路基填筑施工中煤矸石关键技术研究

鲁银亮+于金岩

摘 要：在人们环境保护意识逐渐增强的今天，如何选取填料选择与加大施工质量控制已经成为确保路基质量的重要内容。煤矸石作为工业废渣的主要组成部分，其产量巨大，在公路建设中以填筑材料的形式得到了广泛地应用。本文以工程实例为背景，对路基填筑煤矸石施工工艺进行了深入探究。

关键词：公路工程；路基填筑；煤矸石

作为我国的重要能源，我国具有极为丰富的煤炭资源，随着开采煤炭量的不断增加，煤矸石作為煤炭开采副产品产量也逐渐增多。根据原煤产量计算煤矸石，其比例为10%到25%之间，也就是说煤矸石每年增加量最少在1到2亿吨。作为我国最大排放量的工业废渣，现阶段煤矸石历年存积量已达到30亿吨以上，其形成的煤矸石可堆放1500多山，其占地面积也应达到10万亩，并呈现出逐年上升的趋势。通过长期风化、淋溶、氧化自燃等物理化学作用露天堆放的煤矸石可造成严重的环境污染情况。为有效治理煤矸石环境问题，可作为建筑材料加以利用，如我国属于采掘矸石的煤矸石占有70%，可广泛应用于土木工程建设。本文主要分析其在公路建设中的应用，其主要作为填充路基、路堤的材料或路面承载材料进行使用。在社会经济高速发展的今天，高速公路建设也加大了工程建设与土地之间的矛盾，作为路基填筑材料将煤矸石进行二次利用，不仅可实现工程建设成本降低的作用，还可实现工程建设的经济效益与社会效益。

1 煤矸石概述

煤矸石系在采煤过程夹杂的碎石块，在筛选过程中被选出来，其中有可燃性碴石和不可燃性碴石。煤矸石约占原煤产量的10%～20%。实际上，煤矸石并非单一的岩石，而是含炭物和岩石的混合物，是一种页质岩。随着堆放时间的延续和煤矸石的自燃等，渣石堆的混合物中有块状、碎粒状和风化的细粒料，主要是红、黄、灰黑等多种颜色。煤矸石材料化学、物理、力学性质如下：

1、化学性质

煤矸石的化学成份随着煤层地质年代的不同而有所波动，但其化学成份主要有SIO2、AI2 O3 、Fe2O3 及少量的CaO、MgO、SO3 。氧化硅和氧化铝含量之和在70%以上。煤矸石填筑高等级公路路堤主要考虑其烧失量、颗粒粘聚力与活性有关的成份。完全燃烧的煤矸石其烧失量约10%以下，没有完全燃烧的煤矸石烧失量稍大，应慎重考虑选用。

2、物理性质

煤矸石经过粉碎，通过0.5毫米的筛，按照土的液限、塑限试验法进行可塑性界限试验，塑性指数较低，属低塑性材料。由于煤矸石的毛体积密度较小，以致最大干密度接近或超过土的最大干密度。同时，煤矸石的渗透性能压缩系数及毛细水高度等路用指标均优于土的路用性能。

3、力学性质

经过对煤矸石的反复试验，煤矸石的CBR值与饱水的回弹模量均高于土的相应指标。而非饱水的土的回弹模量又高于煤矸石的相应标，这表明煤矸石的水稳定性较好。煤矸石的抗冻性能在山东省内可不予以考虑。同时煤矸石的摩擦角与压缩性指标均优于土的相应指标。但其粘结力低于土的指标。

通过对煤矸石的化学、物理、力学和水理性质的试验和对填筑高等级公路路堤的应用技术分析，证明自燃的煤矸石填筑高等级公路路堤的各项路用指标均能满足设计要求，而煤矸石的容重较小，相对含水量较低，受季节施工影响较小，便于装运和压实，又可缩短工期。

