某高速公路煤矸石路堤施工技術(shù)

XX高速公路煤矸石路堤施工技術(shù)內(nèi)容提要：介紹XX高速公路XX段用煤矸石作路堤填料，路堤結(jié)構(gòu)增設(shè)護(hù)肩土，大型機(jī)械施工與檢測方法，施工安全和環(huán)保措施工程概況煤矸石是煤炭生產(chǎn)過程中昭然若剔出的礦業(yè)廢料，由于其所含成分復(fù)雜，以往都是棄之不用，或者在礦區(qū)附近用其填筑簡易的鄉(xiāng)村和礦區(qū)道路，但用煤矸石作高等級公路公路填料尚無先例。XX年8月，XX工程局XX處中標(biāo)位于XX省XX市境內(nèi)的XX高速公路XX合同段，全長14.5km(施工里程為K103+500~K118+000)，全段共有路堤填方103萬M3。XX是個百年礦區(qū)，堆積著大量煤矸石，業(yè)主為了減少取土用地，緩解修路與農(nóng)業(yè)爭地的矛盾；經(jīng)可行性研究后，分別采用了山家林與陶莊兩個礦區(qū)的煤矸石作路堤填料。在施工中針對該填料的特性，采用不同的施工方法和工藝措施，確保了施工質(zhì)量。全段路堤從開工到XX年底竣工，經(jīng)K30承載板和基床彎沉檢測，各項指針均符合設(shè)計要求，路堤整體穩(wěn)定、無開裂和邊坡坍塌現(xiàn)象，驗收總評為優(yōu)良。XX年10月瀝青混凝土路面也按期竣工。在工程實踐中，通過探索，還應(yīng)用矸石塊處理軟弱地基，用紅色煤礦矸石替代二灰（石灰、粉煤灰）土回填橋涵臺背，取得很好的效果。在施工安全及環(huán)保措施上也取得較豐富的經(jīng)驗。受到當(dāng)?shù)卣腿嗣袢罕姎g迎，現(xiàn)將施工情況作以介紹。煤矸石的特性煤矸石是與煤層伴生的礦物質(zhì)，實際上是一種含炭物與巖石的混合物，它主要由易風(fēng)化的炭質(zhì)葉巖、泥質(zhì)葉巖、砂質(zhì)葉巖等軟質(zhì)巖所組成，其次含有少量的石英、云母等硬質(zhì)巖。經(jīng)試驗，它的壓碎值達(dá)30%以上，灰粉也超過40%。煤矸石折化學(xué)成分主要有二氧化硅、氧化鋁和氟化鐵，其次是氧化鈣、氧化鎂和硫化物等。其含量的多少是隨著煤冉地質(zhì)年代不同和采掘后堆存時間長短而變動，其燒失量和顏色也有所改變。一般情況下，同一礦區(qū)的煤矸石采掘量隨著堆存時間的延長，其燒失量值會逐漸小，顏色也由最初的黑色或黑灰色逐漸變成灰色、黃色和紅色。這些現(xiàn)象說明煤礦石堆存時間越長，其物理化學(xué)反應(yīng)越徹底，力學(xué)性質(zhì)越穩(wěn)定，越有利于用作路堤填料。由于煤矸石礦物成份多，化學(xué)成份復(fù)雜，風(fēng)化作用又大，而且大多數(shù)煤矸石的物理化學(xué)反應(yīng)尚未完全結(jié)束，若不加選擇地將其填筑到路堤上，極容易造成路堤不穩(wěn)定，其次是煤矸石在運(yùn)輸及施工過程中粉塵對環(huán)境造成污染，因此，在路堤結(jié)構(gòu)上需采取特殊設(shè)計，在施工方法上從選料到攤鋪碾壓，也需采取相應(yīng)的措施。主要工程措施路堤的結(jié)構(gòu)形式煤矸石路堤的基本結(jié)構(gòu)形式如圖（1）所示，圖中的路堤邊坡視填筑高度分別采取1:1.5和1:175兩種。選料原則社會因素。做到符合環(huán)保要求，有關(guān)法律允許，當(dāng)?shù)卣腿罕娬J(rèn)可。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，一是要儲量豐富滿足要求，二是購買單價低廉或免費(fèi)供給，三是裝運(yùn)便捷、運(yùn)距合理。技術(shù)指標(biāo)。這是確定填料是否能用的關(guān)鍵，表（1）為上述兩礦區(qū)為上述兩礦區(qū)煤矸石的主要物理性質(zhì)指標(biāo)，選用時以燒失量小于12%，料徑不大于15cm，存儲40年以上為首選。