煤矸石填筑高速公路路基效益分析

张文俊，冉德钦，陈 朋，刘广波，王 琳

（山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

引言

近年来，我国高速公路路网建设发展已逐步完善，现今又迎来已建高速公路改扩建工程的建设热潮，路基填筑需要大量的土方资源，建设过程中土源紧张是制约工程建设的一大难题。针对取土问题，将建筑废渣、矿渣、煤矸石及其他工业废渣等用于路基填筑的研究越来越多［1-2］。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、比煤坚硬的岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石［3-4］。

1 工程概况

京沪高速公路莱芜至临沂（鲁苏界）段改扩建工程施工一标段起点位于济南市莱芜区凤城街道马龙崮村东南，京沪高速公路与G22青兰高速和S29京沪高速交叉的莱芜枢纽互通立交，向南经莱芜东枢纽互通立交和钢城互通立交，路线全长30.018 km。主线按双向八车道高速公路技术标准改扩建，设计速度为100 km/h，采用两侧拼宽方式扩建路段的路基宽度为42.0 m，采用单侧分离加宽方式扩建路段新建一幅路基宽度20.75 m，利用既有公路改造一幅路基宽度20.75 m。

莱芜地区传统填料料源短缺，而项目填筑方量较大，见表1。

表1 路基主要工程量

调研发现莱芜地区煤矸石料源充足，且当地煤矸石山对莱芜市容影响较大，矿区煤矸石山堆积严重且已充分燃烧。目前项目共计填筑煤矸石305 500 m3。 经检验，拼宽煤矸石路基施工质量符合《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）和《公路路基施工技术规范》（JTG / T 3610—2019）要求，压实效果良好，新旧路基衔接效果、整体性好，取得了巨大的经济效益和社会效益。

2 经济效益分析

目前，已填筑煤矸石路基体积约为300 000 m3，据此计算使用煤矸石代替素土或3%石灰土每填筑300 000 m3路基经济效益。为简化计算，不考虑土的松方系数，煤矸石松铺厚度稍大于素土，施工成本较素土路基低廉，在此均不计施工成本。

2.1 填筑素土路基成本

根据施工合同，普通素土的单价为26元/m3，运费1.3元/（m3·km），按照10 km运距计算，则路基使用素土填筑所需要的成本为1 170万元。

2.2 填筑3%石灰土路基成本

根据施工合同，3%石灰土的单价为38元/m3，则路基使用3%石灰土填筑所需要的成本为1 530万元。

2.3 填筑煤矸石路基成本

因莱芜地区煤矸石大量堆积，填筑路基所用煤矸石购置费为19元/m3，煤矸石就近取材，运输距离为5 km，运价为1.3元/（m3·km），则路基使用煤矸石填筑所需要成本为1 170万元。

2.4 节约土地增加的收益

项目沿线处在农田保护区内，征地取土困难，采用煤矸石填筑路基将节约大量土地，节约的土地按每亩每年获得收益1 000元计算，按照借土填方挖深4.5 m计算，则采用煤矸石填筑路基每年可增加土地收益10万元。

2.5 节约矸石山的维护费用

为减轻对环境的影响，管理单位需要对矸石山采取注水、灭火、封浆等措施进行处理，据统计，每年用于矸石山的维护费用约0.1元/m3，项目消耗的煤矸石每年可节约矸石山维护费用3万元。

2.6 减少污染增加的农业收益

据相关资料，矸石山会对周围半径1 km内的土壤造成严重污染，如果矸石山按照圆形堆积， 300 000 m3煤矸石约可以堆起一个底面直径为200 m， 高28 m的圆锥体，按照受污染土地每亩减产10%计算，消耗500 000 m3煤矸石每年可挽回农作物减产损失56.5万元。

3 社会效益分析

煤矸石路基具有良好的使用性能，大量推广可以提高煤矸石的使用率，减少煤矸石的堆存；将煤矸石封闭于路基中，可减少有害气体排放，减少煤矸石对周边环境污染，达到绿色施工的效果；国内煤矸石料源丰富，可大量用于路基填筑，减少耕地破坏、土地占用，减少征地矛盾，有利于社会和谐。

4 结语

项目采用煤矸石代替素土填筑300 000 m3路基，工程建设费用可节省405万元，如采用煤矸石代替3%石灰土填筑300 000 m3路基，工程建设费用可节省765元，今后每年也将产生69.5万元的间接经济效益，而且也具有较高的社会效益。