礦山廢渣在農村公路路基填筑上的應用

吳鋒+唐毅

摘要：本文利用安康有豐富的礦山廢渣，介紹了礦渣強度高、水穩定性好、透水性好的基本特點，將其作為填料應用在農村公路路基上。初步研究了礦山廢渣應用于農村公路路基的強度原理、加工相關要求、填料技術要求及應用技術檢測與評定，為解決農村公路的資金投入提供一種途徑，也為綠色交通交能發展提供了技術支撐。

Abstract： Ankang is rich in mine residue， which has high strength， good water stability and good water permeability. So it is used as the filler in rural road subgrade. This paper studies the strength principle， processing requirements， packing technical requirements and application technology detection and evaluation of mine residue used in rural road subgrade， which provides a way to solve the capital investment of rural highway and also provides the technology support for the development of green transportation.

關鍵詞：道路工程；礦山廢渣；路基填筑

Key words： road engineering；mine waste residue；roadbed filling

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0234-02

0 引言

農村公路建設是農民朋友實現帶動農村脫貧致富的關鍵，也是陜西省在2018年要基本消除絕對貧困，幫助貧困村改善出行道路條件，為產業發展提供道路通行保障。如何實現農村公路里程的延伸和等級的提高，如何破解農村公路和解決資金渠道的難題，必須利用當地現有資源，降低農村公路建設成本，把有限的資金發揮更大的作用，建設更長的農村公路。

農村公路是分為五類，一是新建連接自然村之間的公路，方便村民來往通行；二是新建通往農業產業區公路，主要通往農田、果園、苗木基地、養殖場，方便農業生產和產品運輸；三是改善自然村內道路，主要是環村公路，村內主干道；四是新建自然村外接公路，主要是連接公路干線，打通行政村之間、鄉鎮之間的公路；五是拓寬通村主干道。

安康處于秦嶺褶皺系南部與揚子準地臺北緣，區內地質構造復雜，地層出露齊全，成礦條件良好。迄今為止，全市共發現各類礦產65種，已探明有31種，產地700余處，已開發或正在開發有70余處。全市共有各類采礦、選礦企業247家，除兩個為中型外，其余均為小型礦山企業。據有關調查研究，大多數企業都存在不同程度存在棄渣隨意堆放問題，有的將礦山棄渣堆放在溝道中，將溝道填滿，棄渣堆放高度超過50米，長度約為1公里，累計棄渣量已超過200萬方，棄渣若在暴雨時發生滑塌或泥石流，將直接堵塞主溝道或流入主溝道。如何將這些棄渣利用在農村公路上，既解決了隨意堆放問題，也變廢為寶。

礦山廢渣是指礦物開采及其加工利用過程中產生的粉狀含有塊狀的顆粒混合物。礦山廢渣的基本情況來源礦山廢渣來源于露天礦剝離和坑內采礦產生的大量廢石、采煤產生的煤矸石、選礦產生的尾礦等。這些礦山廢渣具有相當好的強度、硬度、耐磨性、沖擊韌性、抗凍性及耐水性等，又具有相當好的物理和化學穩定性，其性能優于黏土、粉性土，甚至砂土和石灰土。礦山廢渣顆粒大比表面積小含薄膜水少不具備塑性透水性好能夠阻斷毛細水上升，在潮濕狀態和環境下，強度變化不大，對于農村公路，是一種易于就地取材，易于就地的城市資源利用路用材料，其主要應用對象應該是農村公路，尤其是農村公路的路基。

1 填筑強度形成機理

礦山廢渣的顆粒大多數形狀是不規則、非對稱的，致使顆粒的運動速度與顆粒的長軸相對運動方向相關，當顆粒長軸與運動方向一致時，阻力小、速度大；而當長軸垂直與運動方向時，所受阻力增大，速度大為降低。由于顆粒形狀不規則，表面粗糙，其作用力在顆粒表面很難對稱分布。強度主要來源于混合料顆粒的內摩阻力和結合料的黏結力。內摩阻力主要取決于礦山廢渣顆粒集料的級配組成，最佳廢渣級配組成的混合料將獲得最大的內摩阻力，更有利于內部形成產生黏結力的無定型凝膠結構和纖維晶架結構。礦山廢渣路基強度機理可表示為：