不同顏色的煤矸石物質(zhì)指標(biāo)及選用條件表（1）顏色物理指標(biāo)紅色黃色灰色灰黑（褐）色儲存時間40年以上40年以上40年左右30—40年燒失量3-54-86-1011-13最大干密度（gg/cm33）1.95-1..981.95-1..981.96-1..991.96-2..05最佳含水量（%%）13-1712-1612-1510-15施工灑水量（％％）17-2616-2315-201515-200級配狀況良好良好合格基本合格選用條件優(yōu)先優(yōu)先可用慎用主要礦區(qū)山家林山家林陶莊陶莊平均運(yùn)距（kmm）17171916煤矸石路堤的填筑施工施工工藝煤矸石路堤的填筑施工宜采用大重型設(shè)備，從挖、裝、運(yùn)、平、碾實行一條龍機(jī)械化作業(yè)，以確保施工速度和質(zhì)量。其填筑工藝同樣可采用“四區(qū)段，八流程”（即填土區(qū)、平整區(qū)、碾壓區(qū)、檢驗區(qū)、施工準(zhǔn)備、基底處理、分層填筑、攤鋪整平、灑水或晾曬、碾壓夯實、檢驗簽證、路基整修）標(biāo)準(zhǔn)化流水作業(yè)的程序，其總體工序和每填筑層的施工工序見圖（2）。地基處理測量放樣試驗段選定料源施工準(zhǔn)備地基處理測量放樣試驗段選定料源施工準(zhǔn)備檢測壓實灑水?dāng)備佌缴厦喉肥盍习呁翙z測壓實灑水?dāng)備佌缴厦喉肥盍习呁梁细襁M(jìn)行下層施工合格包邊土路基及邊坡邊坡整修包邊土路基及邊坡邊坡整修施工要點及注意事項3.3.2.1試驗路段試驗路段的長度及所需要測定的各項施工參數(shù)與一般路基相同，但要注意的是每當(dāng)煤矸石的各項物理性質(zhì)指針改變時，都應(yīng)重新做一段試驗路。3.3.2.2地基處理一般原地面需做填前碾壓，但當(dāng)原地面土壤的含水量界于24%~30%時，如果直接碾壓會出現(xiàn)不同程度的“彈簧”翻漿現(xiàn)象。此時處理的方法：一是采用煤矸石山坡角的大塊矸石（粒徑10~15cm）在原地面鋪30cm厚一層，用羊足碾碾壓3~4遍，然后目測是否穩(wěn)定，若不穩(wěn)定，可用同樣的方法加鋪1~2層，直達(dá)到地基穩(wěn)定為止；二是采用耕犁把原地面犁開，加入燒失量低、吸水性強(qiáng)的紅色煤矸石后再碾壓；三是若局部軟濕層深度超過40cm以上時，則將軟濕土挖除，換填大粒徑矸石后再碾壓。3.3.2.3填筑包坡護(hù)肩土煤矸石屬污染性填料，因此在路堤填筑中，除路床用上好的紅色矸色填料外，還必須在路堤兩側(cè)加做包坡護(hù)肩土。其主要作用是阻止雨水和地表水浸入路堤內(nèi)部，有利于植樹種草養(yǎng)護(hù)邊坡及消除黑灰色對人視覺的污染。包坡護(hù)肩土也應(yīng)采取分層填筑，即在填筑煤矸石前，先填包坡護(hù)肩土，并進(jìn)行預(yù)壓，使其校同層煤矸石高出5---8cm，然后再與該層煤矸石填料同步壓實，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。包坡護(hù)肩土與煤矸石接觸面不得有大塊矸石，以保證接觸面密實，避免孔洞和凹槽等現(xiàn)象，其每填層的內(nèi)側(cè)坡度控制在1：0.75左右，成型寬度要保證削坡后0.8-1.0m,見圖(1).雨季施工時,兩側(cè)的包坡護(hù)肩土應(yīng)及時設(shè)置盲溝,盲溝的斷面尺寸為20*20*150cm,材料可用砂或粒徑5-20cm的煤矸石預(yù)以夯實,以利排水.盲溝間距一般為20-30m,在路堤兩側(cè)互相錯開設(shè)置.3.3.2.4上料攤平及灑水壓實煤矸石每層虛鋪厚度以不大于20cm的煤矸石塊應(yīng)予及時剔除、煤矸石保水性弱，攤鋪后水分蒸發(fā)快，加之本身吸水，所以攤鋪碾壓的施工灑水量要比重型擊實試驗的最佳含水量增加近1倍，具體做法是，每層攤鋪碾壓前先對煤矸石實際含水量進(jìn)行檢測，然后按施工最佳含水量（一般17-30%）的60%，用灑水車噴灑到已鋪好的煤矸石層上，待水份潤濕煤矸石后再補(bǔ)灑到施工最佳含水量，爾后再用30以上振動壓路機(jī)碾壓。