煤矸石累計填筑厚度要小于3m。控制好94 區的最大顆徑（等于20cm），小于2/3的壓實厚度，96 區最大顆粒小于10cm。因煤矸石存在超顆徑現象，在初平煤矸石面上卸下填料，接著利用推土機，向前推移攤鋪填料。同時，推移攤鋪時，選擇填料自動填充于底層離析處，以實現密實，避免大顆粒煤矸石出現聚集離析問題。通過初步的填平之后，選擇手動與機械手段，揀出、破碎超顆粒填料。針對無法破碎的，可選擇裝載機清除場外，有效解決超粒徑缺陷。挑出超粒徑之后，平地機精平，通過“坑洼找補、嚴控標高”的方式，實現表面平整。利用上述方法，可基本確保煤矸石填料能夠均勻攤鋪，達到規定的密實與粒徑要求。

4 控制布料松鋪

按照松鋪厚度要求，采用石灰粉以網格形式劃線為100mm×100mm 的方格，然后由推土機按照松鋪系數換算的每平米用量，對填料進行平整與攤鋪，選擇平地機作縱向精平后，至兩側路中心進行刮平，防治煤矸石和包邊土之間的骨料過于集中，接著選擇羊角碾，進行4 遍碾壓。通過目測是否穩定，待穩定之后，選擇同樣方式給予第二層填筑。

5 控制填料含水量

按照煤矸石標準，實施擊實試驗，填料中含水量直接影響了壓實質量。因此，在施工過程中，需控制好煤矸石含水量，最佳含水量控制在±2%之間，根據氣候決定含水量的大小，以便于壓實。煤矸石表面不能有明顯輪跡，防止發生軟彈與翻漿問題，確保板體表面的密實、光潔。

6 碾壓控制

因路基強度與穩定性、壓實度之間具有密切關系，煤矸石級配接近碎石，壓實特性是根據骨料細料、充滿程度決定。所以，采用振動壓路機進行振壓，利用共振原理進行壓實，降低顆粒空隙，增強密實度，按照由靜至動、由邊至中、由輕至重、由慢至快的順序進行壓實，控制碾壓速度，應大于4km/h。待穩定之后，碾壓應輪跡互相搭接，利用縱向后輪與接縫接近。針對路堤的邊角地帶，利用沖擊打夯機、振動壓路機，使碾壓達到壓實度要求。

7 控制壓實質量

選擇沉降法、灌砂法，對路基壓實質量進行控制，若填料中的細料比例較大，應選擇灌砂法檢測。若填料中的粗料比例較多，難以實施灌砂法，可選擇沉降法控制。

7.1 灌砂法

在計算大干密度時，通過研究決定，選擇標準擊實試驗，利用修正公式修正超粒徑。對于煤矸石的試樣，根據5mm～40mm 顆粒，分別以20%～70%的標準，繪制擊實曲線。若試樣中，當超顆粒含量比例為5%～30%時，根據試驗獲得的最佳含水量、最大干密度，給予校正。通過現場檢測，按照試坑內煤矸石5mm～40mm 小于40mm 的含量，通過標準修正曲線，查找超粒徑、最大干密度的修正公式，計算煤矸石壓實度。通過壓實試驗，待第四遍壓實之后，確保煤矸石處于基本穩定狀態，使壓實度滿足規定要求。對于壓實度的“超百”問題，通過路基施工填料、擊實試樣取樣的差異，大于40mm 的填料粒徑含量石塊較多，選擇小于40mm 煤矸石進行擊實試驗，最大干密度比較低，使得個別點壓實度出現“超百”問題。

7.2 沉降觀測法

按照沿路線方向，每隔20m 以縱向方式布設觀測點進行沉降觀測，橫向以中樁與中樁距離8m 處、填筑斷面的1m 處，每個斷面設置5 個點，開始虛鋪記錄之后，測量每遍的高程，若連續觀測兩次之后，高程仍無顯著變化，則表示完成壓實，選擇10×10×1cm 的鋼板埋設沉降觀測點。利用路基試驗的沉降觀測數據，證明沉降量和壓實度呈對應關系，選擇沉降觀測法，可有效控制路基壓實度。由于缺乏試驗數據，且同類路基壓實資料較少，因此嚴格規定了控制指標：94 區沉降量應小于4.0mm，96 區沉降量應小于3.0mm。

8 結論

通過試驗與施工相結合的方法，可以證明煤矸石用于路基填筑是就地取材、節省資源、減少投資同時對于路基而言與填石路基具有同樣的效果，不論是透水性還是穩定性都是較好的路用材料。選擇合理的施工手段，確保煤矸石路基的穩定性與整體性，均可滿足設計規定與要求。

[1]公路路基施工技術規范（JTJ033-95）.人民交通出版社，2000.

[2]高速公路土石混填施工技術與檢測方法研究.長安大學出版社，2006.