2 工程实例

某高速公路工程为我省“五纵、四横、四通道”干线公路网规划中的一横。其设计标准为双向四车道，28米为其路基总宽度，总长度为10.2千米。路基填方施工中可选取煤矸石作为部分路段填筑材料，并进行粘土包边。因该路段煤矸石具有较大的天然含水量，通常在20%到30%之间，为确保其符合含水量最佳值，一般选取两种方式进行施工，第一，摊开晾晒；第二，将相应外掺剂添加到煤矸石内，摊开晾晒。一般选取的外掺剂为生石灰粉，其能将煤矸石内过多水分吸收，还能够在化学作用下，和煤矸石内细料胶结，进而对煤矸石的稳定性与强度进行有效提升。

3 路基填筑施工中煤矸石施工工艺

1、施工测量

测量器具与设备是公路工程施工测量的主要机械设备，根据设计规定在实地进行道路具体标定，为公路路基施工作业提供便利。恢复中线测量、测设施工控制桩、测设路基边桩及边坡等都是路基施工测量的主要任务，完成测量放线工作后，应对路基施工人员进行技术交底。

2、路基地面处理

根据JTG F80—2004相关规定检测煤矸石施工前的路基，要求清理、平整与压实原路面，以此对路面压实度、弯沉、中线偏位、纵断高程、平整度等进行确定。原地面地质、水文信息调查应在煤矸石路基施工前进行，在干燥、排水状况良好的路段，原路面平整碾压施工需在进料前进行。完成验收工作后，应进行下封层填筑，其选取材料为粘土（25到30厘米厚度），与原地面相比，应高出一些，3%为其路拱横坡，以此为雨水排除提供便利。

3、存储与运输

选择填料时，要求煤矸石路基填料具有较长存储时间，如煤矸石经物理、化学作用具有较大块状，必须选取行之有效的措施进行处理。一般可通过人工或机械加工方式，以此确保材料级配粒径与路基填筑设计规定相符。在堆料场内适当调节其含水量，尽可能降低现场洒水工作量，在摊铺过干煤矸石前2到3天，可通过洒水进行料场闷料作业。通过机械运输煤矸石，一般选取大吨位自卸车辆。

4、拌和与摊铺

在煤矸石堆旁利用装载机对煤矸石填料集中拌和，均匀搅拌后在向施工现场进行运送。一般选取水平分层填筑法进行施工，也就是根据横断面全宽依次向上水平分层填筑。以可避免摊铺时出现人为离析现象。煤矸石粒径在20厘米以上时，如在碾压施工前及时检出或破碎，并通过机械、人工等对碾压时出现的支点矸石块进行整平处理，以此保证碾压施工质量。如煤矸石需进行石灰稳定，可根据煤矸石天然含水量在拌和过程中对石灰消解程度进行确定，如无法完全消解，需进行24小时闷料，以此确保多余水分能够被石灰完全吸收，并达到防止生石灰块在碾压后出现吸水膨胀等问题。

5、包边土施工

填筑到一定高度后，可选取黏土对路床进行封顶，并在路基2侧加做包坡护肩土，以此避免路基内部渗入雨水、地表水及降低有害物质污染环境。通过包边土施工，对高速公路边坡植树种草养护十分有利。一般包边土塑性指数需控制在15以上，如包边土选取细粒土为材料，可采用低液限粘土、低液限粉土，其土液限可控制在40%以下，为防止坡面冲刷等问题，要求粗粒在细粒土内含量不超过35%。包边施工后，边坡内极易嵌入片石、水泥混凝土预制块等材料。为便于植被生存，要求1米为包边最低宽度，通常控制在1到1.8米的范围。选用分层填筑的方式进行包坡护肩施工方式，在煤矸石填筑前，先进行包坡护肩土填筑，再进行预压作业，要求其高于煤矸石5到8厘米之间，随后和同层煤矸石填料统一压实，以此对路基结构整体性能进行有效增强。

4 结束语

综上所述，煤矸石作为高速公路工程路基填筑施工的重要材料之一，其施工技术水平的高低将直接影响到工程的整体质量，为此，施工单位必须重视设计参数的选择，规范施工工艺，只有这样才能推动交通工程的快速发展，才能为国民经济增长提供可靠保障。

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