煤矸石在高等級公路路基施工中的應用

祝傳魁+陸芳

摘 要： 煤矸石是各種工業廢渣中排放量最大、占地最多、污染環境較為嚴重的固體廢棄物，嚴重影響人們的生活、生產和身心健康。在煤矸石綜合利用的途徑中，將煤矸石用作路基填料，能夠減少筑路征地費用，改善當地環境，具有顯著的經濟和社會效益。但是目前路基規范中并沒有相應的指標和標準規范煤矸石的應用。因此，對高等級公路煤矸石填筑路基施工技術進行研究，具有極大的現實意義。

關鍵詞： 煤矸石；高等級公路；路基施工

我國是一個煤炭生產大國，是一個以煤炭為主要能源的發展中國家，當煤炭在為我國快速增長的經濟提供源源不斷能源的同時，也制造了相當嚴重的空氣污染和固體污染，煤矸石就是其中一種較為嚴重的固體污染物。煤矸石是一種與煤層伴生的巖石，在煤炭的開采和洗選加工等過程中被分離出來，成為廢棄物。伴隨著煤炭的開采，大量的煤矸石由于利用率較低被堆積在礦區周圍，形成矸石山。露天堆放的煤矸石占用土地，容易發生自燃產生有害氣體，當其受到雨水的淋濾作用，還會釋放出重金屬元素污染土壤和地表水。另一方面，高等級公路修筑路基需要大量的填充材料，將煤矸石用于修筑路基可以減少矸石山的堆積，節約土地，減輕對環境的污染，降低工程建設的成本，具有良好的經濟效益和社會效益。

一、煤矸石材料的性能分析

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。

1、化學性質。煤矸石的化學成份隨著煤層地質年代的不同而有所波動，但其化學成份主要有SIO2、AI2 O3 、Fe2O3 及少量的CaO、MgO、SO3 。氧化硅和氧化鋁含量之和在70%以上。煤矸石填筑高等級公路路堤主要考慮其燒失量、顆粒粘聚力與活性有關的成份。完全燃燒的煤矸石其燒失量約10%以下，沒有完全燃燒的煤矸石燒失量稍大，應慎重考慮選用。

2、物理性質。煤矸石經過粉碎，通過0.5毫米的篩，按照土的液限、塑限試驗法進行可塑性界限試驗，塑性指數較低，屬低塑性材料。由于煤矸石的毛體積密度較小，以致最大干密度接近或超過土的最大干密度。同時，煤矸石的滲透性能壓縮系數及毛細水高度等路用指標均優于土的路用性能。

3、力學性質。經過對煤矸石的反復試驗，煤矸石的CBR值與飽水的回彈模量均高于土的相應指標。而非飽水的土的回彈模量又高于煤矸石的相應標，這表明煤矸石的水穩定性較好。煤矸石的抗凍性能在山東省內可不予以考慮。同時煤矸石的摩擦角與壓縮性指標均優于土的相應指標。但其粘結力低于土的指標。

通過對煤矸石的化學、物理、力學和水理性質的試驗和對填筑高等級公路路堤的應用技術分析，證明自燃的煤矸石填筑高等級公路路堤的各項路用指標均能滿足設計要求，而煤矸石的容重較小，相對含水量較低，受季節施工影響較小，便于裝運和壓實，又可縮短工期。

二、工程概況

本文以某雙向四車道一級公路為例進行，本路段設計時速為每小時100km，26m為其路基寬度。在本公路線路終點周圍設置煤矸石路基試驗段。根據工程建設需求，可在該公路K32+520—K32+720段鋪設煤矸石路基試驗段，200m為試驗段長度。按照施工流程，現場攤鋪試驗段的主要目的就是對松鋪厚度、碾壓遍數等參數的準確確定，且以此指導施工。

三、高等級公路路基施工中煤矸石施工工藝

1、施工準備

工程施工前，應保證施工組織管理機構完善，并進行質量保證、安全管理及環境保護體系的建立與健全。工程施工相關人員應及時進場，并向監理單位上報。施工機械進場后，需做好調試工作。本工程機械配置情況如下：1臺T160推土機、1臺徐工22T振動壓路機、18T鐵三輪、卡特320挖掘機、JOHANNA-602全站儀等。

