高速公路煤矸石路基施工技术综述

高速公路煤矸石路基施工技术综述

2013年2期西南公路xINANGONGLU高速公路煤矸石路基施工技术综述刘湘元孙锴宋淮杜勇立杨果林(1．中建五局土木工程有限公司长沙410000，2．中南大学土木工程学院长沙410075，3．湖南省交通规划勘察设计院长沙410008)【摘要】随着我国高速公路的飞速发展，煤矸石作为路基填料已广泛运用，这不仅解决了填筑路基所需要的土料，而且“变废为宝”。从填料选择、路基地面处理、铺筑试验段、煤矸石储运、包边土施工以及施工程序、质量控制等方面，提出了煤矸石路基的施工技术方法。【关键词】煤矸石；路基施工；综述【中图分类号】U414【文献标识码】A煤矸石是在成煤过程中与煤伴生的一种含炭量土困难，又能大量消耗积存的煤矸石。1998年修建低、相对比较坚硬的黑色岩石，是在开采和洗涤过的鹤伊(鹤岗至伊春)高速公路，其K0+000～程中被分离出来的一种废弃物。具有含炭量低、灰K13+650路段就采用鹤岗煤矿丰富的煤矸石作为路分高的特点，由于煤矸石中含有大量有害元素，在基填料。该工程已投入营运多年，各项路用性能指污染大气环境的同时，也对人的身体健康产生不利标均满足要求。平项山至临汝高速公路的NO．4合影响。煤矸石受雨水冲刷又会淤积河流、污染水同起迄桩号为K18+000～K28+200，全长10．2km，路源。煤矸石堆滑坡事故会造成人员伤亡事故，因此基填方2150274m全部用煤矸石填筑，粘土包边。该煤矸石的处理和利用问题就成了一个重要课题，而标段2003年12月开工，2005年7月完工，使用状况至修筑高速公路采用煤矸石填筑路基不失为解决上述今良好。问题的一个好方法。本文就结合有关研究工作探讨本文依托的实体工程一一二广高速公路安邵高速公路煤矸石路基的施工技术与工程应用。(安化一邵阳)段部分路段也是采用煤矸石填筑路1工程应用基，相比于鹤伊高速和临汝高速分布在北方不同，这些路段位于湖南涟源境内，该地区的煤矿含炭量纵观世界各国的发展现状与趋势，目前在煤矸低，在二十世纪八九十年代产煤高峰期过后，堆弃石综合利用方面，煤矸石作为公路路基填料应用十的煤矸石成为污染废物，结合线路需求，在通过大分广泛。煤矸石作为路基填料最早始于20世纪60年量现场和文献凋研后，通过室内试验、现场试验和代后期，美国利用“红矸石”(燃烧过的煤矸石FLAG数值分析验证可以使用此处的煤矸石填料作为渣)作为筑路材料，是目前煤矸石用量最大的一种路基。设定在K127+660，K127+720青铺段两个典型途径。法国有关人员经研究发现，煤矸石是很好的剖面进行试验段研究，通过埋设土压力盒、柔性位建筑充填材料，很容易分层铺成3O～40cm厚的路移计和水平应变计等相关元器件监测试验段的相关基，易于压实，干密度可达1．81g／cm，使路基具有系数。经过前期的一些调研工作，总结出一套切实良好的不透水性。法国北部公路网、德国鲁尔地区可行的施工方案与技术。公路网和英国利物浦干线公路等都有煤矸石作为路2施工准备基填料的相关工程⋯。我国从20世纪90年代起开展了煤矸石路基填料2．1填料选择研究工作，随着我国高速公路的大规模兴建，煤矸煤矸石路基工程一般选取的煤矸石填料分布在石的利用对于煤矸石地区既能解决高速公路征地取施工路段附近，由于分布地域不同，煤矸石种类和rJn西南公路特性也不一样。煤矸石填筑路基首先必须对所用煤进行现场压实度评定。选择有代表性的路段作为煤矸石进行有机质含量和烧失量的测试分析，只有有矸石填筑试验段，分别选用两种不同的机械组合和机质含量小于10％和烧失量小于20％的煤矸石才能用松铺系数进行施工，总结经验，通过比选从而选择于路基填筑。凡是烧失量大于20％的煤矸石不得用最佳方案指导煤矸石路基施工。