煤矸石在高等级公路路基施工中的应用

祝传魁+陆芳

摘 要： 煤矸石是各种工业废渣中排放量最大、占地最多、污染环境较为严重的固体废弃物，严重影响人们的生活、生产和身心健康。在煤矸石综合利用的途径中，将煤矸石用作路基填料，能够减少筑路征地费用，改善当地环境，具有显著的经济和社会效益。但是目前路基规范中并没有相应的指标和标准规范煤矸石的应用。因此，对高等级公路煤矸石填筑路基施工技术进行研究，具有极大的现实意义。

关键词： 煤矸石；高等级公路；路基施工

我国是一个煤炭生产大国，是一个以煤炭为主要能源的发展中国家，当煤炭在为我国快速增长的经济提供源源不断能源的同时，也制造了相当严重的空气污染和固体污染，煤矸石就是其中一种较为严重的固体污染物。煤矸石是一种与煤层伴生的岩石，在煤炭的开采和洗选加工等过程中被分离出来，成为废弃物。伴随著煤炭的开采，大量的煤矸石由于利用率较低被堆积在矿区周围，形成矸石山。露天堆放的煤矸石占用土地，容易发生自燃产生有害气体，当其受到雨水的淋滤作用，还会释放出重金属元素污染土壤和地表水。另一方面，高等级公路修筑路基需要大量的填充材料，将煤矸石用于修筑路基可以减少矸石山的堆积，节约土地，减轻对环境的污染，降低工程建设的成本，具有良好的经济效益和社会效益。

一、煤矸石材料的性能分析

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。

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。

二、工程概况

本文以某双向四车道一级公路为例进行，本路段设计时速为每小时100km，26m为其路基宽度。在本公路线路终点周围设置煤矸石路基试验段。根据工程建设需求，可在该公路K32+520—K32+720段铺设煤矸石路基试验段，200m为试验段长度。按照施工流程，现场摊铺试验段的主要目的就是对松铺厚度、碾压遍数等参数的准确确定，且以此指导施工。

三、高等级公路路基施工中煤矸石施工工艺

1、施工准备

工程施工前，应保证施工组织管理机构完善，并进行质量保证、安全管理及环境保护体系的建立与健全。工程施工相关人员应及时进场，并向监理单位上报。施工机械进场后，需做好调试工作。本工程机械配置情况如下：1台T160推土机、1台徐工22T振动压路机、18T铁三轮、卡特320挖掘机、JOHANNA-602全站仪等。

2、原土地面处理

按照相关施工规范规定，施工前必须清理干净路基场地，且做好平整工作。要求清理干净原地面植被、杂物、积水等。同时选取机械压实基底，保证其与施工设计要求相符。如路段土质较为干燥，并具有良好水文情况，便于排水，则可直接进行整平碾压施工，当其压实度、平整度满足设计要求后，即可在路基表面选取粘土进行路拱设置，其坡度为3%左右，这样为降雨排水极为有利，能够降低对压实煤矸石路基的影响。如路段土质含水量过多，一般情况下进行翻晒即可，但特殊情况下，需挖除原土，换填煤矸石块处理。

3、施工测量

施工前需复测公路沿线导线点与水准控制点，向施工场地周围引水准标高，且做好埋设工作。随后进行道路中桩恢复，及时将边线控制桩拉出。

4、摊铺

清理及平整场地后，相隔20cm沿线进行控制桩设置，选取的设备为全站仪。横断面高程可选取水准仪进行测定，并将边桩准确定出，进而将煤矸石与包边土施工范围确定出来。顺着路基边缘按照松铺厚度纵向定桩挂线施工，且保证竖直定桩、平顺挂线。按照网格在摊铺施工作业时进行布料施工，根据挂线高度通过推土机摊铺平整煤矸石。

选取水平分层法进行路基填筑，碾压施工前，如煤矸石颗粒粒径在15cm以上可剔出，可破碎，且选取平地机做好整平作业。矸石在碾压环节如形成支点应立即做好处理工作，避免对压实度造成任何影响。如局部大颗粒出现堆积情况，需及时进行细颗粒补充及级配改善，避免出现粗集料窝，导致碾压板结无法成型，此时需选用挖除换填施工方式进行作业。和包边土结合位置，应加大施工质量重视程度，避免出现压实度不符现象。

为确保包边土压实度，需把包边土进行分层施工，根据工程实际情况，可分为2层。第一层施工需根据煤矸石层厚度50%进行摊铺碾压施工，完成碾压施工作业后，需对其压实度进行详细检测；第二层施工需根据网格布料一起施工。于煤矸石填筑速度而言，包边土施工速度影响较大，应选取机械+人工方式进行整形施工。为避免包边土与煤矸石施工后高程出现较大差异，应对两者松铺厚度差值进行综合考虑，与煤矸石松铺系数相比，包边土应大一些，比例为10到15%。

5、碾压施工

松铺厚度合格后才可进行碾压施工，与最佳含水率相比，煤矸石含水率应多出1%到2%左右。要求按照“低—高、慢—快、静压—振压、弱振—强振“原则进行碾压作业。要求前后两台压路机配合施工，相近路段需做好搭接作业，每小时压路机行驶速度需控制在2到4km之间。如大型碾压机械局部无法压实，可选取小型机械或人工方式进行补压。为避免水分蒸发，对压实效果造成严重影响，需做到摊铺与碾压同一天施工。

四、结束语

综上所述，伴随社会经济发展速度的不断提升，煤炭消耗量也逐步增多，大量堆积的煤矸石也给全球各国国家带来了诸多问题。目前，如何解决煤矸石的有效利用问题已经成为重要研究课题。公路工程路基填筑施工中，要求消耗大量土石资源，在路基填充时煤矸石的应用，可降低毁田取土，还能消耗大量煤矸石，减少对土地的堆积占用，是煤矸石再利用的良好路径。伴随我国新一轮交通投资的发展，在高等级公路路基施工充分利用煤矸石应用前景极为广阔。■

参考文献

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