注意每層施工的間隔時間盡可能長些，以使煤矸石水化反應(yīng)徹底。碾壓時，第一遍靜壓，然后按照“先弱后強(qiáng)，先慢后快”的原則，振碾3-4遍，再靜壓2-3遍，直至使壓實后的路基表面無明顯輪跡現(xiàn)象，碾壓由路基兩側(cè)向中間進(jìn)行，軌跡重疊1/3輪寬為宜，每層壓實后要保持良好的平整度和橫坡度。路基的橫坡最初幾層應(yīng)按設(shè)計稍大些，以利排水。3．3．2．5路床填筑路床部分的填筑，為減少使用普通粘土封頂，我們直接采用燒失量低于8%的紅色煤矸石填筑，并對其粒徑進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般下路床（路基頂面深30-80cm）粒徑不大于8cm，上路床（路基頂面深0-30cm部分）粒徑不大于4cm，且級配良好。填筑時其上一層的填料含水量應(yīng)與下層矸石含水量接近，同時注意分層整平，以防止路床封閉不嚴(yán)，影響將來路面底基層的質(zhì)量。3．3．2．6橋涵臺背的填筑橋臺后背及涵洞兩側(cè)，原設(shè)計使用二灰（石灰、粉煤灰）土回填，經(jīng)試驗，選用與路床部分相同的紅色填密實，同樣達(dá)到了二灰土回填的效果。3．3．2．7路基面及邊坡整修路堤成型后要注意及時整修，使頂面路拱平順。邊坡清刷包坡護(hù)肩土?xí)r用坡度尺控制，并做到隨刷隨用夯板夯實坡面，以利于排水，以利于排水，減少沖溝現(xiàn)象。3．4施工組織3．4．1機(jī)具設(shè)備每一個挖裝作業(yè)面和攤平碾壓施工段所需主要機(jī)具設(shè)備見表（2）。序號設(shè)備名稱規(guī)格型號能力數(shù)量用途1挖掘機(jī)R942.CAAD32552.0m31-2挖裝煤矸石2裝載機(jī)966D3.3m32-3裝料3自卸車紅巖KS326015T10-20運(yùn)料4推土機(jī)征山T220162KW2-3粗平5平地機(jī)PY160B鏟刀寬3.0mm1-2精平、整形6壓路機(jī)CA25D29t2-3碾壓7羊足碾YZT16K40t1-2碾壓8沖擊夯HCD762.2KW2-3臺背夯實9灑水車東風(fēng)EQ1415t2路基灑水10QN140SQN140S5t1加油3．4．2勞力組織施工時除各車輛和機(jī)械按需配足駕駛員外，一般還需維修人員2-3名，測量工2-3人，試驗工1-2人，安全人員1-2人，指揮調(diào)度1人，技術(shù)員1人，其它勤雜工3-5人。4主要檢測方法及質(zhì)量控制措施4．1檢測方法由于煤矸石各層用料不一致，對其密實度的檢測，一般對路床部分的細(xì)料采用灌沙法或核子密度儀法。使用核子密度儀法檢測時，應(yīng)與灌沙法進(jìn)行對比，對比不少于40個點數(shù)。路床以下的粗料則采用目測壓路機(jī)輪跡的“工藝法”，先達(dá)到實驗路段所確定的同類振動壓路機(jī)所需的壓實遍數(shù)后，再看路基壓實層是否還有輪跡和松散現(xiàn)象，若無此現(xiàn)象即為密實。路基整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢測，使用彎沉儀和K30承載板進(jìn)行測定。試驗資料見表（3），表（4）。路基回彈模量試驗資料表表（３）路線：XX高速公路界張段路面結(jié)構(gòu)：陶莊礦煤矸石路基測定層位：９３區(qū)測車型號：黃河—１５０承載板直徑（cm）：30測定日期：晴序號樁號總影響量A(0.01mm))回彈模量E（MPa）序號樁號總影響量A(0.01mm))回彈模量E（MPa）1K103+5440左538.546K103+5440左452.212K103+5440右643.257K103+5440左460.153K103+5660左541.328K103+5440左556.454K103+5660右550.939K103+5440左542.205K103+5990左547.2110K103+5440左456.63落錘式彎沉儀檢測記錄表測定層位：95區(qū)表（４）樁號樁號６５２１５８８１２２０１．