煤矸石作路基填料在一級公路中的應用技術探究

邊建民 黃前龍

（1.邯鄲市交通運輸局公路工程管理處，河北 邯鄲 056000；2.中路高科（北京）公路技術有限公司，北京 海淀 100088；3.公路建設與養護新材料技術應用交通運輸行業研發中心，北京 海淀 100088）

煤矸石作為一種工業固體廢棄物，若不能得到充分合理的利用，將大量堆積，浪費土地和經濟資源，同時也會對自然環境造成嚴重的污染。為了緩解煤矸石廢棄量大、環境污染嚴重、砂石資源枯竭和市場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中，既合理利用資源又節能環保。

一、煤矸石性能要求

（一）顆粒級配要求

為了滿足煤矸石路基的承載力和穩定性要求，需要選用硬質煤矸石。天然狀態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，采用自然級配較好的煤矸石作路基填料，路基結構的密實性、強度和整體穩定性更好。煤矸石作路基填料的最大粒徑，要求96%壓實度時不大于10cm，94%、93%壓實度時不大于20cm，同時也要滿足不大于2/3層厚，路基壓實后的最優含水率要控制在±2%范圍之內。對于超粒徑范圍的煤矸石應先予以剔除，待后續破碎達標后再行利用。

（二）力學指標要求

對于一級公路，其力學性能指標要求塑性指數不宜大于26；壓碎值宜控制在30%以下；單軸抗壓強度應保持在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）穩定性要求

煤矸石材料經過長期地質作用，物化性能較為復雜，具有潛在膨脹不穩定性，為了保證路基的強度和整體穩定性，應該限制其膨脹率，并確保路基整體穩定的化學物質含量。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的總含量在70%以上，氧化物質含量越多，剩余發生氧化反應的物質越少，對路基的強度和整體穩定性影響也就越小；自由膨脹率不宜大于40%，以免造成路基變形，面層開裂，對于膨脹率過高的煤矸石，可考慮采用摻粉煤灰、黏土等方法改善，以減少對路基路面結構強度和整體穩定性的影響；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，必要時應通過改良等試驗論證后采用；煤矸石中也不應含有雜質、有機質、強崩解性等影響路基穩定的填料，有機質含量不宜超過10%，耐崩解性指數不應大于30%，以免影響路基粒料間的黏結作用，造成路基失穩。將煤矸石材料用于鋪筑公路路基結構，施工前需嚴格把控原材料質量和筑路特性。

二、施工技術與質量檢測

施工機械組合、最優含水率、松鋪系數、分層攤鋪厚度和壓實度等也是控制公路路基施工質量的重要因素，因此需結合項目特點和情況，控制鋪筑煤矸石路基以滿足施工技術和質量要求。

（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條件情況，在完成碾壓、整平、壓實處理并將清表土雜物排除后，集中收集覆蓋存放，用于后續邊坡的植生綠化與防護使用；同時，為了保證后續路基施工過程的排水要求，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度滿足規范要求。

（二）煤矸石運輸

煤矸石運輸宜采用機械裝載方式，利用大噸位的貨車運輸，并且在煤矸石運至施工現場過程中需要全程做好覆蓋處理，以防水分蒸發及揚塵造成環境污染。

（三）包邊土攤鋪

天然煤矸石材料質地較為松散，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生自燃或二度風化，以及路基排水、雨水等侵蝕路基對路基穩定性產生不利影響，同時也為了防止煤矸石中的污染物質溶于水中，造成水體和土地污染。因此，在煤矸石路基攤鋪施工前，需要先對路基兩側1m～2m的范圍內進行包邊土施工，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構的整體穩定性。

（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同步水平分層填筑施工，分層攤鋪整平壓實是確保路基施工質量的關鍵，其厚度應根據壓實工具、工藝性試驗等確定松鋪系數、松鋪厚度，一般壓實厚度不超過35cm，分層攤鋪厚度不超過40cm，以保證壓實度要求。按照測量放線劃分的網格布料，并且攤鋪的長度應控制在當天可碾壓完畢的范圍；攤鋪過程中如果發現超粒徑范圍的煤矸石應剔除，待破碎達標后再使用；做好包邊土和煤矸石搭接處細部處理以確保路基就的整體穩定性；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

將煤矸石材料運至施工現場，整體攤鋪整平后，按照最優含水率換算出具體灑水量現場灑水，待鋪筑的煤矸石材料表面呈現出微干狀態后，按照“先低后高”的碾壓順序整平碾壓，以保證路基壓實效率和壓實度。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效果，所以應采用振動壓路機碾壓，并確定適于相應煤矸石路基的壓實機械噸位和碾壓遍數、速度等方案以減小粒間空隙，增大骨料間的密實性。待完成碾壓工序后，立即檢測路基質量壓實度，保證施工質量滿足要求。

（六）質量檢測

公路路基質量檢測階段，除了需要進行一般標高、路拱橫坡、路基路面寬度等常規檢測以外，還要重點檢測路基的壓實度與彎沉。

壓實度檢測。公路路基的填筑質量通常會采用灌砂法和水袋法檢測路基壓實度的方式，但考慮到該方法檢測需要耗費大量時間和精力，所檢測數據的離散性較大，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，因此對于煤矸石材料填筑路基考慮采用沉降量法來檢測評估路基的壓實情況。在利用沉降量法檢測路基壓實度的時候，需要將沉降觀測點建立于鋼板上，并觀測和控制原地面高程和壓實后高程，從而達到檢測路基壓實度的目的。

彎沉檢測。在對煤矸石路基進行彎沉檢測時，可用貝克曼梁法在路基頂面檢測以確定路基的整體強度和穩定性。

三、結語

煤矸石作為一種煤礦產業的工業固體廢棄物，如果處理不當會造成嚴重的資源浪費和經濟浪費，將煤矸石材料用作公路路基填料，能夠有效緩解資源和環境保護的壓力；與此同時，煤矸石材料良好的強度、剛度、透水性、耐凍性等特點，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、裂縫等病害的發生，保證公路質量要求，提升公路服役壽命。