于路基填筑。为指导施工，还要在试验段施工前进2．4煤矸石的储运行击实试验(重型标准击实)、含水量试验、液塑限路基填料应尽量选用堆放时间较长，且经过强联合测定试验等，试验方法和土工试验方法相同。物理风化和化学风化的煤矸石，大块不宜过多(小2．2路基地面处理于60mm为宜)。如大块太多，必要时要采取措施，按照《公路T程质量检验评定标准》(JTG利用机械加工成小块，达到填筑路堤合理的级配粒F80—2004)对煤矸石施工前的路基进行检测，原径，确保煤矸石碾压后的密实度。地面要做到清理、整平、压实。煤矸石路基施lT二前煤矸石含水量调节宜在堆料场中进行，尽量减应对原地面的地质水文情况进行调查，并针对不同少现场洒水工作量，过干的煤矸石应在摊铺前2～3d的情况进行处理。在料场中洒水闷料，将含水量调节到最佳含水范围(1)干燥地段：对于一般干燥和处于排水良好内。煤矸石运输尽量利用机械装车，大吨位白卸汽的地段，在煤矸石进料之前，对原地面进行整平碾车拉运。为防止运输途中的扬尘污染，必要时采取压。使之达到相关规范要求的压实度和平整度。验防护措施。收合格后，用粘性土填筑成3％的土质路拱，以便施2．5包边土施工丁过程中能及时排除雨水或地表水，为填筑路基煤填筑煤矸石前首先将原地面进行清理、整平、矸石提供条件。压实，达到规范要求的压实度。路床采用30cm厚5％(2)潮湿地段：若原地表清理后，土壤含水量的石灰土封顶和在路堤两侧加做包坡护肩土，其主大，直接碾压或翻晒后含水量仍很大，无法压实，要作用是防止雨水和地表水浸入路堤内部，防止煤出现大面积弹簧翻浆现象的，可取用较大块的煤矸矸石中残留煤粉与空气、水发生反应后生威的二氧石进行处理。具体处理如下：化碳等有害物质对环境的污染。其次是有利于植树在清理后的原地面虚铺一层厚度为30cm左右，种草养护边坡及消除黑灰色对人视觉的污染，包边粒径在10～12cm左右大块矸石，然后用羊足碾碾压土的塑性指数以不小于12为宜，填筑宽度应符合施或大吨位振动压路机碾压4～5遍。目测是否稳定，工图设计要求。包坡护肩土也采取分层填筑，一般在填筑煤矸若不稳定采用同样方法铺筑第二层矸石。一般情况石前，先填包坡护肩土，并进行预压，使其较同层下，两层30cm左右大块矸石基本能使基底达到稳定煤矸石高出5～8cm，然后再与该层煤矸石填料同步状态。压实，以增加结构整体性。包坡护肩土与煤矸石接采用红色煤矸石(燃烧过的煤矸石渣)。该煤触面不得有大块矸石，以保证接触面密实，避免空矸石吸水性强，把潮湿路段犁开后加人红煤矸石，然后进行碾压。若施工段附近没有此类煤矸石，也洞和凹槽等现象。如在雨季施工，两侧的包坡护肩可以采用其他多孔吸水材料或处理方式。土应及时设置盲沟。盲沟的尺寸为30cmx30cm贯通若局部基地软湿层较厚(4cm以上)时，则需包边土，材料可用砂或粒径5～20mm的煤矸石予以将软湿土壤挖除换填粒径较大的矸石。夯实，以利排水。盲沟间距一般为20～30m设一2I3铺筑试验路段道，在路堤两侧互相错开设置。为了更好地以数据指导施丁，保证路基的强3施工技术度、稳定性，需要对路基沿线经济运距范围内的煤矸石进行筛分试验、烧失量试验和按重型击实标准煤矸石堆中，粗大颗粒占比例大，细料含量较进行击实实验，然后埋设相关应力、应变元器件测少，所以煤矸石路基的施工类似于填石路基的施试有关数据，并分段铺筑试验路段(100m～200m)，工。铺筑煤矸石前，严格按照技术要求先试验后施304n刘湘元，孙锴，宋淮，杜勇立，杨果林：高速公路煤矸石路基施工技术综述工的原则，否则极易造成路基病害，其施工技术包含M=L×B×HxA×0．0_i·施工程序、质量控制。