2、原土地面處理

按照相關施工規范規定，施工前必須清理干凈路基場地，且做好平整工作。要求清理干凈原地面植被、雜物、積水等。同時選取機械壓實基底，保證其與施工設計要求相符。如路段土質較為干燥，并具有良好水文情況，便于排水，則可直接進行整平碾壓施工，當其壓實度、平整度滿足設計要求后，即可在路基表面選取粘土進行路拱設置，其坡度為3%左右，這樣為降雨排水極為有利，能夠降低對壓實煤矸石路基的影響。如路段土質含水量過多，一般情況下進行翻曬即可，但特殊情況下，需挖除原土，換填煤矸石塊處理。

3、施工測量

施工前需復測公路沿線導線點與水準控制點，向施工場地周圍引水準標高，且做好埋設工作。隨后進行道路中樁恢復，及時將邊線控制樁拉出。

4、攤鋪

清理及平整場地后，相隔20cm沿線進行控制樁設置，選取的設備為全站儀。橫斷面高程可選取水準儀進行測定，并將邊樁準確定出，進而將煤矸石與包邊土施工范圍確定出來。順著路基邊緣按照松鋪厚度縱向定樁掛線施工，且保證豎直定樁、平順掛線。按照網格在攤鋪施工作業時進行布料施工，根據掛線高度通過推土機攤鋪平整煤矸石。

選取水平分層法進行路基填筑，碾壓施工前，如煤矸石顆粒粒徑在15cm以上可剔出，可破碎，且選取平地機做好整平作業。矸石在碾壓環節如形成支點應立即做好處理工作，避免對壓實度造成任何影響。如局部大顆粒出現堆積情況，需及時進行細顆粒補充及級配改善，避免出現粗集料窩，導致碾壓板結無法成型，此時需選用挖除換填施工方式進行作業。和包邊土結合位置，應加大施工質量重視程度，避免出現壓實度不符現象。

為確保包邊土壓實度，需把包邊土進行分層施工，根據工程實際情況，可分為2層。第一層施工需根據煤矸石層厚度50%進行攤鋪碾壓施工，完成碾壓施工作業后，需對其壓實度進行詳細檢測；第二層施工需根據網格布料一起施工。于煤矸石填筑速度而言，包邊土施工速度影響較大，應選取機械+人工方式進行整形施工。為避免包邊土與煤矸石施工后高程出現較大差異，應對兩者松鋪厚度差值進行綜合考慮，與煤矸石松鋪系數相比，包邊土應大一些，比例為10到15%。

5、碾壓施工

松鋪厚度合格后才可進行碾壓施工，與最佳含水率相比，煤矸石含水率應多出1%到2%左右。要求按照“低—高、慢—快、靜壓—振壓、弱振—強振“原則進行碾壓作業。要求前后兩臺壓路機配合施工，相近路段需做好搭接作業，每小時壓路機行駛速度需控制在2到4km之間。如大型碾壓機械局部無法壓實，可選取小型機械或人工方式進行補壓。為避免水分蒸發，對壓實效果造成嚴重影響，需做到攤鋪與碾壓同一天施工。

四、結束語

綜上所述，伴隨社會經濟發展速度的不斷提升，煤炭消耗量也逐步增多，大量堆積的煤矸石也給全球各國國家帶來了諸多問題。目前，如何解決煤矸石的有效利用問題已經成為重要研究課題。公路工程路基填筑施工中，要求消耗大量土石資源，在路基填充時煤矸石的應用，可降低毀田取土，還能消耗大量煤矸石，減少對土地的堆積占用，是煤矸石再利用的良好路徑。伴隨我國新一輪交通投資的發展，在高等級公路路基施工充分利用煤矸石應用前景極為廣闊?！?/p>

參考文獻

[1] 徐琳.煤矸石的物理化學性能與煤矸石燒結磚的產品質量[J]. 磚瓦. 2010（02）.

[2] 孫筠，項貽強，唐國斌，張婷婷.軟土地基臺后回填EPS輕質混凝土沉降分析[J]. 公路交通科技. 2010（07）.

[3] 王蕾.公路工程質量控制中數據統計方法及應用研究[J]. 山東交通科技. 2015（02）.

[4] 羅俊義.煤矸石在高速公路路基填筑中的應用[J].交通世界（工程技術） .2015年05期.

[5] 姜利，董建勛，郭國梁，張錦生. 季凍區未燃煤矸石路基溫度變化[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版）. 2013（01）.endprint