τ=c+σtanφ

式中，τ為礦山廢渣的抗剪切強度，σ為礦山廢渣混合料的應力，φ為礦山廢渣混合料間的內摩擦角，c為礦山廢渣散粒體內摩擦力。

2 礦山廢渣加工

礦山廢渣加工前應采用人工或機械設備，剔除其中大塊粒徑，后通過篩孔為150mm的篩分設備，將大粒徑固體礦渣分離并進行加工破碎。礦山廢渣加工設備采用相關的破碎機與篩選機組合而成，可在固體礦渣比較集中的地方布局加工設備，或者移動地布局在合理的經濟區域內，便于運輸和管理。加工后的固體礦渣填料粒徑應不大于150mm。固體礦渣加工應采取相應的專業除塵設備和專業噴淋、裝卸灑水設備，以防止加工破碎和運輸過程產生較大的揚塵。為保證固體礦渣填料的均勻性，加工后的固體礦渣填料應采用挖掘機進行反復拌和，減少粗礦渣相對集中，出現離析現象。

礦山廢渣加工一般應采用固定式加工設備，加工布局具有較大面積的場地，規劃好各分區功能。一般分礦山廢渣原料區、破碎區、篩分區、加工區和礦渣填料拌和區。廠區內應做好道路保潔、清潔、綠化及排水工作。加工過程中如遇大量降水時必須立即停止加工，礦山棄渣原料區、破碎區、篩分區、加工區和礦渣填料拌和區應采取覆蓋、遮擋和防護措施，以防止雨水對其淋濕浸泡。加工后的礦渣填料應按照粒徑要求分開堆放，每層的堆放高度不宜超過3m，如果過堆放高容易造成粗細分離，填筑路基孔隙過大，不易壓實。不同類型的固體礦渣填料應分開堆放，并安放標識牌予以說明。

3 礦山廢渣填筑要點

加工篩分后的礦山廢渣填料粒徑一般以大于4.75mm和小于4.75mm來進行區分，根據粒徑的不同應用于路基的不同部位。對于粒徑大于4.75mm的渣料，主要適用于農村公路的路堤，對于粒徑小于4.75mm的渣料，主要適用于農村公路的路床。相同渣料源、規格的礦山廢渣填料作為同一批次檢測和儲存，檢測頻率為每1000m3一次，不同料源、規格、品種的固體礦渣填料應分批檢測和儲存。

4 礦山廢渣填筑質量控制

礦山廢渣的壓實質量采用沉降差指標進行控制，輔助采用施工參數控制，礦山廢渣施工方法和質量檢測按填石路堤或者是砂礫路基的填筑方法和技術標準進行控制。施工過程必須嚴格控制每層的廢渣虛鋪厚度，同時用測量斷面控制每層厚度。廢渣攤鋪過程，需安排1-2人，挑選大粒徑的石料，填補攤鋪過程的造成坑，使填料表面平整，便于壓實。

礦山廢渣填筑的路基壓實須采用2臺壓路機，1臺是羊角型振動壓路機，另1臺是光輪重型振動壓路機。施工前應先攤鋪試驗路，分別為50cm、40cm和30cm三種不同路段，長度分別為50m。施工控制時，應采用羊角型振動壓路機碾壓6遍后各測點的高程差。測點布置每10m路基測一點，高差值不大于2mm。以每個橫斷面的選2點測量初始標高，終壓前1遍，分別測量每個點標高讀數，終壓完成后，在對應標高的測量點上測量終壓標高，將終壓標高減去初始標高，作為該斷面的高差。最后要用光輪振動壓路機收平碾壓2遍，方可進行下一層路基的施工。

從現場試驗結果分析，松鋪厚度為50cm時很難達到路基的壓實質量要求；松鋪厚度為30cm時能達到路基的壓實質量要求，對機械臺班浪費太大；松鋪厚度為40cm時既能達到路基的壓實質量要求，又能節約機械臺班，使機械組合發揮到最大經濟效應。因此，在施工過程推薦采用松鋪厚度40cm，碾壓遍數不小于8遍，碾壓遍數要求壓實沉降差平均值小于5mm，標準差小于3mm。

5 結論

通過礦山廢渣填筑在農村公路試驗段的應用，采用壓實沉降差檢測，從試驗數據與機械參數分析得知，使用松鋪厚度40cm的礦山廢渣填筑的農村公路路基，其質量滿足技術要求、工程進度合理、工程成本較小，具有推廣價值。但不同的礦山廢渣具有不同的力學性質、物理性質和化學性質，在使用過程應通過鋪筑試驗路段確定。

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