路基填筑前应选取100～200m式中：作煤矸石路基填筑试验段，以检验压路机碾压遍数一所需加水量(kg)；等施工机械组合；检验施工方法和检测效果；获取三一路段长度(m)；煤矸石的分层松铺系数以及能达到有效压实的压实B一路段宽度(m)；厚度等。3．1施工程序一煤矸石松铺宽度(m)；煤矸石路基施工程序主要包括：填前处理、路一煤矸石松铺容重(kg／m)；肩土填筑、摊铺、初平、洒水、压实和封顶修整。CO一为煤矸石的天然含水量(％)；(1)填前处理。原地面应先进行坡脚放线，再f,O一为煤矸石的压实最佳含水量(％)。按设计分段开挖并堆置路基两侧。基坑边坡为1：1，(5)压实路基。洒水闷料和适度晾料后，煤矸坑底应进行碾压，压实度应达~190％。处理合格后，石达到击实最佳含水量时，可采用压路机不开振动按设计横坡施工土质路拱，最小厚度不低于100mm，稳压1～2遍，人T挂线指挥平地机按照设计纵坡和压实并达到规定的压实度。沿护坡道外侧开挖临时设计横坡找平、整型。压实的原则是：“先动后排水边沟。填筑煤矸石路基采用开挖埋置式填筑，静，先轻后重，先慢后快，先边后中。”即先开挖路基坡脚范同的土方，挖深不小于2m，堆(6)压实成型。煤矸石路基的压实应自路肩土至路基两侧，再填煤矸石并层层压实。开始从两侧向中间排压，以保证路肩土与煤矸石结(2)路肩土填筑。在铺筑煤矸石前，先沿路基合紧密，达到整体路基碾压效果。碾压严格执行试两边坡脚线内利用开挖路基土方填筑路肩土，路肩土验路段确定的工艺。压实路线应纵向相互平行，反底宽1．5m，厚0．5m，其宽度应保证削坡后在0．8～复进行碾压；相邻行之间重叠0．2～0．3m，前后邻区1．0m范同，以防止削坡后露出煤矸石和用于后期重叠1．0～1．5m。边坡绿化种植。采用机械上土，人工配合装载机压实厚度：采用分层填筑，每层最大压实厚度填筑并修整路肩土，牵引式小型振动压路机初步为25～30cm。稳压或人工初步夯实，待铺筑每层煤矸石后同步压压实机具：选用的压实机具有CA25振动压路实成型。机、18～20t钢轮压路机。(3)摊铺、初平。煤矸石应按照每层计划用量碾压速度：压路机的行走速度按常规为2～4均匀地梅花状成堆卸车，大型推土机顺序推开并摊km／h。铺、初平、稳压，对局部凸凹不平处，推土机应作压实遍数：没有明确规定，一般是振动4遍，静重复处理，人工配合推土机以小矸石块或细屑找平碾6遍，经检测后以达到规定的压实度为标准。并填实缝隙。人工拣除摊料中可能掺杂的煤块、木(7)封顶层施工与边坡修整。路基封顶采用素头和粒径超标的矸石。摊铺厚度应根据采用的机械土填筑，厚度为150～250mm，严格控制施工纵断面组合通过试验段确定，一般不应大于0．4m。然后采高程、路床平整度、横坡和压实度。路基边坡土应用强振动压路机辗压；对粒径大、细料少、炭质含按设计要求白上而下人工配合机械刷坡，不得超刷。量高的煤矸石，用砂土进行分层填缝，找平隔断，3．2质量控制达到路基的密实，防止万一发生的自燃。(1)煤矸石路基经分层压实后，不允许出现脱(4)洒水闷料。取样实测煤矸石含水量，计算皮、轮迹、浮土、松散、颤动、翻浆、弹簧等现一个路段的加水量。先使煤矸石含水量达到最佳含象，表面应平整密实；排水良好，不应有低洼存水水量的60％，洒水车均匀洒水闷料，待水分润湿煤和浮石、粗细料集中(梅花、砂窝)等现象。路基矸石后再洒水到最佳含水量，适度晾料数小时，待边坡必须平整、坚实、稳定，严禁贴坡。削坡后路水分自然渗入松铺的煤矸石路基中，以表面不存肩土的宽度应不小于设计规定，用尺量，每100m每水、无翻浆为宜。其经验加水量为”：侧不少于4处。rJn西南公路(2)在煤矸石路基施工中，应严格控制施工质翻松晾晒、掺灰处理等。量，分层填筑，分层压实，分层跟踪检测，压实度(2)受雨季影响小，雨停即可施工，即使运料要求符合规范要求后，方可填筑上一层。