５８５２４５８１２４５１４７．５６５３５９８６４２８５３５７８８６００５２８４４８２８２０７．７０５２５６１８３７２６１．１０５３７８２６２４０５３４４５６０１４５１９１９９３９１９５．０２５２６８４６３８２７７．５４５３０６１６５９２５３６８５４８２６５２３１３１０６０１６９４５２１８０１０７５１６９．５６５３２５６７５７４５３２９１７５５4．2質(zhì)量控制措施4．2．1本合同段執(zhí)行的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ033-95）（2）《公路路基質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ031-98）（3）《公路工程路基路面現(xiàn)場測試驗規(guī)程》（JTJ059-95）（4）《公路路基質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ031-98）（5）《煤矸石路基施工規(guī)范》（業(yè)主、總監(jiān)代表處編）4.2.2施工控制4.2.2.1路基壓料標(biāo)準(zhǔn)及隨機(jī)檢測頻率見表（5）距路基頂深度（ｃｃｍ）壓實度（重型）（％％）備注０－８０９５測點：每層３處處每處不少少于３個（每每100kkm長度內(nèi)內(nèi)）８０－１５０９３１５０以下９０4.2.2.1雨季對紅色煤矸石影響小，對灰色煤矸石影響大，注意安排好不同季節(jié)施工用料。4.2.2.3當(dāng)溫度低于0℃時，煤矸石路基施工必須采取相應(yīng)的防凍措施，壓實工作應(yīng)在白天氣溫較高時完成。4.2.2.4灰色煤矸石含水量過大時，不能直接碾壓，需用耕犁翻曬到最佳含水量時碾壓。4.2.2.5對局部夾帶有塑料袋等生活垃圾的填料,要在裝運(yùn)和卸料攤鋪時派人清除干凈,嚴(yán)重的要在攤鋪后用犁往返翻耕,安排專人撿凈,以免影響路基壓實.5施工安全及環(huán)境保護(hù)措施5.1施工安全防護(hù)5.1.1嚴(yán)格執(zhí)行《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(JTJ076-95)5.1.2煤矸石山由松散料堆積而成,雖經(jīng)數(shù)十年沉積表面較密實,但中部極不穩(wěn)定,稍有觸動,便會發(fā)生坍塌.因此在挖裝時,不允許推土機(jī)等機(jī)械爬上矸石山操作,也不許采用掏挖”神仙土”的方法,當(dāng)局部挖裝有困難時,可采用高壓噴槍沖或采用微弱松動爆破方法使其塌落,等待塌落穩(wěn)定后再進(jìn)行挖裝作業(yè).5.1.3煤矸石山分解膨脹后會放出熱量,易產(chǎn)生爆破式的突然滑塌現(xiàn)象,因此采料區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)安全警戒線,設(shè)專職安全員,禁止無關(guān)人員及物料進(jìn)入現(xiàn)場,當(dāng)遇到煤矸石堆底部冒出熱氣時,應(yīng)及時進(jìn)行灑水,冷卻后再裝運(yùn).5.2防粉塵5.2.1煤矸石在挖裝之前，應(yīng)先用噴槍在采挖區(qū)灑水，防止污染大氣。5.2.2煤矸石在運(yùn)輸過程中，裝載量適當(dāng)，確保平穩(wěn)，粉塵大的要在其上面采取覆蓋措施，并對行駛道路加強(qiáng)灑水。5.2.3在卸料攤鋪過程中，要注意保持煤矸石一定的潤濕度，減少或避免粉塵揚(yáng)起。6結(jié)束語6.1使用煤矸石作填料,與開挖相比,可省去鉆眼掏洞、爆破等工序。煤矸石路基每填層壓實系數(shù)小，加之含水量可控范圍大，受雨季施工影響小，與