车辆在路基存水路段行驶，也不会出现泥泞和翻浆(3)煤矸石填筑路基可以在开雨季施工，但要现象。作好排水防护，设置好横坡、纵坡，保证路基不积(3)分层填筑厚度可放宽至30～50cm，不仅水，避免不良天气给路基造成不必要的质量隐患，节省了工序，而且也节省了人工及机械，从而降低当遇到含水量较大时，要做好排水处理。了施_丁费用。(4)煤矸石作为路基填料应分层填筑，每层松(4)因其抗冻性及水稳性好，即使在低洼潮湿铺厚度一般取350mm～400mm为宜，最大松铺厚度地段，也不需用其他透水性材料，而只需利用煤矸不宜大于450ram。石对其进行适当处理就能有效稳定地基。(5)煤矸石作为路基填料，在压实过程中建议(5)沉降量、弯沉值较小，有利于路基的整体采用“静压+振压+静压”的碾压组合方式进行路基稳定，容易满足路基的工程质量要求。压实。参考文献(6)每层松铺厚度为400mm左右时，碾压过程[1]申文胜，王朝辉．高速公路煤矸石填筑路基路用性能控制[M】．北京：人民交通出版社，2011．中，若采用18t振动式压路机，依据“合淮阜高速煤【2]石磊．煤矸石在高速公路路基施1中的运用及质量控制『J]．科技风，2010，矸石研究”。可在静压后，振动碾压遍数不小于5遍fl61：110的碾压方式：蚌淮高速煤矸石路基试验段，建议具[3]陈彦超．煤矸石在平临高速公路路基填料的应用【JJl科技资讯，2007，(3O)：36—37体碾压遍数根据路基填筑高度和分层松铺厚度以及[4】蔺清君．煤矸石填筑路基施工技术[J1．河南科技，2007，(11)：28-29．碾压机械而定。『5]JTJF80il2004．公路工程质量检验评定标准【s】[6]唐建忠，宋磊，段峰．煤矸石在京福高速公路(枣庄段)施工中的应用[J]．山东(7)煤矸石作为路基填料，在振动碾压过后，交通科技，2003，(2)：26—27必须采用静压收光处理。[7】JTJF10—2006．公路路基施工技术规范【S】[8]植春妮煤矸石填筑高速公路路堤的施工技术探讨川科教信息，2叭lI(9)．350(8)煤矸石作为路基填料，在压实过程中，不[9]李洪亮煤矸石在高速公路路基填筑中的应用分析【川_交通标准化，2011，建议采用冲击式压路机进行路基碾压处理。(8)：243[10】于玲同宇，包龙生，王美英．营口地区煤矸石应用于道路底基层配合比及4煤矸石填筑路基的优点路册胜能试验fJ]_沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2009，25(5)：930—934[11]付国华刑用煤矸石填筑路基在刑汾高速公路上的应用[JJl交通世界(建由于煤矸石具有本身的独特性质，在路基填筑养机械)，201l，(9)：122—124．[12]张维．煤矸石填筑高速公路路堤施工方法[J]广西轻T．~2011,27(3)：24-25．中具有如下优点：[13]王中仓，王福平．浅谈煤矸石路基施工【JJl中国科技博览，2009，(8)(1)与土质路基相比，具有成型快，对含水量[14】李莲秀，吴盛伟．煤矸石在高速公路路基中的应用路基t程，2009，(4)：指标要求不高的特点，避免了土质路基可能发生的187-1RR(上接第292页)闭等方法有效隔绝石煤的供氧条件，从而达到灭火和防止自燃再次发生的目的。6结论参考文献在高速公路路基填筑中，应尽量避免石煤混入[11孙宗贤．煤自燃过程与临界着火条件的模拟研究【D]大连理丁大学硕f学位论文，2010．路基填料中。当发生石煤自燃时，首先可通过路[2]鲜学福，王宏图，姜德义等我国煤矿矿井防灭火技术研究综述[J】_中罔T面、路堤边坡、钻孔和邻近结构物侧壁温度测量等程科学，20013(12)：1-5方法，确定石煤自燃范围；然后通过注浆、黏土封306